DE19531419A1 - Verfahren zur Erzeugung anatomischer M-Modus-Anzeigebilder - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung anatomischer M-Modus-AnzeigebilderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung anatomischer
M-Modus-Anzeigebilder bei der Ultraschalluntersuchung lebender
biologischer Strukturen während deren Bewegung, beispielsweise
einer Herzfunktion, unter Verwendung eines Ultraschallmeßwand
lers.
Die Erfindung beschreibt eine Technik zum Erzielen anatomisch
aussagekräftiger M-Modus-Anzeigebilder durch Gewinnung von Daten
aus der zwei- und dreidimensionalen Ultraschallbilderzeugung.
Der herkömmliche M-Modus wird entlang eines akustischen Strahls
eines verwendeten Ultraschallmeßwandlers erfaßt, wobei die zeit
lich variierenden Daten in einer Anzeigeeinheit angezeigt wer
den, wobei die Zeit entlang der x-Achse und die Tiefe entlang
der y-Achse aufgetragen wird. Die Lokalisierung der M-Modus-
Linie beim herkömmlichen M-Modus ist auf den Satz von Strahl
richtungen beschränkt, die von dem Wandler erzeugt (abgetastet)
werden können.
In der Kardiologie ist die Anwendung des M-Modus-Verfahrens
weitgehend standardisiert, indem dafür bestimmte Schnitte durch
das Herz an Standardpositionen und unter Standardwinkeln erfor
derlich sind. Zur Durchführung einer gut verwertbaren M-Modus-
Messung sind folgende Kriterien von Bedeutung:
Die Grenzen und Berührungsflächen zwischen unterschiedli
chen Strukturen des Herzens müssen deutlich sichtbar sein.
Einer der wichtigsten Faktoren zum Erreichen dieses Ziels
besteht darin, den Ultraschallmeßwandler an dem betreffen
den Körper an einer Stelle zu positionieren, an der die
akustischen Eigenschaften optimal sind. Diese Stellen wer
den häufig als "akustische Fenster" bezeichnet. Bei älteren
Patienten sind diese Fenster selten und schwer zu finden.
Die standardisierten M-Modus-Messungen erfordern das Vor
nehmen der Aufzeichnung unter bestimmten Winkeln, üblicher
weise von 90° relativ zu der untersuchten Herzstruktur.
Da sich das Herz im Brustinneren während der Kontraktion
und Entspannung bewegt, kann eine an einem Punkt im Herzzy
klus korrekte M-Modus-Linienposition an einem anderen Punkt
im Herzzyklus falsch sein. Es ist sehr schwierig, dies
manuell zu kompensieren, da die Sonde synchron mit den
Herzschlägen bewegt werden muß. Daher lösen die meisten
Sonographen das Problem mit einer feststehenden, einen Kom
promiß darstellenden Richtung der M-Modus-Linie, d. h. des
Meßwandlerstrahls.
Bei Koronarerkrankungen ist ein zu überwachender wichtiger
Parameter die Verdickung des linken Ventrikelmuskels an
verschiedenen Positionen.
In vielen Fällen kann die korrekte Ausrichtung an einem geeigne
ten akustischen Fenster zum Problem werden. Häufig ergibt sich
bei den geeigneten akustischen Fenstern eine schlechte Ausrich
tung und umgekehrt. Daher verwendet der Sonograph-Benutzer viel
Zeit und Mühe auf den Versuch der Optimierung des Bildes mit
Bezug auf die beiden Kriterien (Ausrichtung, Bildqualität).
Wie bereits oben erwähnt, sind Techniken zur M-Modus-Bilderzeu
gung, die auf Abbilden eines einzelnen akustischen Strahls als
eine Funktion der Zeit basieren, vorbekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren zur Erzeugung anatomischer M-Modus-Anzeigebilder auf der
Basis einer zeitlichen Aufeinanderfolge von zwei- oder dreidi
mensionalen Ultraschallbildern anzugeben, das die zuvor genann
ten Probleme löst.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die digitale Hochleistungs-Eingangssteuerung für synchronisierte
Feld-Wandlersonden eröffnet die Möglichkeit der Erfassung zwei
dimensionaler Bilder mit sehr hohen Bildfrequenzen (< 10 ms pro
zweidimensionales Bild). Diese zweidimensionalen Daten werden in
einem Computer-RAM gespeichert, dessen Speicherkapazität zum
Speichern von zweidimensionalen Aufzeichnungen, die einem oder
mehreren vollständigen Herzzyklen entsprechen, ausreicht. Auf
der Basis dieser Aufzeichnungen können M-Modus-Anzeigebilder mit
angemessener zeitlicher Auflösung erzeugt werden. Erfindungs
gemäß gestattet dies völlige Flexibilität bei der Positionierung
der M-Modus-Linien. Die Erfindung beschreibt, wie diese Flexibi
lität zur Verbesserung des anatomischen Informationsgehalts in
den gewonnenen M-Modus-Anzeigebildern genutzt werden kann.
Die Erfindung ist ferner auf die Gewinnung von M-Modus-Anzei
gebildern aus zeitlich aufeinanderfolgenden Serien von 3D-Bil
dern anwendbar. Auf dreidimensionaler Ebene ist es möglich, die
tatsächliche dreidimensionale Bewegung der Herzkammer zu kom
pensieren. Bei zweidimensionalen Aufzeichnungen ist die Bedie
nungsperson darauf beschränkt, die Bewegungen, die in der abge
bildeten Ebene gemessen werden können, zu kompensieren. Ferner
beschreibt die Erfindung, wie aus den dreidimensionalen Auf
zeichnungen gewonnene lokale dreidimensionale Informationen für
die Farbkodierung der Herzkammerwand verwendet werden können,
wodurch Informationen über eine Wandverdickung erhältlich sind.
Die anatomischen M-Modus-Anzeigebilder können während des Ab
tastens eines zweidimensionalen Bildes in Echtzeit oder während
volumetrischer Abtastung in Echtzeit erzeugt werden. Die Erfin
dung beschreibt dann, wie mehrere M-Modus-Anzeigebilder gemein
sam mit dem zwei- oder dreidimensionalen Live-Bild erhalten
werden können. Diese M-Modus-Anzeigebilder können auch frei
positioniert werden, wobei es sogar zulässig ist, der Position
und Richtung der Herzkammerwand während des Herzzyklus zu fol
gen.
Der anatomische M-Modus kann auch als Mittel zur nachträglichen
Verarbeitung verwendet werden, wobei der Benutzer die zwei-
/dreidimensionale Bildsequenz mit sehr hohen Bildfrequenzen
erfaßt, ohne irgendwelche M-Modus-Aufzeichnungen durchzuführen.
Solange die zweidimensionalen Daten einen geeigneten Schnitt
durch das Herz oder eine Ansicht von diesem enthalten, kann der
Benutzer den anatomischen M-Modus zur späteren Durchführung der
M-Modus -Analyse verwenden.
Im Grunde ist die Computerverarbeitung von Datensätzen, wozu
Operationen oder Schritte gehören, auf die man auch bei der
Implementierung der vorliegenden Erfindung angewiesen ist, vor
bekannt, wie beispielsweise in [1] J. D. Foley, A van Dam, S. K.
Seiner, J. F. Hughes "Computer Graphics: Principles and Practi
ce", Addison Wesley USA 1990, beschrieben. Diese Veröffentli
chung beschreibt u. a. Linienzeichnungen für Algorithmen. Daher
werden in der folgenden Beschreibung derartige Computerverarbei
tungsabläufe, Operationen und Schritte nicht im einzelnen erläu
tert. Andere Veröffentlichungen, die sich spezieller auf Techni
ken von besonderem Interesse für die Erfindung beziehen, sind:
[2] B. Olstad, "Maximizing image variance in rendering of volu
metric data sets," Journal of Electronic Imaging, 1: 245-
265, Juli 1992.
[3] E. Steen und B. Olstad, "Volume rendering in medical ul
trasound imaging". Proceedings of 8th Scandinavian Confe
rence on Image Analysis. Tromsø, Norwegen Mai 1993.
[4] G. Borgefors, "Distance transformations in digital images",
Computer vision, graphics and image processing 34, 1986, S.
344-371.
[5] Peter Seitz, "Optical Superresolution Using Solid State
Cameras and Digital Signal Processing", Optical Engineering
27(7) Juli 1988.
Vor dem Hintergrund der bekannten Techniken geht die vorliegende
Erfindung von bekannten Verfahren zur Berechnung des herkömm
lichen M-Modus und etablierten klinischen Arbeitsweisen zur
Verwertung der M-Modus-Bilderzeugung aus. Die Erfindung be
schreibt neue Techniken zur Berechnung anatomischer M-Modus-
Anzeigebilder auf der Basis von zeitlich aufeinanderfolgenden
Serien von zwei- oder dreidimensionalen Ultraschallbildern. Der
anatomische M-Modus ist als virtuelle M-Modus-Messung entlang
einer beliebigen oder virtuellen geneigten M-Modus-Linie abge
leitet.
Die mittels dieser Erfindung erzielten Vorteile können wie folgt
zusammengefaßt werden:
- 1. Es können mehrere M-Modus-Anzeigebilder mit willkürlicher Positionierung auf der Basis eines zwei- oder dreidimensio nalen Erfassungsergebnisses berechnet werden.
- 2. Die Position der M-Modus-Linie ist nicht auf die Abtastgeo metrie beschränkt und kann frei gewählt werden.
- 3. Allgemeine Bewegungen des Herzens können durch Bewegung der M-Modus-Linie entsprechend der Herzbewegung während des Herzzyklus ausgeglichen werden.
- 4. Dadurch, daß die M-Modus-Linie während des gesamten Herzzy klus senkrecht zu der Herzkammerwand gehalten werden kann, ist die Wandverdickungsanalyse verbessert.
- 5. Referenzpunkte im Meßfeld können an einer gegebenen y-Koor dinate in der M-Modus-Anzeige festgelegt werden, und daher wird die visuelle Auswertbarkeit der Relationsphänomene zwischen Bewegung und Verdickung verbessert.
- 6. Dreidimensionale Aufnahmen können durch Abbilden von aus den lokalen M-Modus-Linien gewonnenen Eigenschaften durch eine Farbkodierung der Herzkammerwand sichtbar gemacht werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin
dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 schematisch die Berechnung der M-Modus-Anzeigebilder
nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematisch das erfindungsgemäße Konzept einer geneig
ten anatomischen oder virtuellen M-Modus-Linie zur
Berechnung entsprechender M-Modus-Anzeigebilder,
Fig. 3 eine Einstellung mit mehreren M-Modus-Linien gemäß
einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 die Art der Verwendung der Bewegung der Position der
M-Modus-Linie in Abhängigkeit von der Position in dem
Herzzyklus zur Durchführung einer Bewegungskorrektur,
Fig. 5 einen anatomischen M-Modus, wobei kein Referenzpunkt
bestimmt ist,
Fig. 6 eine anatomische M-Modus-Linie, wobei ein Referenz
punkt bestimmt und an einer gegebenen Vertikalposition
in der Anzeige des anatomischen M-Modus festgelegt
worden ist,
Fig. 7 die Wandverdickungsanalyse in einer Einstellung mit
drei simultanen anatomischen M-Modus-Anzeigebildern,
Fig. 8 die Art der Berechnung der anatomischen M-Modus-Anzei
gebilder für den Fall, daß die Position der M-Modus-
Linie während des Herzzyklus festgelegt wird,
Fig. 9 schematisch die Berechnung einer die Wandverdickung
repräsentierenden Farbkodierung der Herzkammerwand bei
einer vierdimensionalen Ultraschallbilderzeugung.
Fig. 1 zeigt die herkömmliche M-Modus-Bilderzeugung. Ein Ultra
schallmeßwandler 11 ist mit Bezug auf ein Ultraschallbild 12
schematisch dargestellt, das durch winkliges Abtasten des aku
stischen Strahls des Meßwandlers erhalten wird. Bei diesem her
kömmlichen Verfahren wird die M-Modus-Linie oder der entspre
chende akustische Strahl 13 an einer gegebenen Position festge
legt und das Ultraschallsignal entlang des Strahls in Abhängig
keit von der Zeit in einem M-Modus-Anzeigebild 14 abgebildet.
Mit diesem Stand der Technik kann eine extreme zeitliche Auflö
sung erreicht werden, da eine neue zeitlich aufeinanderfolgende
Abtastung erzeugt werden kann, sobald die Daten für einen Strahl
erfaßt worden sind. Andererseits schränkt dieser Stand der Tech
nik für die M-Modus-Bilderzeugung die Positionierung der M-Mo
dus-Linie 13 entsprechend den akustischen Fenstern und der Ab
tastgeometrie ein.
Die Erfindung betrifft die Art der Erzeugung von M-Modus-Bildern
durch Gewinnung interpolierter Anzeigebilder aus zeitlich auf
einanderfolgenden Serien zwei- oder dreidimensionaler Bilder.
Das Konzept eines "geneigten" M-Modus-Anzeigebildes 24 ist in
Fig. 2 dargestellt. Die "virtuelle" M-Modus-Linie 23 ist in
diesem Fall frei bewegbar und unterliegt nicht der Einschrän
kung, mit einem akustischen Strahl (Meßwandler 21), der seinen
Ursprung an der Spitze des zweidimensionalen Bildes bzw. der
zweidimensionalen Bilder 22 hat, zusammenzufallen.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei geneigte M-Modus-Anzei
gebilder 34A, 34B aus einer einzelnen zweidimensionalen Sequenz
bzw. einem solchen Bild 32 berechnet worden sind, wobei die
entsprechenden virtuellen geneigten M-Modus-Linien mit 33A bzw.
33B bezeichnet sind. Bei auf zwei- oder dreidimensionalen Bil
dern basierender Erzeugung der M-Modus-Anzeigebilder kann jede
Sektoranzahl von M-Modus-Anzeigebildern erzeugt werden, wodurch
die Analyse verschiedener Dimensionen während desselben Herz
schlags ermöglicht wird. So sind die erhaltenen zeitlich aufein
anderfolgenden Serien - in Fig. 2 mit 1, 2, 3, 4 bezeichnet -
vorgesehen, um Datensätze zu bilden, wobei mindestens eine vir
tuelle M-Modus-Linie 23 oder 33A, 33B in Fig. 3 vorgesehen ist,
die mit den Datensätzen zusammen registriert wird, und diese
werden dann der Computerverarbeitung unterzogen, wobei entlang
der betreffenden virtuellen M-Modus-Linie eine Interpolation
erfolgt. Die Bedeutung der Interpolation wird nachfolgend erläu
tert.
Da sich das Herz während der Kontraktion und Entspannung im
Brustinneren bewegt, kann eine an einem Punkt in dem Herzzyklus
korrekte M-Modus-Linienposition an einem anderen Punkt im selben
Herzzyklus falsch sein. Dies manuell zu kompensieren, ist sehr
schwierig, da die Sonde synchron mit den Herzschlägen bewegt
werden muß.
Die erfindungsgemäßen anatomischen M-Modi können diese Bewegung
ausgleichen. Fig. 4 veranschaulicht dieses Konzept. Der Benutzer
bestimmt die Position der M-Modus-Linie 43A bzw. 43B an unter
schiedlichen Punkten innerhalb des Herzzyklus, indem er bei
spielsweise eine zweidimensionale Filmrolle (cineloop) ver
schiebt und eine neue M-Modus-Linienposition festlegt. Durch
geeignete Computeroperationen oder dem Fachmann zur Verfügung
stehende Software werden gemäß den oben genannten Veröffentli
chungen die M-Modus-Linienpositionen zwischen den "festgelegten"
M-Modus-Linien 43A und 43B interpoliert und es wird ein M-Modus-
Anzeigebild 44 erzeugt, wobei jede vertikale Linie in dem M-
Modus-Anzeigebild entlang der lokalen Definition der M-Modus-
Linie gewonnen wird.
Offensichtlich kann auf diese Weise die Position und/oder Aus
richtung der virtuellen M-Modus-Linie in Reaktion auf andere
rhythmische Bewegungen in der betreffenden biologischen Struktur
oder dem Körper außer den in der Beschreibung von Fig. 4 erwähn
ten Herzschlägen bewegbar sein.
Bei der Untersuchung der zeitlich veränderlichen Abmessungen
eines Organs in einem lebenden Körper besteht häufig der Wunsch
nach einer Untersuchung der unterschiedlichen Strukturabmessun
gen relativ zueinander, ohne dabei die Verschiebung des gesamten
Organs innerhalb des Körpers zu berücksichtigen. Dies ist ins
besondere bei der Beobachtung der Herzkammerkontraktionen und
-entspannungen von Interesse, bei denen die Verdickung des Mus
kelgewebes der zu beachtende wichtige Parameter ist.
Um die relativen Veränderungen deutlicher zu machen, kann der
Benutzer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung einen Referenzpunkt auf den in dem vorhergehenden Abschnitt
über Bewegungskorrektur "festgelegten" M-Modus-Linien definie
ren. Üblicherweise wird dieser Punkt einer leicht zu bestimmen
den klinischen Struktur entsprechen. Die Fig. 5 und 6 zeigen
die M-Modus-Erzeugung ohne und mit Festlegung eines gegebenen
Referenzpunktes 66 in dem abgebildeten Meßfeld 62. Auf diese
Weise wird auf der Basis des Referenzpunktes 66, der den in Fig.
6 gezeigten interpolierten M-Modus-Linienpositionen 63A bis 63B
zugehörig ist, ein M-Modus-Anzeigebild 64 erzeugt, wobei dieser
Punkt 66 als eine gerade Linie 67 (bewegungslos) erscheint, d. h.
an einer gewählten vertikalen Koordinate in dem Anzeigebild.
Alternativ kann eine gegebene y-Koordinate in dem M-Modus-Anzei
gebild verfolgt und das M-Modus-Anzeigebild erneut hergestellt
werden, indem die Position der M-Modus-Linien in den verschiede
nen zeitlichen Lagen (Zeitpunkten) derart verschoben wird, daß
die verfolgte Bildstruktur in dem endgültigen M-Modus-Anzeige
bild als horizontale Struktur erscheint.
Bei koronaren Erkrankungen ist ein wichtiger, zu beachtender
Parameter die Verdickung des linken Ventrikelmuskels an ver
schiedenen Positionen. Durch Kombination der in den vorhergehen
den Abschnitten beschriebenen Techniken stellt diese Erfindung
ein für die Analyse der Wandverdickung der linken Herzkammer,
wie in Fig. 7 gezeigt, besonders zweckmäßiges Mittel zur Ver
fügung.
Jedes M-Modus-Anzeigebild 74A, 74B und 74C gibt die regionale
Wandverdickung und -kontraktion eines Teils der Herzkammer 70
wieder, wobei durch jedes Teil eine entsprechende virtuelle M-
Modus-Linie 73A, 73B bzw. 73C verläuft. Fig. 7 zeigt eine Kurz
achsen-Ansicht der linken Herzkammer 70 und drei anatomische M-
Modus-Anzeigebilder 74A, 74B, 74C, die mittels den in den vorher
gehenden Abschnitten beschriebenen Techniken erzeugt worden
sind.
Die Sequenz der zweidimensionalen/dreidimensionalen Einzelbilder
ist in der Abtasteinrichtung/dem Computer gespeichert und wird
als drei- oder vierdimensionales Feld oder Datensatz bzw. Daten
sätze von Ultraschallabtastwerten verwendet. Dieses Feld kann,
abhängig von der verwendeten Meßwandlersondengeometrie und da
von, ob die Bilder vor dem Speichern durch Abtasten in ein
Rechteckformat umgewandelt worden sind, unterschiedliche geome
trische Eigenschaften aufweisen. Zur Veranschaulichung wird bei
der in Fig. 8 dargestellten Einstellung ein Beispiel verwendet,
bei dem die zweidimensionalen Sektordaten zuvor (üblicherweise
unter Verwendung eines Hardware-Abtastwandlers einer Ultra
schallabtastvorrichtung) durch Abtastung umgewandelt worden und
in einem Rechteck-Datensatzformat als ein dreidimensionales Feld
von Abtastwerten mit den Dimensionen [x,y,t] auf einer Diskette
oder in einem Speicher gespeichert sind.
Die Erzeugung eines M-Modus-Anzeigebildes 84 kann dann als
Schneiden einer Ebene 88 durch den dreidimensionalen Datensatz
82, Interpolieren und Neuabtasten der Daten, damit sie in das
gewünschte Anzeigebildrechteck 84 passen, angesehen werden.
Mittels der oben beschriebenen Bewegungskorrekturtechniken wird
die Schnittebene 88 in eine gebogene Fläche abgeändert, die an
den Schnittpunkten mit den [x,y]-Ebenen linear ist. Es ist von
grundlegender Bedeutung, daß sowohl in der räumlichen als auch
in der zeitlichen Dimension angemessene Interpolationstechniken
angewandt werden. Bis zu einem gewissen Grad kann diese Inter
polation die im Vergleich zu dem herkömmlichen M-Modus entlang
der von dem Meßwandler gemäß Fig. 1 erzeugten akustischen Strah
len schlechtere Auflösung ausgleichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht ein zu
sätzlicher und vorteilhafter Schritt darin, das Ergebnis der
obigen Computerverarbeitung einschließlich Interpolation einer
an sich bekannten Bildverarbeitung zur Randverbesserung (edge
enhancement) zu unterziehen, um das resultierende berechnete
anatomische M-Modus-Anzeigebild zu erzeugen.
Alle hier beschriebenen Techniken lassen sich sowohl auf eine
Sequenz von zweidimensionalen Ultraschallbildern als auch auf
eine Sequenz von dreidimensionalen Ultraschallbildern anwenden.
Bei dreidimensionalen Aufzeichnungen ist die beschriebene Mög
lichkeit der Bewegungskorrektur weiter verbessert, da die tat
sächliche dreidimensionale Herzbewegung abgeschätzt werden kann.
Außer zur eigentlichen Erzeugung von M-Modus-Anzeigebildern
können die erfindungsgemäßen Techniken ferner zum Gewinnen von
M-Modi für alle Punkte über der Endokardialfläche in der linken
Herzkammer verwendet werden. Diese Einstellung ist mit einem
Beispiel in Fig. 9 veranschaulicht. Es sei angenommen, daß ein
vierdimensionaler Ultraschalldatensatz 92 aus m Kurzachsen-Ebe
nen und n dreidimensionalen Raumelementen (Kuben) besteht, die
während des Herzzyklus aufgezeichnet werden. Der Einfachheit
halber sind in der Figur lediglich drei virtuelle M-Modus-Linien
93A, 93B, 93C mit den zugehörigen M-Modus-Anzeigebildern 94A, 94B
bzw. 94C eingezeichnet, doch sollten jedem Punkt oder jeder
Position auf der Endokardialfläche in der Herzkammer 90 ähnliche
M-Modus-Anzeigebilder zugeordnet sein.
Jedes der einzelnen M-Modus-Anzeigebilder 94A, 94B, 94C . . . wird
dann verarbeitet, um eine Charakterisierung zu erhalten, die als
eine Farbkodierung der zugehörigen Stelle auf der Herzkammerwand
sichtbar gemacht werden kann. Die Abbildungsstrategie ist in
Fig. 9 dargestellt und gleicht dem in den Veröffentlichungen [2]
und [3] dargestellten Ansatz. Die Charakterisierungsroutine
arbeitet so nach einem anatomischen M-Modus-Anzeigebild und
erzeugt einen einzelnen Wert oder einen Farbindex, der aus dem
M-Modus-Bild hergeleitete physiologische Eigenschaften reflek
tiert. Eine dieser Eigenschaften ist eine quantitative Bestim
mung der Wandverdickung durch Abschätzung der Verdickungsver
änderungen während des Herzzyklus. In diesem Fall wird jedes der
anatomischen M-Modus-Anzeigebilder 94A, 94B und 94C analysiert.
Die Wand wird in diesen M-Modus-Anzeigebildern mit Verfahren
nach dem Stand der Technik [5] zur Randlokalisierung mit höch
ster Auflösung zu den verschiedenen Zeitpunkten in den M-Modus-
Anzeigebildern, und die Dickenvariationen werden zur Bestimmung
der geschätzten quantitativen Bestimmung der Wandverdickung
verwendet. Eine zweite Eigenschaft ist durch eine Charakterisie
rung der zeitlichen Signalcharakteristiken an einer gegebenen
Raumkoordinate oder für eine Reihe von Raumkoordinaten in den M-
Modus-Anzeigebildern 94A, 94B und 94C gegeben.
Eine zweite Alternative besteht darin, nur zwei Raumelemente
(Kuben) zu verwenden, die entweder zeitlich benachbart sind oder
sich an Endsystole und Enddiastole befinden. In diesem Fall sind
die zugehörigen M-Modi auf nur zwei Abtastwerte in zeitlicher
Richtung reduziert. Dieser Ansatz ist leichter zu berechnen und
liefert differenzierende Verdickungsinformationen über die Herz
kammerwand, falls die Raumelemente (Kuben) zeitlich benachbart
sind. In diesem Fall ist die Wandverdickungsanalyse ein Ver
gleich zweier Dimensionssignale, wobei Verdickungen mit Verfah
ren nach dem Stand der Technik [5] zur Randlokalisierung mit
höchster Auflösung abgeschätzt werden können.
Die für die dreidimensionale Bilderzeugung beschriebenen Farb
kodierungen sind auch auf zweidimensionale Bilderzeugung anwend
bar, sind jedoch in diesem Fall der Grenze des durchbluteten
Bereiches in dem zweidimensionalen Bild zugeordnet. Fig. 7 zeigt
eine derartige zweidimensionale Bildsequenz. Die Figur weist
lediglich drei virtuelle M-Modus-Linien 73A, 73B und 73C mit den
zugehörigen M-Modus-Anzeigebildern 74A, 74B bzw. 74C auf, doch
sollten ähnliche M-Modus-Anzeigebilder jedem Punkt oder jeder
Position auf der Endokardialfläche in der Herzkammer 70 zugeord
net sein. Die einzelnen M-Modus-Anzeigebilder 74A, 74B und 74C
werden dann jeweils mit denselben Techniken verarbeitet, wie sie
oben für die entsprechenden M-Modus-Anzeigebilder 94A, 94B und
94C für den Fall der Dreidimensionalität beschrieben sind.
Die M-Modus-Linien in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung
sind jedem Punkt oder jeder Position auf der Oberfläche der
Herzkammerwand zugeordnet und die Richtung wird so berechnet,
daß sie senkrecht zur Herzkammerwand ist. Die Richtung der loka
len M-Modi wird als die Richtung berechnet, die in einer zwei-
oder dreidimensionalen Entfernungstransformation eines binären
zwei- oder dreidimensionalen Binärbildes erhalten wird, welches
die Position der Punkte auf der Herzkammerwand wiedergibt. Be
züglich Informationen über die Entfernungstransformation sei auf
Veröffentlichung [4] verwiesen.
Zusammengefaßt, schafft die oben beschriebene Erfindung ein
Verfahren zur Berechnung anatomischer M-Modus-Anzeigebilder auf
der Basis einer zeitlichen Aufeinanderfolge von zwei- oder drei
dimensionalen Ultraschallbildern. Das Verfahren wird zur Unter
suchung lebender biologischer Strukturen während deren Bewegung,
beispielsweise einer Herzfunktion, verwendet. Das Hauptanwen
dungsgebiet sind Krankenhäuser und dergleichen. Die anatomischen
M-Modus-Anzeigebilder können während der Bilderfassung in Echt
zeit oder durch nachträgliche Verarbeitung einer zwei- oder
dreidimensionalen Filmrolle (cineloop) berechnet werden. Der
anatomische M-Modus leitet sich als virtuelle M-Modus-Messung
entlang einer willkürlichen geneigten M-Modus-Linie her. Es
können mehrere, simultane M-Modus-Linien und -Anzeigebilder
angegeben werden. Die willkürliche Positionierung der M-Modus-
Linie gestattet anatomisch aussagekräftige M-Modus-Messungen,
die von akustischen Fenstern unabhängig sind, die nach dem Stand
der Technik die Positionierung der M-Modi einschränkt. Die Posi
tionierung der M-Modus-Linie kann zur Kompensation der Gesamt
bewegung in Abhängigkeit von der Zeit bewegt werden. Auf diese
Weise kann bewirkt werden, daß die M-Modus-Linie während des
gesamten Herzzyklus senkrecht zu der Herzwand ist. Diese Eigen
schaft erhöht den Wert der M-Modi bei der Wandverdickungsanaly
se, da fehlerhafte Dickenmessungen, die sich aus schräg vorge
nommenen Messungen ergeben, vermieden werden können. Ferner
können Referenzpunkte in der Bildszene in dem M-Modus-Anzeige
bild derart festgelegt werden, daß die optische Auswertung der
M-Modi an allen Punkten in der Herzkammerwand entlang M-Modus-
Linien, die senkrecht zu der Endokardialfläche verlaufen, lokal
berechnet werden kann. Diese lokalen M-Modi werden zur Abschät
zung von Wandverdickungen und zur Verwendung dieser Messungen in
einer Farbkodierung der Endokardialfläche ausgewertet.
Claims (11)
1. Verfahren zur Erzeugung anatomischer M-Modus-Anzeigebilder
bei der Ultraschalluntersuchung lebender biologischer
Strukturen während deren Bewegung, beispielsweise einer
Herzfunktion, unter Verwendung eines Ultraschallmeßwandlers
(11, 21), mit den Schritten:
- - Erfassen von Serien zeitlich aufeinanderfolgender zwei- oder dreidimensionaler Ultraschallbilder (22, 32)
- - Anordnen dieser zeitlichen Aufeinanderfolge derart, daß Datensätze gebildet werden, wobei mindestens eine mit den Datensätzen zusammen registrierte virtuelle M- Modus-Linie (23, 33A, 33B) vorgesehen wird,
- - Unterziehen der Datensätze der Computerverarbeitung auf der Basis der mindestens einen virtuellen M-Modus- Linie, wobei entlang der mindestens einen virtuellen M-Modus-Linie eine Interpolation durchgeführt wird, und
- - Anzeigen des sich ergebenden berechneten anatomischen M-Modus-Anzeigebildes (24, 34A, 34B) auf einer Anzeige einheit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
mindestens eine virtuelle M-Modus-Linie derart wählbar ist,
daß sie nicht mit einer Ultraschallstrahlrichtung des Meß
wandlers zusammenfällt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Position und/oder Ausrichtung der mindestens einen
virtuellen M-Modus-Linie in Reaktion auf die rhythmische
Bewegung der biologischen Struktur, insbesondere während
des Herzzyklus, bewegbar ist (Fig. 4).
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß den zwei- oder dreidimensionalen Ultraschallbil
dern ein Referenzpunkt zugeordnet ist, welcher als Basis
zur Festlegung eines entsprechenden Referenzpunktes an
einer gewählten vertikalen Koordinate in dem sich ergeben
den anatomischen M-Modus-Anzeigebild genommen wird (Fig.
6).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das für die
Untersuchung der Wand der linken Kammer des Herzens ver
wendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Position
auf der Wandfläche der linken Herzkammer in zwei- oder
dreidimensionalen Bildern zugeordneten anatomischen M-Modi
zunächst derart berechnet werden, daß sie eine differen
tielle zeitliche Entwicklung des Herzzyklus wiedergeben und
dann jeder der berechneten anatomischen M-Modi für die
Farbkodierung an jeder Position auf der Wandfläche der
linken Herzkammer gekennzeichnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die jeder Position auf der Wandfläche der
linken Herzkammer zugeordneten anatomischen M-Modi zunächst
derart berechnet werden, daß sie auf den Unterschied zwi
schen zwei Einzelbildern, wie einem Endsystolen-Einzelbild
oder einem Enddiastolen-Einzelbild, beschränkt sind, und
dann jeder der berechneten anatomischen M-Modi für die
Farbkodierung an jeder Position auf der Wandfläche der
linken Herzkammer gekennzeichnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Position auf der Wandfläche der linken
Herzkammer zugeordnete anatomische M-Modi zunächst derart
berechnet werden, daß sie ein signifikantes Zeitintervall,
wie den gesamten Herzzyklus, wiedergeben, und dann jeder
der berechneten anatomischen M-Modi für die Farbkodierung
an jeder Position auf der Wandfläche der linken Herzkammer
gekennzeichnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß eine lokale oder umfassende Verdickung der Wand
der linken Herzkammer entlang der virtuellen M-Modus-Li
nie(n) gemessen wird und das Ergebnis der Messung für die
Farbkodierung verwendet wird (Fig. 7 und 9).
9. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß zeitliche Intensitätsschwankungen entlang der
virtuellen M-Modus-Linie(n) gemessen werden und das Ergeb
nis der Messung für die Farbkodierung verwendet wird (Fig.
7 und 9).
10. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die lokale Richtung der mindestens einen
virtuellen M-Modus-Linie als die in der zwei- oder drei
dimensionalen Entfernungstransformation von einer willkür
lichen Position zu der nächstgelegenen Position auf der
Wand der linken Herzkammer bestimmte Richtung berechnet
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ergebnis der Computerverarbeitung mit
Interpolation zur Randverbesserung einer an sich bekannten
Bildverarbeitung unterzogen wird, wobei auf diese Weise das
sich ergebende berechnete anatomische M-Modus-Anzeigebild
erzeugt wird.
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