DE4424506C2

DE4424506C2 - Verfahren zur Bestimmung von Blutflußparameterwerten

Info

Publication number: DE4424506C2
Application number: DE19944424506
Authority: DE
Inventors: Michael Mueck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: DE4424506A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung von Blutflußparameterwerten wird von Blutflußgeschwindigkeitswerten ausgegangen, die für ein Bild des Blutflusses in einem Untersuchungsgebiet (4) über Ultraschallabtastungen an einer Vielzahl von im Untersuchungsgebiet (4) räumlich verteilten Meßorten ermittelt und als Bild dargestellt werden. Über eine Torauswahleinheit (20) wird im Bild ein Bereich begrenzt, innerhalb dessen mindestens ein Blutflußparameterwert gebildet werden soll, der für die in diesem Bereich dargestellte Blutströmung oder Blutströmungen charakteristisch ist. Der Blutflußparameterwert wird aus in dem Bereich liegenden Blutflußgeschwindigkeitswerten gebildet und dann angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Blutflußparameterwerten mit Blutflußgeschwindigkeitswerten, die für zeitlich aufeinanderfolgende Bilder des Blutflusses in einem Untersuchungsgebiet über Ultraschallabtastungen an einer Vielzahl von im Untersuchungsgebiet räumlich verteil ten Meßorten ermittelt werden, und einer Darstellung des Bildes auf der Basis der Blutflußgeschwindigkeitswerte.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der US-PS 4,800,891 offenbart. Über eine Ultraschallabtastung eines Untersuchungsgebietes in einer Schnittebene werden Blut flußgeschwindigkeitswerte an räumlich verteilten Meßorten ermittelt, die als zweidimensionales Bild des Blutflusses in der Schnittebene dargestellt werden. Ein derartiges Ver fahren wird auch als "Blood-flow-imaging" bezeichnet. Etab liert hat sich eine Farbkodierung der Blutflußgeschwindig keitswerte, daher wird in diesem Zusammenhang auch von "Colour-flow-imaging" gesprochen.

In der PCT-Veröffentlichung WO 91/16000 ist ein Verfahren und ein Gerät beschrieben, mit dem ein zweidimensionaler Geschwindigkeitsvektor eines in einem B-Bild dargestellten Bereichs ermittelt werden kann. Dieser Bereich wird in Zel len eingeteilt. Die Zellen werden mindestens zweimal abge tastet, um jeweils ein Helligkeitsbild zu erstellen. Aus den Helligkeitsbildern wird für jede Zelle der Betrag und die Richtung des zweidimensionalen Geschwindigkeitsvektors bestimmt und im Echobild abgebildet.

Quantitative Aussagen über den Blutfluß sind jedoch mit den heute bekannten Blood-flow-imaging-Geräten nicht zu tref fen. Wenn sich ein medizinischer Untersucher für Blutfluß parameter, wie z. B. für Geschwindigkeitserhöhung (als An zeichen für eine Stenose) Volumenfluß, Pulsatilität oder Gefäßwiderstand, interessiert, muß er zur Beantwortung dieser medizinisch-physiologischen Fragestellungen eine spektrale Dopplermessung mit einer gepulsten Ultraschall abtastung (pw-Doppler) durchführen, wie z. B. in den US- Patentschriften 4,501,277, 4,790,322 oder 5,103,826 be schrieben ist. Mit Hilfe des spektralen Dopplers wird ent lang jeweils eines Abtaststrahles in einem kleinen, vom Untersucher festgelegten Meßtor ein Spektrum der Blutflußg eschwindigkeiten bestimmt. Im Dopplerspektrum sieht man da her im zeitlichen Verlauf ein Frequenzband, welches um so breiter ist, je größer der Unterschied zwischen langsamster und schnellster auf tretender Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt ist. Bei spielsweise werden bei laminarem Flußprofil in Gefäßwand nähe niedrigere Geschwindigkeiten gemessen als im axialen Strom.

Mit heute üblichen Auswerteprogrammen können verschiedene Geschwindigkeiten aus dem Spektrum hervorgehoben und über der Zeitachse zu einer Kurve verbunden dargestellt werden. In der Literatur werden z. B. die Blutflußparameter maxi male Geschwindigkeit V_max, minimale Geschwindigkeit V_min und mittlere Geschwindigkeit V_mean, sowie die zugehörigen Geschwindigkeitszeitkurven beschrieben. Über eine zeitliche Mittelung dieser charakteristischen Geschwindigkeiten über eine oder mehrere Herzzyklen erhält man z. B. bei zeitlicher Mittelung der V_mean-Zeitkurve als weiteren Blutflußpara meter eine zeitlich gemittelte mittlere Geschwindigkeit TAV_mean, wobei TA "time averaged" bedeutet. Nach einem Ausmessen des Gefäßquerschnittes oder -durchmessers in einem B-Bild kann auch unter bestimmten Umständen ein Volumenfluß aus dem Produkt des Gefäßquerschnittes mit der zeitlich gemittelten mittleren Geschwindigkeit als Blut flußparameter berechnet werden. Es ist auch bekannt, das Dopplerspektrum über verschiedene Indices als Blutflußpara meter auszuwerten. Die Indizes werden über eine Quotien tenbildung von Geschwindigkeitswerten ermittelt. Das hat den Vorteil, daß die Indizes unabhängig vom Dopplermeßwin kel sind. Der Resistance Index (RI) ist neben der Ratio der einfachste Widerstandsparameter. Nur zwei Kurvenpunkte werden zur Beschreibung der Kurvenform herangezogen. Ein weiterer, weit verbreiteter Widerstandsindex ist der Puls atilitätsindex (PI), der unter Rückgriff auf eine zeitlich gemittelte Geschwindigkeit, z. B. TAV_mean im Nenner des Indexquotienten berechnet wird. Eine Reihe weiterer Indizes zur Beurteilung von Dopplerströmungskurven findet sich in der Literatur.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weiterzubilden, daß eine quantitative Erfassung von Blutflußparameterwerten ohne Zuschaltung des Dopplerspektrums ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß über eine Torauswahl einheit ein Bereich in den Blutflußbildern begrenzt wird, innerhalb dessen mindestens ein Blutflußparameterwert ge bildet werden soll, der für die in diesem Bereich darge stellte Blutströmung oder Blutströmungen charakteristisch ist, daß der Blutflußparameter gebildet wird aus jeweils über den Bereich gemittelter Blutflußgeschwindigkeiten wie derholter Bilder und daß der Blutflußparameterwert ange zeigt wird. Die Ermittlung des Blutflußparameterwertes direkt aus einem Bild der Blutflußgeschwindigkeitswerte (Dopplerbild, Blood-flow-imaging) spart dem Untersucher Zeit, da eine spektrale Dopplermessung nicht mehr zuge schaltet werden muß. Von besonderem Vorteil ist auch, daß - im Gegensatz zum spektralen Doppler - nicht nur ein Bereich aus einer einzigen Abtastzeile, sondern aus mehreren Ab tastzeilen ausgewertet werden kann. Damit können z. B. im Dopplerbild punktförmig dargestellte Blutströmungen zu einem Bereich zusammengefaßt werden, innerhalb dessen dann Parameter der Blutströmungen ermittelt werden.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand von zwei Figuren erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Funktions einheiten zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 2 die Anzeige einer Torauswahl zur Festlegung eines Bereichs, innerhalb dessen Blutflußparameterwerte bestimmt werden sollen.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild die Funktionseinheiten eines Blood-flow- oder auch Colour-flow-imaging-Gerätes, mit dem zusätzlich zu einer bildlichen Darstellung eines Blutflusses in einer Schnittebene Blutflußparameterwerten an vorgegebenen Bereichen bestimmt werden können. Mit Hilfe eines Ultraschall-Arrays 2 erfolgt eine Ultraschallabta stung eines Untersuchungsgebiets 4 in einer Schnittebene 5, in der ein Blutfluß vorhanden ist. Die Schnittebene 5 liegt in Fig. 1 in der Papierebene und ist durch die gestrichelten Linien 6 begrenzt. Die den Blutfluß leitenden Gefäße sind mit 8 bezeichnet. Das Ultraschall-Array 2 ist mit einer Sende-Empfangs-Einheit 10 verbunden, mit der sowohl die Sendeimpulse erzeugt werden als auch die vom Ultraschall- Array empfangenen Echosignale aufbereitet werden. Die aufbereiteten Echosignale werden von der Sende-Emp fangseinheit 10 an eine B-Bild-Verarbeitungseinheit 12 und an einen Farbprozessor 14 weitergegeben. In der B-Bild-Ver arbeitungseinheit 12 werden die Echosignale von Festzielen, d. h. ruhenden Grenzflächen ausgewertet. Sie sind die Grund lage für eine anatomische Schnittbilddarstellung des Unter suchungsgebiets 4. Vom Farbprozessor 14 werden die Echo signale von bewegten Zielen also im wesentlichen des Blut flusses ausgewertet. Dabei werden z. B. über eine Auto korrelation aufeinanderfolgend empfangener Echosignale, wie es in der eingangs zitierten US-PS 4 800 891 beschrieben ist, im Farbprozessor 14 die Blutflußgeschwindigkeitswerte ermittelt und Farbwerten zugeordnet. Sowohl die B-Bild- Signale von der B-Bild-Verarbeitungseinheit 12 als auch die Blutflußgeschwindigkeitswerte vom Farbprozessor 14 werden in einem Farbbildspeicher 16 zwischengespeichert und an schließend über eine Videonormwandlungseinheit 18 zur Bild darstellung aufbereitet. Auf einem Monitor 20 kann dann das B-Bild und/oder das Blutflußbild in Echtzeit ausgewertet werden. Der bisher beschriebene Aufbau entspricht dem Aufbau herkömmlicher Blood-flow-imaging-Geräte.

Mit den im folgenden beschriebenen Funktionseinheiten lassen sich nun ohne Benutzung einer spektralen Doppler messung, womit ja nur die Verteilung der Blutflußgeschwin digkeiten an entlang eines einzigen Abtaststrahls bestimmt werden kann, Blutflußparameterwerte aus Blutflußgeschwin digkeitswerten des Blutflußbildes ermitteln. Die vom Farb prozessor 14 ausgegebenen Blutflußgeschwindigkeitswerte werden einer Torauswahleinheit 22 zugeführt, die es er laubt, nur die Blutflußgeschwindigkeitswerte innerhalb eines durch die Torauswahleinheit 22 vorgegebenen Bereiches zur Bestimmung der Blutflußparameterwerte heranzuziehen. Die Torauswahl erfolgt über das auf dem Monitor 20 darge stellte Bild der Verteilung der Blutströmungen in der Schnittebene (Blutflußbild), wie weiter unten anhand von Fig. 2 näher beschrieben ist. Ein Benutzer legt über Be dienelemente 24, z. B. mittels einer oder mehrerer Maus gesteuerter Sichtmarken, die Bereichsgrenzen fest. Die Blutflußgeschwindigkeitswerte, die innerhalb des ausge wählten Bereichs liegen, werden nun in einer ersten Mittel wertstufe 26 gemittelt und als Bereichsmittelwert V in einen Zeitspeicher 28 eingeschrieben. Gleichzeitig kann der Bereichsmittelwert V und/oder sein zeitlicher Verlauf V(+) auf dem Monitor 20 angezeigt werden. In einem Extremwert sucher 30 werden im zeitlichen Verlauf V(t) Extremwerte, wie z. B. der systolische Peak V_sys(+peak), die frühdia stolische Rückströmungsgeschwindigkeit V_dia(-peak), die enddiastolische Strömungsgeschwindigkeit V_dia(end) inner halb eines oder mehrerer Herzzyklen gesucht und einer In dexeinheit 32 zugeführt. Dabei wertet der Extremwertsucher 30 zur Bestimmung der enddiastolischen Strömungsgeschwin digkeit auch noch den steilsten Geschwindigkeitsansteig im zeitlichen Verlauf des Bereichsmittelwertes (V(+) aus. Gleichzeitig wird aus dem Zeitsignal des Bereichsmittel werts V(t) ein zeitgemittelter Wert TAV in einer zweiten Mittelwertstufe 34 gebildet und ebenfalls der Indexeinheit 32 zugeführt.

Da die Blutflußgeschwindigkeitswerte mit einem Winkelfehler behaftet sein können, kann über die Bedienelemente 24 auch ggf. ein Winkelkorrekturfaktor vorgegeben werden, wann die Flußrichtung für alle Meßpunkte gleichgerichtet ist (z. B. Messung in einem Gefäß) Damit werden in der Torauswahl einheit 22 die vom Farbprozessor 14 ausgegebenen Blutfluß geschwindigkeitswerte korrigiert. Über die Bedienelemente 24 kann auch noch vorgegeben werden, welche Indizes auf dem Monitor 20 angezeigt werden sollen. Zusätzlich ist die Eingabe des Gefäßdurchmessers oder des Gefäßquerschnitts A möglich.

In der Indexeinheit 32 können hier ein Resistance Index RI, ein Pulsatilitätsindex PI und ein Volumenfluß Q als den Blutfluß in den vorgegebenen Bereich charakterisierende Blutflußparameter gebildet werden. Die Bildungsvorschriften für die Indizes sind gegeben durch:

Resistance-Index RI = (V_sys(+peak) - V_dia(end))/V_sys(+peak)

Pulsatilitäts-Index PI = (V_sys(+peak) - V_dia(end))/TAV und

Volumenfluß (ggf nach Winkelkorrektur) Q = TAV A.

Ergänzend zur Fig. 1 wird noch darauf hingewiesen, daß der Torauswahleinheit 22 auch die Blutflußgeschwindigkeitswerte von dem Farbbildspeicher 16 oder dem Videonormwandler 18 zugeführt werden können. Das ist durch die gestrichelt ge zeigten Verbindungen 36 symbolisiert.

Wie schon weiter oben erwähnt, erfolgt die Bereichsauswahl über das am Monitor 20 dargestellte Bild der Blutflußver teilung. In Fig. 2 wird beispielhaft von einer Linearabta stung mit 128 parallelen Abtastlinien 40 ausgegangen, die dort die in Klammern angegebene Zeilennummern (1) bis (128) besitzen. Die Abtasttiefe D ist in cm angegeben. Innerhalb der Gefäßgrenzen 8 sind über die Ultraschallabtastung von Null verschiedene Blutflußgeschwindigkeitswerte ermittelt worden. Im Bereich der Abtastlinien, die mit (38), (39), (40) beziffert sind, sollen Blutflußparameterwerte be stimmen werden. Der Untersucher legt den Bereich über die Bedienelemente 24 fest, indem er z. B. über die Tastatur die Abtastzeilennummern (38), (39), (40) und die Lage der Grenzen auf den Abtastzeilen eingibt. Die Ultraschallab tastzeile Nr. (38) wird hier im Bereich von 2,7 cm bis 4 cm, die Ultraschallabtastzeile Nr. (39) von 2,8 cm bis 4,1 cm und die Ultraschallzeile Nr. (40) von 2,9 cm bis 4,2 cm ausgewertet. An den mit Punkten 42 markierten Meßorten liegen die Blutgeschwindigkeitswerte vor, von denen der Bereichsmittelwert V in der ersten Mittelwertstufe 26 gebildet wird. Der Bereichsmittelwert kann als erster Blutflußparameter zusammen mit dem Blutflußbild auf dem Monitor 20 anzeigt werden. Die Berechnung weiterer Blut flußparameter aus den Bereichsmittelwerten aufeinander folgender Blutflußbilder ist durch die Bedienelemente 24 vorgebbar.

Gegenüber der Auswertung mit einer spektralen Dopplermes sung ergibt sich hierbei der Vorteil, daß nicht nur entlang einer einzigen Abtastzeile die Blutflußparameterwerte er mittelt werden können, sondern auch Blutflußparameterwerte in einem größeren Bereich, der von mehreren Ultraschallab tastlinien erfaßt wird. So können auch Blutflußparameter von Blutströmungen in verschiedenen Gefäßen 8 ermittelt werden, wie z. B. in Fig. 2 von strichpunktierten Linien 44 umgrenzten Gefäße 8. Dieser Bereich wird von den Ultra schallabtastzeilen Nr. (15) bis (17) erfaßt. Die Bereichs grenzen können hierbei z. B. über Maus-gesteuerte Markie rungen vorgegeben werden.

Wenn im Bereich innerhalb der strichpunktierten Linien L die Blutströmungen in den Gefäßen 8 unterschiedliche Rich tungen aufweisen, kann es auch von Interesse sein, nur den Betrag der Blutflußgeschwindigkeitswerte (gegebenenfalls nach einer Winkelkorrektur) zur Bildung des Bereichsmittel wertes V heranzuziehen. Der Zeitverlauf dieses Wertes kann dann ebenfalls auf dem Monitor 20 dargestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Blutflußparameterwerten mit Blutflußgeschwindigkeitswerten, die für zeitlich aufeinan derfolgende Bilder des Blutflusses in einem Untersuchungs gebiet (4) über Ultraschallabtastungen an einer Vielzahl von im Untersuchungsgebiet (4) räumlich verteilten Meßorten ermittelt werden, und einer Darstellung des Bildes auf der Basis der Blutflußgeschwindigkeitswerte, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Torauswahl einheit (22) ein Bereich in den Blutflußbildern begrenzt wird, innerhalb dessen mindestens ein Blutflußparameterwert gebildet werden soll, der für die in diesem Bereich darge stellte Blutströmung oder Blutströmungen charakteristisch ist, daß der Blutflußparameterwert gebildet wird aus je weils über den Bereich gemittelter Blutflußgeschwindig keitswerte wiederholter Bilder und daß der Blutflußpara meterwert angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Zeitmittelwert (TAV) aus dem Zeitverlauf der Bereichsmittelwerte (V(t)) gebildet und als Blutflußparameter angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsmittelwerte (V(t)) zwischengespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß aus den Bereichsmittelwerten mindestens ein Wert eines Blutfluß index (RI, PI, Q) gebildet und als Blutflußparameter ange zeigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der min destens eine Blutflußparameterwert zusammen mit dem Bild angezeigt wird.