DE4344312A1 - Dreidimensionales Ultraschall-Abbildungssystem - Google Patents
Dreidimensionales Ultraschall-AbbildungssystemInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Dia
gnoseausrüstung im allgemeinen und ein System zur dreidi
mensionalen (3-D) Ultraschallabbildung von menschlichen Or
ganen im speziellen, wie beispielsweise des Auges, der Pro
stata und anderer Organe, die sich für die Ultraschallab
bildung eignen.
Klinische Ultraschall-Diagnoseausrüstungen zur Betrachtung
interner menschlicher Organe sind im Bereich der Medizin
wohlbekannt. Beispielsweise verlangen Augenärzte und Radio
logen oft Bilder des Auges, um Augenkrankheiten zu erfor
schen und volumetrischen Messungen zu erstellen. Bei der
Diagnose von Prostatakrebs verwendet ein Diagnostiker
transrektales Ultraschall (transrectal ultrasound, TRUS),
um zu identifizieren, ob Verletzungen bzw. Schädigungen zu
gegen sind und zum Bestimmen des Ortes, der Größe und der
Ausdehnung der Verletzungen. Indessen erzeugen derartige
Ultraschalleinrichtungen nach dem Stand der Technik ledig
lich 2-D Bilder, wohingegen die zu untersuchenden Anatomien
dreidimensionaler Natur sind. Daher muß der Diagnostiker
eine Vielzahl von Bildern interpretieren und sie in seinem
oder ihrem Kopf integrieren, um einen dreidimensionalen
Eindruck der zu untersuchenden Anatomie und Pathologie zu
gewinnen. Diese Praxis ist, obgleich sie der Routine unter
liegt, oft zeitraubend und ineffizient und sie führt zu der
Möglichkeit einer nicht optimalen Diagnose sowie einer
nicht optimalen Einstufung der Krankheit.
Gleichfalls stellt ein Ultraschallbild von zweidimensiona
len Abbildern nach dem Stand der Technik eine einzelne
Ebene mit einer Dicke von ungefähr 1 mm dar, die unter ei
nem beliebigen Winkel in dem Körper des Patienten liegt.
Daher ist es im allgemeinen schwierig, die Bildebene in dem
Organ zu lokalisieren und es ist sehr schwierig, einen be
stimmten Bildort zu einem späteren Zeitpunkt zu reproduzie
ren.
Ultraschall-Abbildungssysteme nach dem Stand der Technik
bestehen typischerweise aus einer Sonde, die Ultraschallsi
gnale in den menschlichen Körper überträgt und die von ihm
reflektierten Ultraschallsignale empfängt, sowie aus einer
typischen konventionellen klinischen Ultraschallmaschine,
die die analogen Ultraschallsignale von der Sonde empfängt
und verarbeitet, um eine Vielzahl von Bildern des Organes
zu erzeugen.
Eine Anzahl von Patenten ist erteilt worden, die sich auf
Sonden nach dem Stand der Technik mit internen mechanischen
Sensoren beziehen. Beispiele dieser Systeme sind in den
folgenden US-Patenten beschrieben worden: 5,159,931 (Pini)
5,152,294 (Mochizuki et al.); 4,819,650 (Goldstein);
4,841,979 (Dow et al.) und 4,934,370 (Campbell).
Weiterhin ist bekannt, daß Systeme nach dem Stand der Tech
nik Kodiereinrichtungen verwenden, um die Position des Sen
sors zu bestimmen, und daß sie diese Informationen zu einem
steuernden Computer weiterleiten. Beispiele für derartige
Systeme sind in den folgenden US-Patenten beschrieben:
5,159,931 (Pini); 5,152,294 (Mochizuki et al.); 4,932,414
(Coleman et al.); 4,271,706 (Ledley); 4,341,120 (Anderson);
5,078,145 (Furuhata); 5,036,855 (Fry et al.); 4,858,613
(Fry et al.) und 4,955,365 (Fry et al.).
Weitere Patente sind erteilt worden, die allgemeine Hinter
grundinformationen den Gegenstand von klinischen Ultra
schall-Abbildungssystemen betreffend bereitstellen. Das US-
Patent mit der Nummer 5,081,993 (Kitney et al.) beschreibt
eine intravaskuläre Sonde zur Einführung in Blutgefäße. Sie
setzt ein Array aus Kristallen ein, das eine Röhre umgibt
und sie erzeugt eine Querschnittsansicht. Das US-Patent
4,747,411 (Ledley) beschreibt ein 3-D Abbildungssystem, das
die Verwendung von Stereo-Augenglässern bedingt. Das US-Pa
tent 4,899,318 (Schlumberger et al.) und das US-Patent
4,028,934 (Sollish) beziehen sich auf spezifische Methoden
der stereoskopischen dreidimensionalen Sichtbarmachung von
Objekten. Das US-Patent mit der Nummer 3,555,888 beschreibt
eine Sonde, die einen einzelnen Kristall aufweist sowie ei
ne mechanische Vorrichtung zum Bewegen des einzelnen Kri
stalls. Das US-Patent mit der Nummer 4,564,018 (Hutchison
et al.) beschreibt einen Ultraschall-Diagnoseabtaster
(Scanner) zur Erzeugung von Spitzenwertsignalen und Zählsi
gnalen, die auf die Erzeugung der Spitzenwertsignale an
sprechen, zur Identifizierung eines wahrnehmbaren Augenpa
rameters. Die US-Patente mit den Nummern 4,594,662;
4,562,540 und 4,598,366 ziehen sich auf die dreidimensiona
le Holography. Das US-Patent mit der Nummer 4,866,614 (Tam)
lehrt die Verwendung einer Mehrzahl von stationären Ultra
schallstrahlen, die auf der Grundlage einer Vielzahl von
Wandlern erzeugt worden sind. Die PCT Anmeldung mit der
PCT/EP92/00410 (Technomed International) beschreibt eine
Behandlungssonde, die in den Harnleiter eingeführt wird,
sowie eine Vorrichtung zum Drehen und Bewegen der Sonde
nach oben und nach unten auf einem Standort bzw. Behand
lungstisch bzw. Stativ (stand).
Das US-Patent mit der Nummer 4,932,414 (Colemen) ist inso
fern von Interesse, als das es die Erweiterung einer aku
stischen Nierensteinstreutechnik auf ein Auge beschreibt.
Um zu überwachen, was ein Chirurg durchführt, wird eine Ul
traschall-Abbildungssonde bereitgestellt, die ein Volumen
des Auges bestreicht, was zu einem dreidimensionalen Ein
druck führt, wenn das Volumen ausreichend schnell überstri
chen wird. Indessen beschreibt das Colemen-Patent keine
Vorrichtung zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bildes
aus einer Vielzahl von erzeugten zweidimensionalen Bilder.
Weiterhin basiert das System von Colemen et al. auf der
Verwendung einer Kodiereinrichtung zur Bestimmung der Posi
tion der Sonde.
Im Hinblick auf das Obige ist es demnach die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein Ultraschallsystem bereitzustel
len, das die oben beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik nicht mehr aufweist und das besonders einfach her
zustellen ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein
dreidimensionales Ultraschallsystem gemäß dem Patentanspruch
1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionales
Ultraschall-Abbildungssystem bereitgestellt, das eine uni
verselle Anordnung umfaßt, auf der eine Ultraschallsonde
befestigt werden kann. Die Anordnung beinhaltet einen Motor
und einen Antrieb, um die Sonde relativ zu dem zu untersu
chenden Organ entweder zu drehen oder abtastend zu führen.
Ultraschallsignale von der Sonde werden mittels einer kli
nischen Ultraschallmaschine zur Erzeugung einer Vielzahl
von Bildern des Organes verarbeitet. Weiterhin wird ein
Computer bereitgestellt, um eine geschützte bzw. gesetzlich
geschützte Software (proprietary software) zur Steuerung
der Bewegung der Anordnung auszuführen, um die Sonde zu
drehen oder abtastend zu führen, und um die zweidimensiona
len Ultraschallbilder von der klinischen Ultraschallmaschi
ne zu sammeln und um diese Bilder zu rekonstruieren, damit
eine dreidimensionale Anzeige entsteht.
Im wesentlichen kann die vorliegende Erfindung durch eine
neue Kombination aus alten und neuen Elementen charakteri
sierte werden, in der die Ultraschallsonde und die klini
sche Ultraschallmaschine die bekannten Elemente bilden und
die Sondenanordnung sowie die vom Computer ausgeführte ge
schützte Software die neuen Elemente bilden. Ein besonderer
Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie an
den Stand der Technik und die Herstellung der Sonde anpaß
bar ist, wodurch die Forderungen des Standes der Technik
nach sehr anspruchsvollen Sonden mit internen, sich bewe
genden Sensoren, etc. abgemildert werden.
Eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten sowie alter
nativen Ausführungsformen wird im folgenden unter Bezug
nahme auf die begleitende Zeichnung gegeben, in der zeigt:
Fig. 1 die Anordnung eines dreidimensionalen Ul
traschall-Abbildungssystemes gemäß der vor
liegenden Erindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Anord
nung zur Befestigung einer konventionellen
Ultraschallsonde zur Abtastung des mensch
lichen Auges oder anderer Organe, und zwar
nach einer ersten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 gezeigten
Anordnung;
Fig. 4 eine detaillierte perspektivische Ansicht
der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Anord
nung;
Fig. 5 eine (teilweise ausgeschnittene) perspekti
vische Ansicht einer Anordnung zum Drehen
einer längs strahlenden Ultraschallsonde un
ter Verwendung der axialen Drehung, und
zwar gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenquerschnittsansicht der in Fig.
5 gezeigten Anordnung;
Fig. 7 eine (teilweise ausgeschnittene) perspekti
vische Ansicht einer Anordnung zum Bewegen
einer seitenstrahlenden Ultraschallsonde
unter Verwendung einer Sektordrehung, gemäß
einer dritten Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 8A eine (teilweise ausgeschnittene) perspekti
vische Ansicht einer weiteren Anordnung zum
Bewegen einer Ultraschallsonde durch late
rale Verschiebungen, gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8B eine Seitenquerschnittsansicht der in Fig.
8A gezeigten Anordnung;
Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Ultra
schallsondenanordnung zum Drehen der Sonde
mittels einer axialen Drehung;
Fig. 10A-10D unterschiedliche Geometrien der Überstrei
chungsbewegung der Sonde zur Abbildung des
Auges, und zwar gemäß den unterschiedlichen
Ausführungsformen der Ultraschallsondenan
ordnungen;
Fig. 11 ein Blockdiagramm, in dem die funktionale
Verbindung der unterschiedlichen Software
module gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt ist;
Fig. 12 ein Flußdiagramm, in dem der Betrieb des 3-
D Ultraschall-Abbildungssystemes gemäß der
vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 13 ein Flußdiagramm, in dem die Details der
Rekonstruktions- und Beobachtungsschritte
beim Betrieb des dreidimensionalen Abbil
dungssystemes gemäß der vorliegenden Erfin
dung dargestellt sind;
Fig. 14 ein Flußdiagramm, in dem die Details der
dreidimensionalen Bildrekonstruktion gemäß
der bevorzugten Ausführungsform dargestellt
sind;
Fig. 15 ein Flußdiagramm, in dem die Details der
Pixelabbildungsschritte des Rekonstrukti
onsprozesses dargestellt sind, der in Fig.
14 illustriert ist;
Fig. 16A, 16B Rekonstruktionsdiagramme, in denen die
Transformation eines Eingangsbildes darge
stellt sind, das jeweils durch axiale Rota
tion und Sektorrotation aufgenommen worden
ist;
Fig. 17 ein Rekonstruktionsdiagramm, in dem schema
tisch ein temporäres bzw. zeitliches bzw.
vorübergehendes Raster dargestellt ist;
Fig. 18A, 18B Rekonstruktionsdiagramme, in denen die Er
rechnung der Inhalte des temporären Rasters
für ein Bild dargestellt sind, das durch
axiale Rotation eingefangen worden ist;
Fig. 19A, 19B Rekonstruktionsdiagramme, in denen die Er
rechnung des Inhaltes eines temporären Ra
sters für die Sektorrotation dargestellt
sind;
Fig. 20A, 20B Rekonstruktionsdiagramme, in denen die Er
zeugung einer Liste aus beitragenden Pixel
in dem temporären Raster für ein Bild dar
gestellt sind, das durch axiale Rotation
eingefangen worden ist;
Fig. 21A, 21B Rekonstruktionsdiagramme, in denen die Er
zeugung einer Liste aus beitragenden Pixeln
in dem temporären Raster für ein Bild dar
gestellt sind, das durch Sektorrotation
eingefangen worden ist;
Fig. 22 ein Rekonstruktionsdiagramm, in dem die
Entnahme eines Schnittes aus einem sich er
gebenen Bild dargestellt ist; und
Fig. 23 ein Rekonstruktionsdiagramm, in dem die
Speicherung der Inhalte des temporären Ra
sters in einem Array aus Ausgangspixeln
dargestellt ist, die ein rekonstruiertes
dreidimensionales Bild bilden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist dort die Gesamtkonfigurati
on eines dreidimensionalen Ultraschall-Abbildungssystemes
gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine konven
tionelle Ultraschallsonde 1 wird mittels eines Sondenhal
ters 3 gedreht, der einen Teil einer Anordnung 5 bildet.
Die Anordnung 5 enthält weiterhin einen Motor und einen
Ausgangsschaft, um den Halter 3 und die mit ihm verbundene
Sonde über einen vorherbestimmten Winkelbereich zu bewegen,
um so eine Vielzahl von Bildern eines zu untersuchenden Or
ganes (nicht dargestellt) zu erzeugen. Es wird darauf hin
gewiesen, daß das System gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, um dreidimensionale Ultraschallbil
der des Auges, der Prostata, der weiblichen Brust, des Her
zens, von Arterien und Venen, der Niere, der Leber sowie
anderen Organen bereitzustellen, die sich für die Ultra
schallabbildung eignen. Die Analogsignale von der Sonde 1
werden zur Bearbeitung durch eine konventionelle klinische
Ultraschallmaschine 9 über eine Übertragungsleitung 7 über
tragen. Die verarbeitete Vielzahl aus Bilder wird mittels
einer Übertragungsleitung 10 von der Ultraschallmaschine 9
zu einem Computer 11 übertragen, der typischerweise einen
auf Video basierenden Digitalisierer (nicht dargestellt)
einsetzt. Die Serie aus zweidimensionalen Bildern aus der
Ultraschallmaschine 9 wird dann in dem Computer 11 zu einem
einzelnen dreidimensionalen Bild zusammengesetzt, und zwar
für eine interaktive Manipulation oder Anzeige, oder in ei
ne Sequenz aus dreidimensionalen Bildern. Der Computer 11
erzeugt weiterhin Steuersignale für einen Motortreiber 13
und überträgt sie über eine Leitung 12, der seinerseits in
Antwort darauf weitere Steuersignale über eine Leitung 14
überträgt, um den Betrieb der Anordnung 5 zu steuern, um
die Sonde 1 abtastend zu führen.
Wie zuvor diskutiert, werden gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Bilder des menschlichen Auges
abgetastet und in dem Computer 11 rekonstruiert. Unter Be
zugnahme auf Fig. 2 ist dort eine Anordnung 5 dargestellt,
die eine Kopfstützplattform 15 umfaßt, um den Kopf des Pa
tienten P zu tragen. Eine Grundplatte 17 wird mit der
Stützplattform 15 verbunden. Die horizontale Position und
die Winkelposition der Platte 17 kann mittels eines Justa
geknopfes 19 justiert werden, der mit einer Schraube (nicht
dargestellt) verschraubt ist, die sich durch einen Justage
schlitz 21 in der Grundplatte 17 erstreckt. Ein vertikales
Justageteil 23 beinhaltet einen mit einem Gewinde versehe
nen Stab 25, mit dem ein Justageknopf 27 an einem oberen
Ende des vertikalen Justageteiles 23 verbunden ist
(vergleiche die Fig. 3 und 4). Eine Klammer 29 ist mit
dem vertikalen Justageteil 23 verbunden und weist eine in
terne, mit einem Gewinde versehene Durchgangsöffnung auf,
durch die sich die Justageschraube 25 erstreckt, so daß sich
die Höhe der Klammer 29 durch das Drehen des Knopfes 27
einstellen läßt.
Ein Motor 31 wird innerhalb einer Motorbox 33 befestigt,
die ihrerseits mit der Klammer 29 verbunden ist. Der Motor
31 ist typischerweise ein Schrittmotor, der mit Zahnradun
tersetzungsrädern 35 und 37 versehen ist, und mit einem
Ausgangsschaft 39. Ein Versetzungs- bzw. Auslegerarm 41
wird mit dem Ausgangsschaft 39 an einem Ende verbunden,
während das gegenüberliegende Ende des Versetzungsarmes 41
mit dem Sondenhalter 3 verbunden ist.
Im Betrieb wird der sich drehende Versetzungsarm 41 derar
tig positioniert, daß die Sonde 1 fest über ein Kopplungs
gel (vergleiche Fig. 10) benachbart zu dem Auge des Pati
enten P angeordnet ist. Nachdem ein gewünschter Abtastbe
reich einmal ausgewählt worden ist, wird der Motor 31 in
Betrieb gesetzt, so daß der Arm 41 über einen Abtastbereich
überstreichend geführt wird, während die Sonde 1 das Auge
abtastet, um eine Sequenz aus Bildern zu erhalten. Wie de
taillierter im folgenden diskutiert werden wird, wird die
Sequenz aus Bildern schnell digitalisiert und in dem Compu
ter 11 (vergleiche Fig. 1) gespeichert. Vorzugsweise wer
den ungefähr 100 Bilder in einer einzelnen Überstreichung
mit einer Dauer von ungefähr 10 Sekunden gesammelt, womit
ein Sondenabtastwinkel von ungefähr 30° (vergleiche Fig. 3)
abgedeckt ist. Die gesammelten Bilder werden dann rekon
struiert, um eine dreidimensionale volumetrische Darstel
lung des Auges zu bilden, das dann zu Diagnosezwecken be
trachtet und in "Realzeit" manipuliert werden kann, und
zwar entweder auf dem Monitor des Computers 11 oder auf ei
nem entfernt gelegenen Monitor. Wie detaillierter im folge
nden unter Bezugnahme auf die Fig. 10A und 10B disku
tiert werden wird, überstreicht die Ausführungsform der Fi
guren 2 bis 4 ein dreidimensionales Volumen des Auges, das
in der Form eines Sektors oder eines Zylinders vorliegt.
Unter Hinwendung auf die Fig. 5 und 6 ist dort eine al
ternative Ausführungsform einer Anordnung dargestellt, um
eine längsstrahlende Ultraschallsonde 51 axial zu drehen.
Daher ist das Bildvolumen, das von der Sonde 51 gemäß der
Ausführungsform von Fig. 5 überstrichen wird, im wesentli
chen von zylindrischer Form, und zwar anstelle einer sek
torförmigen Form wie in dem Fall der in den Fig. 2 bis 4
gezeigten Ausführungsform. Die Anordnung 53 besteht aus ei
nem externen Gehäuse, das einen Motor 57 enthält, der wie
derum einen Ausgangsschaft 59 aufweist, der sich von einem
Ende her erstreckt. Die Sonde 51 wird fest von einem Zylin
der 60 gehalten, der von einem Paar aus Kugellagerbefesti
gungen 61 und 63 gehalten wird. Untersetztungsräder 65 und
67 werden jeweils mit dem Ausgangsschaft 59 und dem Zylin
der 60 verbunden, und ein Riemen 69 überträgt die Drehbewe
gung des Ausgangsschaftes 59 auf eine ähnliche (jedoch un
tersetzte) Drehung des Zylinders 60 und daher auch der
Sonde 51, und zwar in einer kreisförmigen Hin- und Herbewe
gung in einer Richtung, wie durch den Pfeil A illustriert.
Die sich axial drehende Ausführungsform gemäß den Fig. 5
und 6 ist für die Abtastung interner Organe, wie beispiels
weise der Prostata, zu verwenden.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der Fig. 7 ist
dort eine Anordnung dargestellt, mit der eine seitenstrah
lende Ultraschallsonde 70 gedreht wird. Demnach weist das
von der Sonde 70 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 7
überstrichene Bildvolumen im wesentlichen die Form eines
Sektors auf, im Gegensatz zu der zylindrischen Form von der
in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform. Die An
ordnung 71 umfaßt einen Sondendreher 72 und einen Motor 73,
der einen Ausgangsschaft 74 aufweist, der sich von einem
Ende erstreckt. Die Sonde 70 wird fest von einer Walze 75
gehalten, die von einem Paar aus Kugellagerbefestigungen 76
und 77 gestützt wird. Untersetzungsräder 78 und 79 werden
jeweils mit dem Ausgangsschaft 74 und der Walze 75 verbun
den, und ein Riemen 78 überträgt die Drehbewegung des Aus
gangsschaftes 74 in eine ähnliche (jedoch untersetzte) Dre
hung der Walze 75 und demnach auch der Sonde 70, die eine
Kreisbewegung ausführt, und zwar sowohl in Uhrzeigerrich
tung als auch in Gegenuhrzeigerrichtung.
Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsform ist gleichfalls
für das Abtasten interner Orange wie beispielsweise der
Prostata geeignet.
Unter Hinwendung auf die in den Fig. 8A und 8B darge
stellte alternative Ausführungsform ist dort eine Anordnung
80 gezeigt, die einen Motor 81 innerhalb eines Gehäuses 82
umfaßt. Der Motor 81 enthält Untersetzungsräder, Riemen,
etc., die einen mit einem Gewinde versehenen Ausgangsschaft
83 veranlassen, sich zu drehen. Ein "I-Block" 84 ist mit
dem Ausgangsschaft 83 über eine interne, mit einem Gewinde
versehene Durchgangsöffnung verbunden, so daß sich der I-
Block 84 mit einer linearen Bewegung in einer Richtung be
wegt, wie durch den Pfeil B in Fig. 8A dargestellt. Der
Halter 3 für die Sonde 1 wird mit dem I-Block 84 über
Schrauben 85 und 86 verbunden. Der Neigungswinkel der Sonde
1 relativ zu der Richtung der Bewegung ist über die Schrau
be 86 justierbar.
Wie man der Fig. 8B entnehmen kann, kann die in den Figu
ren 8A und 8B dargestellte Anordnung verwendet werden, um
Bilder eines internen Organes zu sammeln, oder Bilder über
Verletzungen bzw. Schädigungen so wie Brusttumoren
innerhalb des Rumpfes des Patienten P, wobei hier eine
Schicht aus einem Kopplungsgel 87 dargestellt ist, die
zwischen der Sonde 1 und dem Patienten P gelagert ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform der Anordnung ist
in Fig. 9 dargestellt, in der eine Ultraschallsonde 91
dargestellt ist, die sich für die trans-ösophageale Abbil
dung des Herzens eignet. Die Sonde 91 wird innerhalb eines
ringförmigen, mit Zahnradzähnen versehenen Rades 93 ange
ordnet, das seinerseits in ein weiteres Untersetzungsrad 95
eingreift, das mit einem Motor 97 über seinen Ausgangs
schaft 99 eingreift. Bei Drehung des Ausgangsschaftes unter
Steuerung des Motors 97 werden sich die Zahnräder 95 und 93
drehen, was in Konsequenz dazu führt, daß sich die Ultra
schallsonde 91 dreht.
Obgleich fünf Ausführungsformen der Anordnung illustriert
worden sind, und zwar für die diagnostische Untersuchung
des Auges, der Prostata, des Herzens, der Brust und anderer
interner Organe wird darauf hingewiesen, daß zusätzliche
Anordnungen für die klinische Untersuchung der weiblichen
Brust, des Herzens, etc. entwickelt werden können. Von der
artigen Ausführungsformen wird angenommen, daß sie inner
halb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung liegen.
Unter Hinwendung auf die Fig. 10A bis 10D sind dort ei
nige Abtastgeometrien illustriert. In Fig. 10A führt die
überstreichende Bewegung der Sonde 1 zu einer Mehrzahl aus
zweidimensionalen Bildern des Auges E, die mit einem Fächer
aus Ebenen entsprechen. In Fig. 10B ist die Sonde 1 von
dem Auge E durch ein akustisches Fenster aus einem Gel G
getrennt, so daß ein Fächer aus zweidimensionalen Bildern
gesammelt wird, bei dem die Drehachse hinter dem Auge E
liegt. Der Sondenrotationsmodus, der in den Fig. 10A und
10B dargestellt ist, wird hier als eine " Sektor" -Rotation
bezeichnet. In den Fig. 10C und 10D liegt die Rotations
achse longitudinal, um eine 180°-Drehung der Sonde 1 zu er
lauben. Der in den Fig. 10C und 10D dargestellte Sonden
rotationsmodus wird hier als eine "axiale" Rotation be
zeichnet.
Das Verfahren zum Rekonstruieren der dreidimensionalen Bil
der für die in den Fig. 10A bis 10D dargestellten Geome
trien wird detaillierter im folgenden unter Bezugnahme auf
die Fig. 14 bis 23 diskutiert. Indessen wird zunächst
auf das in Fig. 11 dargestellte Blockdiagramm Bezug genom
men, das die Funktionsweise des Gesamtsystemes gemäß der
vorliegenden Erfindung darstellt. Eine Anwenderschnittstel
le 1101 ist in der Form einer Maus, einer Tastatur oder ei
ner sonstigen Eingabemöglichkeit für den Computer 11
(vergleiche Fig. 1) vorgesehen, sowie eine geschützte
Software (proprietary software). Die in dem Computer 11 be
triebene Software ist in unterschiedliche funktionale Modu
le unterteilt, die sich wie folgt ergeben: das Ultraschall
abtastmodul 1103, das Volumenrekonstruktionsmodul 1105, und
das Volumenbeobachtungsmodul 1107. Im Fall der Ultraschall
abtastung 1103 können Befehle 1109 gesendet werden, um die
Sondenanordnung (beispielsweise die Anordnung 5 in den Fi
guren 2 bis 4, die Anordnung 53 in den Fig. 5 und 6,
oder die Anordnung 71 in den Fig. 7 und 8) über die
Hauptsteuereinheit 13 (vergleiche Fig. 1) zu steuern. Eine
Folge aus zweidimensionalen Bildern aus der Ultraschallsonde
1 wird von der klinischen Ultraschallmaschine über die Lei
tung 10 als eine Eingabe 1111 in das Ultraschallabtastmodul
1103 übertragen. Diese analogen Bilder werden mittels dem
Ultraschallabtastmodul 1103 digitalisiert und in einem Com
puterspeicher 1113 gespeichert. Der Computerspeicher 1113
kann dann die digitalisierten zweidimensionalen Bilder über
einen Bilddatentransfer in einer Dateispeichereinrichtung
1115 speichern, oder bei Empfang eines geeigneten Anwender
befehles von der Schnittstelle 1101 können die zweidimen
sionalen Bilder mittels dem Volumenrekonstruktions-Soft
waremodul 1105 rekonstruiert werden, wie detaillierter im
folgenden diskutiert werden wird. Nachdem das dreidimensio
nale Bild im Modul 1105 rekonstruiert und im Computerspei
cher 1113 gespeichert worden ist, manipuliert bei Empfang
eines geeigneten Anwenderbefehles von der Anwenderschnitt
stelle 1101 her das Volumenbeobachtermodul 1107 die An
sichtsperspektive des rekonstruierten dreidimensionalen
Bildes für die Ausgabe auf einem Monitor (vergl. den Aus
gang zu dem Monitormodul 1117).
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Motoren 31
(vergleiche Fig. 4), 57 (vergleiche Fig. 5), 73
(vergleiche Fig. 7), 81 (vergleiche Fig. 8A und 8B) und
97 (vergleiche Fig. 9) Präzisionsmotoren, die ihre jewei
ligen Schäfte mit einer konstanten Winkelerhöhung bzw. Ge
schwindigkeit drehen. Daher sind, wenn zweidimensionale
Bilder aufgenommen werden, sie voneinander in gleichem Ab
stand angeordnet (d. h. entweder mit konstanten Winkelinter
vallen, wenn Sektorgeometrien oder axiale Geometrien einge
setzt werden, oder mit konstanter Entfernung im Fall einer
linearen Geometrie). In einigen Fällen kann der ausgewählte
Motor eine interne Positionskodiereinrichtung enthalten, um
sicherzustellen, daß die Drehung des Schaftes mit einer
konstanten Winkelgeschwindigkeit stattfindet. Ein Beispiel
für einen derart bevorzugten Motor ist der Schrittmotor aus
der Modellreihe C57-51, der von Compumotor (einer Tochter
der Parker Corporation) hergestellt wird.
Unter Hinwendung auf Fig. 12 wird beim Starten eines typi
schen dreidimensionalen Ultraschallabbildungsverfahrens
(Startschritt 1201) zunächst die Sonde 1 in die Abtastan
ordnung eingeführt (Schritt 1203), die abzutastende Anato
mie wird geeignet plaziert (Schritt 1205) und ein Bild der
Anatomie wird in einem "ROI-Rahmen" plaziert (Schritt
1207). Der ROI-Rahmen ist ein Rahmen, der auf dem Ausgabe
monitor mittels eines Rahmengreiferprogrammes bezogen wird,
das von dem Computer 11 ausgeführt wird, wobei ROI einen
interessierenden Bereich darstellt. Dann bestätigt der An
wender die Abdeckung der Anatomie mittels einer manuellen
Abtaststeuerung (Schritt 1209). Wenn sich die Anatomie au
ßerhalb des ROI-Rahmens befindet, dann kehrt das Programm
zu dem Schritt 1207 zurück, wobei das Verfahren sonst
(Schritt 1211) zu dem Schritt 1213 weitergeht, indem der
Anwender die Sondenabtasteranordnung bei einem Platz fi
xiert und hält. Dann wird in einem Schritt 1215 ein Bildvo
lumen aufgenommen und der Anwender kann die aufgenommen
Rahmen bzw. Bilder im Schritt 1217 betrachten. Wenn die Da
ten nicht korrekt aufgenommen worden sind (Schritt 1219),
dann kehrt die Programmsteuerung zu dem Schritt 1205 zu
rück. Sonst fährt die Programmsteuerung mit dem Schritt
1221 fort, in dem das aufgenommene Volumen gesichert und in
dem Computerspeicher gespeichert wird (vergleiche 1113 in
Fig. 11). Daran anschließend werden die Schritte des Re
konstruierens und des Betrachtens des dreidimensionalen
Bildes initiiert (der Schritt 1223 wird detaillierter im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 23 disku
tiert). Wenn der Anwender wünscht, eine andere 3-D Abta
stung durchzuführen (Schritt 1225), dann kehrt die Pro
grammsteuerung zum Schritt 1205 zurück. Sonst wird das Ver
fahren beendet (Schritt 1227).
Die Schritte zur Verwendung des Rekonstruktions- und des
Beobachtungsalgorithmusses, die detaillierter unter Bezug
nahme auf die Fig. 14 bis 23 diskutiert werden, sind in
Fig. 13 dargestellt, wobei mit einem Startschritt 1301 be
gonnen wird. Wenn der Anwender nicht wünscht, ein dreidi
mensionales Bild zu rekonstruieren (vergleiche Schritt
1313), dann verläßt der Anwender lediglich das System
(vergleiche Schritt 1313). Im anderen Fall rekonstruiert
das System das dreidimensionale Bild (Schritt 1305) und si
chert das rekonstruierte Bild in dem Computerspeicher
(Schritt 1307). Dem Anwender wird dann die Möglichkeit ge
geben, das dreidimensionale Bild anzuschauen (Schritt
1309). Wenn der Anwender von der Ansicht des dreidimensio
nalen Bildes keinen Gebrauch macht, dann kehrt die Pro
grammsteuerung zum Schritt 1303 zurück. Wenn der Anwender
indessen wünscht, das aufgenommene und rekonstruierte drei
dimensionale Bild zu betrachten, dann wird das Bild be
trachtet, und wenn er wünscht können Bildschnitte
extrahiert werden (vergleiche Schritt 1311). Nach der
Betrachtung des dreidimensionalen Bildes wird der
Programmablauf verlassen (Schritt 1313).
Unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 23 wird nun der Re
konstruktionsalgorithmus des Modules 1105 (vergleiche Fig.
11) detaillierter diskutiert. Nach der Initialisierung des
Modules (vergleiche Schritt 1401) wird ein Stapel aus zwei
dimensionalen Bildern I(x,y,z) aus dem Computerspeicher
1113 entnommen (vergleich Schritt 1403). Der Stapel aus
Bildern I(x,y,z) wird in ein sich ergebendes Bild R(x,y,z)
transformiert. Für die axiale Rotationsrekonstruktion (d. h.
die der Ausführungsformen der Fig. 10C und 10D) ist die
Transformationsfunktion f: (x,y,z)→(x,z,y). Für die Sek
torrekonstruktion wird die Transformation durch f: (x,y,z)
→(z,y,C-x) erreicht, wobei C der X-Dimension I(x,y,z)-1
entspricht.
Wenn man die Transformation von I(x,y,z) nach R(x,y,z) für
die Sektorrekonstruktion betrachtet, dann wird, um auf eine
vertikale Linie des in dem Computerspeicher 1113 gespei
cherten Bildes zugreifen zu können, die Transformation
durchgeführt, die in Fig. 16B dargestellt ist, um einen
leichten Zugriff auf jede vertikale Linie eines jeden Bild
schnittes zu erhalten. Das effizienteste Verfahren zum Zu
greifen auf jede vertikale Linie des Bildes liegt in der
Durchführung auf der zy-Ebene. Daher wird, wie man der Fi
gur 16B entnehmen kann, das Bild gedreht, so daß zweidimen
sionale Bilder auf der yz-Ebene in die xy-Ebene transfor
miert werden.
Bezüglich der axialen Rotation (vergleiche Fig. 16A) wird
die gleiche Geometrie der zweidimensionalen Bilder ur
sprünglich in dem Computerspeicher 1113 gespeichert, mit
der Ausnahme, das anstelle des Zugriffes auf vertikale Li
nien das System für die 3-D Rekonstruktion horizontale Li
nien einfängt. Auf die zweidimensionalen Bild-"Schnitte"
wird von der Oberseite-zur-Unterseite des dreidimensionalen
Volumens zugegriffen, anstelle von vorne nach hinten, um
eine höhere Bildrekonstruktionsgeschwindigkeit zu ermögli
chen, mit der kleinsten Anzahl von Berechnungen.
Die Transformationen das Schrittes 1405 werden auf einer
Pixel-zu-Pixelbasis durchgeführt, wobei bekannte Verfahren
verwendet werden.
Im Schritt 1407 wird ein temporäres bzw. zeitliches bzw.
vorübergehendes Raster T(x,y) erzeugt, das groß genug sein
muß, um einen Z-Schnitt des rekonstruierten Bildes zu spei
chern. Fig. 17 zeigt ein temporäres Raster T(x,y), das aus
einer Mehrzahl von Gitterpunkten oder Pixeln 1701 besteht.
Das temporäre Raster T(x,y) wird verwendet, um einen ein
zelnen Z-Schnitt des rekonstruierten Bildes zu halten, das
durch ein dreidimensionales Array V(x,y,z) dargestellt
wird.
Beim Erzeugen des temporären Rasters T(x,y) werden alle
Computerberechnungen auf der x,y-Ebene durchgeführt (d. h.
auf einzelnen Z-Schnitten des Bildes). Das temporäre Raster
T(x,y) muß mit ausreichend großen Dimensionen erzeugt wer
den, um an die Erzeugung von größeren Bildern in axialen
Rotationsgeometrien angepaßt zu sein. Für einen jeden Pixel
in dem temporären Raster T(x,y) muß das Modul die exakte
Koordinate in dem ursprünglichen Schnitt des sich ergeben
den Bildes R(x,y,z) finden (d. h. die genaue Farbe oder der
Graupegel muß für jedes Pixel in T aus R errechnet werden).
Im Schritt 1409 wird für jedes Pixel p(x,y) in T(x,y) eine
Liste L(x,y) aus beitragenden Pixeln in dem Quellenbild er
rechnet, von dem ein jeder dieser Pixel einen Graupegel
empfängt, was detaillierter weiter unten unter Bezugnahme
auf die Fig. 15 diskutiert werden wird. Die Fig. 18A
und 18B zeigen die Errechnung der Inhalte des temporären
Rasters T(x,y) aus einem Z-Schnitt des sich ergebenden Bil
des R(x,y,z), worin die x-Dimension von A(x,y) gleich n1
ist. Für die axiale Rotation ist die Geometrie derart, daß
dort eine Linie vorgesehen ist, die sich gemäß eines kreis
förmigen Pfades dreht, um den ursprünglichen Ort für ein
Pixel T zu errechnen, weswegen die Verwendung von Polarko
ordinaten übernommen wird. Ausgehend von dem Ursprung wer
den die radiale Entfernung "r" von dem Pixel und der Winkel
"a" errechnet. Nachdem "r" und "a" errechnet worden sind,
wird für jeden Bildschnitt in R eine Indizierung verwendet,
da der Ort der ersten horizontalen Linie des Bildes bekannt
ist. Indem man den Winkel "a" verwendet, errechnet das Mo
dul wo das Pixel in R angeordnet werden soll. Nachdem der
Ort des Pixels errechnet worden ist, wird entweder ein
"dichtester-Nachbar-Algorithmus", ein Mittlungsalgorithmus,
oder eine Gewichtungsfunktion verwendet, um einen geeigne
ten Graupegel für das Pixel abzuschätzen. Der Pfeil A in
der Fig. 18B zeigt die Richtung an, in der die ursprüngli
chen Bilder I(x,y,z) eingefangen werden.
Die Fig. 19A und 19B zeigen die Errechnung der Inhalte
des temporären Rasters T(x,y) aus A(x,y) für die Sektorre
konstruktion.
Für die Sektorrotation ist die Geometrie grundsätzlich der
der Axialrotation ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Rota
tionsachse außerhalb des Bildes liegt. Wie zuvor unter Be
zugnahme auf die axiale Rekonstruktion diskutiert worden
ist, wird die Winkelverschiebung und die Entfernung eines
jeden Pixels von der ersten Linie des Bildes errechnet. In
dessen wird ein kleinerer Wert von "r" bei der Sektorrekon
struktion verwendet, als die tatsächliche Entfernung von
dem Pixel zu der Achse der Rotation ist, da hier kein Be
darf dahingehend besteht, den Radius den gesamten Weg zu
rück zu der Rotationsachse zu erstrecken. Indem man wohlbe
kannte lineare algebraische Techniken verwendet, kann der
mittels den errechneten Polarkoordinaten erzeugte Vektor
transformiert werden, so daß er den gleichen Ursprung auf
weist (d. h. es wird möglich, die Rotationsachse außerhalb
des Bildvolumens zu ignorieren).
Wie man den Fig. 20A, 20B, 21A und 21B entnehmen kann,
kann die Liste L aus p(x0, y0) einige oder alle der Pixel
nachbarn in A(x,y) enthalten, je in Abhängigkeit des ange
wendeten Schemas (d. h. des nächsten Nachbarn, der Mitte
lung, oder der Interpolation von Nachbarn). Im Schritt 1411
fragt das Modul ab, ob alle Z-Schnitte des letzten dreidi
mensionalen Bildes V(x,y,z) konstruiert worden sind. Wenn
die Antwort auf die Abfrage nein ist, dann wird ein neuer
Z-Schnitt A(x,y) aus dem sich ergebenden Bild R(x,y,z) ent
nommen und der Graupegel oder die Farbe für jedes Pixel
T(x,y) aus A(x,y) wird gemäß der L-Liste des Pixels errech
net, und zwar unter Verwendung des nächsten Nachbarn, einer
Mittelung oder der Interpolation von Nachbarpixeln
(vergleiche Schritt 1417).
Nachdem die Liste der Nachbarn für jedes Pixel T errechnet
worden ist, dann kann das vollständige dreidimensionale Vo
lumen rekonstruiert werden. Im einzelnen wird auf jeden
Schnitt in R zugegriffen und die Rekonstruktion wird durch
geführt, und zwar ein Schnitt pro Zeit gemäß der Liste der
Nachbarn L. Nachdem man den exakten Ort des Pixels R gefun
den hat, wird die Liste L aus beitragenden Pixeln errech
net. In den Fig. 20A und 21A wird der Ort der Pixel je
weils für die axiale Rotation und die Sektorrotation darge
stellt. Dann wird eine Indexierung durchgeführt, um zu den
einzelnen Z-Schnitten von R zurückzukehren (was als A be
zeichnet wird), was die Geometrie zurück zu einem rechtec
kig geformten Bild ändert (vergleiche Fig. 20B und 21B).
Zu diesem Zeitpunkt wird auf alle vier Nachbarn des Pixels
zugegriffen, um den geeigneten Graupegel oder die Farbe für
den ausgewählten Pixel von T(x,y) zu bestimmen.
In Fig. 22 wird der Z-Schnitt A(x,y,z) von R(x,y,z) extra
hiert und die Errechnung des Schrittes 1417 wird gestartet,
um alle Werte der Ebene zu errechnen, die von dem sich er
gebenden Bild R(x,y,z) beigetragen worden sind, und zwar
zur Speicherung in dem Endvolumen. Nachdem alle Schnitte
von R(x,y,z) beendet worden sind, ist die Rekonstruktion
vervollständigt und die Inhalte von T(x,y) werden in dem
dreidimensionalen Endbild V(x,y, z) gespeichert.
Die Schritte 1411 bis 1419 werden erneut durchgeführt, bis
alle Z-Schnitte des dreidimensionalen Endbildes rekonstru
iert worden sind, wobei anschließend das Modul verlassen
wird (Schritt 1413).
Unter kurzer Bezugnahme auf Fig. 15 ist dort der Pixel-Ab
bildungsschritt 1409 detaillierter als ein Submodul darge
stellt.
Das Modul wird in dem Schritt 1501 initiiert, dem die Pro
grammabfrage folgt, ob alle Pixel des temporären Rasters
T(x,y) verarbeitet worden sind (vergleiche Schritt 1503).
Wenn die Antwort nein ist, dann wird ein Pixel p(x,y) aus
dem temporären Raster T(x,y) in dem Schritt 1505 entnommen.
Eine Abbildung von p(x,y) zu Polarkoordinaten p′(r,a) wird
in dem Schritt 1507 errechnet, wobei die Techniken verwen
det werden, die zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 18A,
18B, 19A und 19B disutiert worden sind.
Nachfolgend wird eine Liste L(x,y) der beitragenden Pixel
in der Bildquelle gemäß p′(r,a) erzeugt (vergleiche Schritt
1509). Die Erzeugung dieser Liste wird unter Bezugnahme auf
die Fig. 20A und 20B für die axiale Drehung und die Fi
guren 21A und 21B für die Sektorrekonstruktion gezeigt.
Die Liste L(x,y) wird dann in dem Schritt 1511 gespeichert
und die Programmsteuerung wird zu der Abfrage des Schrittes
1503 zurückgeführt. Nachdem alle Pixel des temporären Ra
sters T(x,y) verarbeitet worden sind, wird das Submodul bei
dem Schritt 1513 verlassen.
Wie oben diskutiert worden ist, kann, sobald die Rekon
struktion vervollständigt ist und das rekonstruierte Bild
array V(x,y,z) in dem Computerspeicher 1113 gespeichert
worden ist, das Bild betrachtet und in einer wohlbekannten
Art und Weise manipuliert werden, indem man das Volumenbe
obachtungsmodul 1107 (vergleiche Fig. 11) (beispielsweise
AnalyzeTM) verwendet.
Zusammenfassend wird somit festgehalten, daß die vorlie
gende Erfindung ein dreidimensionales Ultraschall-Abbil
dungssystem für ein Auge, eine Prostata und andere Organe
betrifft, das eine Anordnung umfaßt, auf der eine Ultra
schallsonde befestigt werden kann, einen Motor und einen
Antrieb, um die Sonde relativ zu dem zu untersuchenden
menschlichen Organ zu drehen oder abtastend zu führen, so
wie einen Computer zur Ausführung einer geschützten Soft
ware, um die Bewegung der Anordnung dahingehend anzusteu
ern, daß sie die Sonde dreht oder abtastend führt. Ultra
schallsignale von der Sonde werden mit einer klinischen Ul
traschallmaschine verarbeitet, so daß eine Vielzahl von
Bildern des Organes entsteht. Die geschützte Software, die
auf dem Computer ausgeführt wird, sammelt die zweidimensio
nalen Ultraschallbilder der klinischen Ultraschallmaschine
und rekonstruiert diese Bilder derart, daß eine dreidimen
sionale Anzeige entsteht, die in Realzeit manipuliert und
beobachtet, oder die für eine spätere Entnahme gespeichert
werden kann.
Andere Ausführungsformen und Modifikationen der Erfindung
sind innerhalb des Schutzbereiches möglich, der durch die
nachfolgenden Ansprüche definiert wird.
Claims (18)
1. Ein dreidimensionales Ultraschallsystem für die Ver
wendung mit einer konventionellen Ultraschallsonde,
die mit einer klinischen Ultraschallmaschine und einem
Computer verbunden ist, um eine Folge aus zweidimen
sionalen Bildern zu speichern, die von der klinischen
Ultraschallmaschine erzeugt worden sind und die durch
ein Array aus Pixeln I(x,y,z) dargestellt werden, und
zwar in Antwort auf eine Bewegung der Sonde, wobei das
System umfaßt:
- a) eine Anordnung zum Befestigen der Sonde benachbart zu einem zu untersuchenden Organ und zum Bewegen der Anordnung derart, daß die Sonde das zu untersu chende Organ abtastet, was zu der Erzeugung der Folge aus zweidimensionalen Bildern durch die kli nische Ultraschallmaschine führt, sowie zur Spei cherung der durch das Array aus Pixeln I(x,y,z) dargestellten Bilder in dem Computer; und
- b) eine Regeleinrichtung in dem Computer, zur (i) Re gelung der Bewegung der Anordnung derart, daß die Sonde ein vorherbestimmtes Volumen des zu untersu chenden Organes überstreicht, und (ii) zum Rekon struieren der zweidimensionalen Bilder, die durch das Array aus Pixeln I(x,y,z) dargestellt werden derart, daß ein rekonstruiertes dreidimensionales Bild gebildet wird, das durch ein Array aus Ausgabepixeln V(x,y,z) dargestellt wird.
2. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin die Anordnung weiter enthält:
- c) eine Motorvorrichtung, die einen Ausgangsschaft aufweist, der sich um eine Rotationsachse von ihr dreht, und zwar unter Steuerung der Regeleinrich tung; und
- d) eine Adaptervorrichtung zum Befestigen der Sonde bei einer vorherbestimmten Position relativ zu der Rotationsachse derart, daß die Sonde den vorherbe stimmten Volumenbereich des zu untersuchenden Orga nes bei der Drehung des Ausgangsschaftes über streicht.
3. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
2, worin die Adaptervorrichtung mit dem Ausgangsschaft
parallel zu der Rotationsachse verbunden ist, so daß
das vorherbestimmte Volumen ein Zylinder ist.
4. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
2, worin die Adaptervorrichtung mit dem Ausgangsschaft
orthogonal zu der Rotationsachse verbunden ist, so daß
das vorherbestimmte Volumen ein zylindrischer Sektor
ist.
5. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
2, worin die Adaptervorrichtung mit dem Ausgangsschaft
für eine longitudinale Verschiebung auf ihm verbunden
ist, so daß das vorherbestimmte Volumen ein Paralle
lepiped ist.
6. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
3, worin die Regeleinrichtung weiter umfaßt:
- e) eine Vorrichtung zum Transformieren des Arrays I(x,y,z) in ein sich ergebendes Array R(x,y,z) ge mäß der Transformation f: (x,y,z)→(x,z,y);
- f) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines temporären Ra sters T(x,y) zum Speichern eines einzelnen z- Schnittes des rekonstruierten dreidimensionalen Bildes;
- g) eine Vorrichtung zum Errechnen einer Liste L aus beitragenden Pixeln aus dem z-Schnitt A(x,y) des sich ergebenden Arrays R(x,y,z) für jedes Pixel p(x,y) in T(x,y) und zum Speichern der Liste L in Antwort darauf;
- h) eine Vorrichtung zum Entnehmen aufeinanderfolgender z-Schnitte A(x,y) aus dem sich ergebenden Array R(x,y,z);
- i) eine Vorrichtung zum Errechnen von entweder einem Graupegel oder einer Farbe für jeden Pixel p(x,y) in T(x,y) aus A(x,y) gemäß der Liste L für jedes des der Pixel p(x,y), und zum Speichern von entweder dem Graupegel oder der Farbe für jedes der Pixel p(x,y) in dem temporären Raster T(x,y); und
- h) eine Vorrichtung zum Speichern der Inhalte des tem porären Rasters T(x,y) in dem Array aus Ausgangspi xeln V(x,y,z).
7. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
6, worin die Vorrichtung zum Errechnen der Liste L
weiterhin umfaßt:
- j) eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen eines jeden Pi xel p(x,y);
- k) eine Vorrichtung zum Konvertieren von p(x,y) in ei ne Polarkoordinate p′(r,a);
- l) eine Vorrichtung zum Erzeugen der Liste L aus bei tragenden Pixeln gemäß p′(r,a); und eine Vorrichtung zum Speichern von L.
8. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
6, worin die Vorrichtung zum Errechnen der Graupegel
weiterhin entweder eine Vorrichtung zum Mitteln, eine
Vorrichtung zum Interpolieren oder eine Vorrichtung
zum Auswählen eines Nächsten der beitragenden Pixel zu
einem jeden der Pixel p(x,y) umfaßt.
9. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
4, worin die Regeleinrichtung weiter umfaßt:
- e) eine Vorrichtung zum Transformieren des Arrays I(x,y,z) in ein sich ergebendes Array R(x,y,z) ge mäß der Transformation f: (x,y,z)→(z,y,C-x), wobei C die x-Dimension von I(x,y,z) minus 1 ist;
- f) eine Vorrichtung zum Erzeugen eines temporären Ra sters T(x,y) zur Speicherung eines einzelnen z- Schnittes des rekonstruierten dreidimensionalen Bildes;
- g) eine Vorrichtung zum Errechnen einer Liste L aus beitragenden Pixeln aus einem z-Schnitt A(x,y) des sich ergebenden Arrays R(x,y,z) für jedes Pixel p(x,y) in T(x,y), und zum Speichern der Liste L in Antwort darauf;
- h) eine Vorrichtung zum Extrahieren aufeinanderfolgen der z-Schnitte A(x,y) des sich ergebenden Arrays R(x,y,z);
- i) eine Vorrichtung zum Errechnen von entweder einem Graupegel oder einer Farbe für jedes Pixel p(x,y) in T(x,y) aus A(x,y) gemäß der Liste L für jedes der Pixel p(x,y) und zum Speichern von entweder dem Graupegel oder der Farbe für jedes der Pixel p(x,y) in dem temporären Raster T(x,y); und
- h) eine Vorrichtung zum Speichern der Inhalte des temporären Rasters T(x,y) in dem Array der Aus gangspixel V(x,y,z).
10. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
9, worin die Vorrichtung zum Errechnen der Liste L
weiter umfaßt:
- j) eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen eines jeden der Pixel p(x,y);
- k) eine Vorrichtung zum Konvertieren von p(x,y) in ei ne Polarkoordinate p′(r,a);
- l) eine Vorrichtung zum Erzeugen der Liste L aus bei tragenden Pixeln gemäß p′(r,a); und
- m) eine Vorrichtung zum Speichern von L.
11. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
9, worin die Vorrichtung zum Errechnen des Graupegels
weiterhin entweder eine Vorrichtung zum Mitteln um
faßt, eine Vorrichtung zum Interpolieren, oder eine
Vorrichtung zum Auswählen eines Nächsten der beitra
genden Pixel für ein jedes der Pixel p(x,y).
12. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ ein Auge ist.
13. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ eine Prostata ist.
14. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ eine weibliche Brust ist.
15. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ ein Herz ist.
16. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ Arterien und Venen umfaßt.
17. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ eine Niere ist.
18. Das dreidimensionale Ultraschallsystem nach Anspruch
1, worin das Organ eine Leber ist.
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