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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ultraschallbildgebung und
insbesondere auf das Durchdringen von Ultraschallwellen in ein abzubildendes
Objekt.
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Die
Ultraschalldurchdringung der heutigen Ultraschalldiagnosegeräte ist bei
der Durchführung
der Farbströmungs-
oder Color Flow-Bildgebung den Vorschriften der FDA unterworfen.
Die FDA regelt die akustische Leistungsabgabe von diagnostischen
Ultraschallbildgebungsgeräten,
um die Möglichkeit
unerwünschter Wirkungen
in dem Körper
in Folge von Kavitation oder Erwärmung
zu verhindern. Diese Wirkungen werden mit Hilfe von Grenzen für den MI
(mechanischer Index) und die ISPTA (räumlich maximale, zeitlich gemittelte, abgeleitete
Intensität)
geregelt. Ultraschallwellen werden typischerweise an einem Objekt
angewandt, indem die Oberfläche
eines Transducers bwz. Wandlers an die Haut des Objektes gehalten
wird. Die Temperatur der Transduceroberfläche ist aus Sicherheitsgründen begrenzt.
Wenn eine Farbströmungsbildgebung
durchgeführt
wird, erreicht ein Ultraschallbildgebungssystem typischerweise die
ISPTA-Grenzen und die Sondentemperaturgrenzen, bevor die MI-Grenzen erreicht
werden. Im Ergebnis begrenzt das System die Sendeströme auf ein
Niveau, das wesentlich niedriger ist, als es erforderlich wäre, um die
MI-Grenze einzuhalten. Die Strombegrenzung beeinträchtigt die
Fähigkeit
des Systems, tiefe Gefäße abzubilden,
wobei das begrenzte Sendesignal in hohem Maße abgeschwächt wird.
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Ein
erstes Verfahren, das zur Verbesserung der Durchdrin gung verwendet
wird, besteht in einer Erhöhung
der Anzahl der Firings (Senden und Empfangen) in der gleichen Richtung
und der Durchführung
einer Art von Mittelung über
diese Firings. Der Hauptnachteil dieses Ansatzes besteht in der
sich ergebenden Verringerung der Bildrate der Anzeige, wodurch sich
die zeitliche Auflösung
verschlechtert. Das US-Patent Nr. 5 694 937 beschreibt ein alternatives
Ultraschallverfahren, das ein Kontrastmittel mit Blasen verwendet,
in dem zwei verschiedene Leistungssignale von ansteigender Stärke einfach
in Folge auf das interessierende Objekt angewandt werden, um mit
dem zweiten Signal von höherer
Leistung eine größere Menge
der Kontrastmittelblasen zu zerstören, um mit dem zweiten Leistungssignal
ein Bild von höherer
Qualität
zu erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nach einem ersten Aspekt ein Ultraschallbildgebungssystem zur
Durchdringung eines Objektes (S), das untersucht wird, mit Ultraschallwellen
und zum Anzeigen eines Farbströmungsbildes,
das wenigstens einen Abschnitt des Objektes darstellt, geschaffen,
wobei das System das Durchdringeng der Ultraschallwellen verbessert,
während
die Vorschriften zu dem mechanischen Index, der Temperatur und der
räumlich
maximalen, zeitlich gemittelten, abgeleiteten Intensität eingehalten
werden, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass es aufweist:
Ein
Transducerarray, das als Reaktion auf einen ersten Befehl so betrieben
werden kann, dass es Ultraschallwellen mit einer ersten Leistung
auf einen Abschnitt des Objektes aussendet und erste reflektierte
Ultraschallwellen von dem Abschnitt empfängt, und als Reaktion auf einen
zweiten Befehl so betrieben werden kann, dass es Ultraschallwellen
mit einer zweiten Leistung, die kleiner als die erste Leistung ist,
auf den Abschnitt des Objektes aussendet und zweite reflektierte
Ultraschallwellen von dem Abschnitt empfängt,
einen Ultraschallempfänger, der
zum Erzeugen eines ersten Signalsatzes als Reaktion auf die ersten
reflektierten Ultraschallwellen geschaltet ist und zum Erzeugen
eines zweiten Signalsatzes als Reaktion auf die zweiten reflektierten
Ultraschallwellen geschaltet ist,
einen Prozessor, der den
ersten Befehl für
eine erste Zeitperiode erzeugt und den zweiten Befehl für eine zweite
Zeitperiode erzeugt, wobei das Verhältnis der ersten Zeitperiode
zu der zweiten Zeitperiode eine Einhaltung der Vorschriften für den mechanischen
Index, die Temperatur und die räumlich
maximale, zeitlich gemittelte abgeleitete Intensität ermöglicht,
während
das Durchdringen der Ultraschallwellen während der ersten Zeitperiode
ermöglicht
wird, und der den ersten Signalsatz und den zweiten Signalsatzes
verarbeitet, um verarbeitete Farbströmungsdaten zur Darstellung
als ein Farbströmungsbild
zu erzeugen, und
eine Anzeigeeinrichtung, die ein Farbströmungsbild
als Reaktion auf die verarbeiteten Farbströmungsdaten darstellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Ultraschallbildgebungsverfahren zur
Durchdringung eines Objektes (S), das untersucht wird, mit Ultraschallwellen
und eine Darstellung eines Farbströmungsbildes, das wenigstens
einen Abschnitt des Objektes wiedergibt, wobei das Verfahren das Durchdringen
der Ultraschallwellen verbessert, während die Vorschriften für den mechanischen
Index, die Temperatur und die räumlich
maximale, zeitlich gemittelte, abgeleitete Intensität eingehalten
werden, wobei das Verfahren aufweist:
Senden erster Ultraschallwellen
mit einer ersten Leistung zu einem Abschnitt des Objektes als Reaktion
auf einen ersten Befehl und
Empfangen erster reflektierter
Ultraschallwellen von dem Abschnitt als Reaktion auf die ersten
Ultraschallwellen;
gekennzeichnet durch:
Senden zweiter
Ultraschallwellen mit einer zweiten Leistung, die niedriger als
die erste Leistung ist, zu dem Abschnitt des Objektes als Reaktion
auf einen zweiten Befehl,
Empfangen zweiter reflektierter Ultraschallwellen
von dem Abschnitt als Reaktion auf die zweiten Ultraschallwellen,
Erzeugen
eines ersten Signalsatzes als Reaktion auf die ersten reflektierten
Ultraschallwellen,
Erzeugen eines zweiten Signalsatzes als
Reaktion auf die zweiten reflektierten Ultraschallwellen,
Erzeugen
des ersten Befehls für
eine erste Zeitperiode,
Erzeugen des zweiten Befehls für eine zweite
Zeitperiode, wobei das Verhältnis
der ersten Zeitperiode zu der zweiten Zeitperiode die Einhaltung
der Vorschriften für
den mechanischen Index, die Temperatur und die räumlich maximale, zeitlich gemittelte,
abgeleitete Intensität
ermöglicht,
während
das Durchdringen der Ultraschallwellen während der ersten Zeitperiode
ermöglichen
wird,
Verarbeiten des ersten Signalsatzes und des zweiten Signalsatzes,
um verarbeitete Farbströmungsdaten
zur Anzeige als ein Farbströmungsbild
zu erzeugen, und
Anzeigen eines Farbströmungsbildes als Reaktion auf
die verarbeiteten Farbströmungsdaten.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
ist in einem Ultraschallbildgebungssystem nutzbar, um ein Objekt (z.B.
einen menschlichen Patienten) mit Ultraschallwellen zu durchdringen
und ein Farbströmungsbild
anzuzeigen, das wenigstens einen Abschnitt des Objektes wiedergibt.
In einer solchen Umgebung verbessert die bevorzuge Ausführungsform
das Durchdringen der Ultraschallwellen, während die Vorschriften zu dem
mechanischen Index, der Temperatur und der räumlich maximalen, zeitlich
gemittelten, abgeleiteten Intensität eingehalten werden. Die Verbesserung
wird durch Aussenden erster Ultraschallwellen mit einer ersten Leistung
auf einen Abschnitt des Objektes als Reaktion auf einen ersten Befehl
und Empfangen erster reflektierter Ultraschallwellen von dem Objekt
als Reaktion auf die ersten Ultraschallwellen erreicht. Zweite Ultraschallwellen mit
einer zweiten Leistung, die niedriger als die erste Leistung ist,
werden auch auf den Abschnitt des Objektes als Reaktion auf einen
zweiten Befehl ausgesandt, und zweite reflektierte Ultraschallwellen
werden als Reaktion auf die zweiten Ultraschallwellen von dem Objekt
empfangen. Das Senden und das Empfangen werden vorzugsweise mit
einem Transducerarray bzw. einer Wandleranordnung vorgenommen. Vorzugsweise
von einem Ultraschallempfänger
wird ein erster Signalsatz als Reaktion auf die ersten reflektierten
Ultraschallwellen und ein zweiter Signalsatz als Reaktion auf die
zweiten reflektierten Ultraschallwellen erzeugt. Vorzugsweise von
einem Prozessor wird der erste Befehl für eine erste Zeitperiode und
der zweite Befehl für
eine zweite Zeitperiode erzeugt. Das Verhältnis der ersten Zeitperiode
zu der zweiten Zeitperiode ermöglicht
die Einhaltung der Vorschriften für den mechanischen Index, die
Temperatur und die räumlich
maximale, zeitlich gemittelte, abgeleitete Intensität, während das
Durchdringen der Ultra schallwellen während der ersten Zeitperiode
ermöglicht
wird. Der erste Signalsatz und der zweite Signalsatz werden vorzugsweise
von einem Prozessor verarbeitet, um verarbeitete Farbströmungsdaten
zur Darstellung als ein Farbströmungsbild
zu erzeugen. Ein Farbströmungsbild
wird als Reaktion auf die verarbeiteten Farbströmungsdaten vorzugsweise auf
einem Anzeigemonitor dargestellt.
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Unter
Anwendung der zuvor genannten Vorgehensweisen kann das Durchdringen
der Ultraschallwellen in ein zu untersuchendes Objekt verbessert
werden, während
die anzuwendenden FDA-Vorschriften
weiterhin eingehalten werden.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Wege von Beispielen unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Signalverarbeitungskette für ein konventionelles Farbströmungsultraschallbildgebungssystem
darstellt.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Vorfeldtechnik eines Farbströmungsultraschallbildgebungssystems
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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3 zeigt
ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Sendesequenz zur Steuerung
eines bipolaren Impulsgebers darstellt, der mit einem Transducerelement
verbunden ist.
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4 zeigt
ein Timingdiagramm, das hohe akustische Abschnitte zeigt, die durch
Abschnitte niedrigerer akustischer Ausgabe getrennt sind.
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5 zeigt
ein Timingdiagramm, das Abschnitte mit hoher akustischer Ausgabe
darstellt, die in einem "Flash
Freeze"- bzw. „Einfrier"-Betriebsmodus verwendet
werden.
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6 zeigt
ein Timingdiagramm, das Abschnitte mit niedrigerer akustischer Ausgabe
und Abschnitte mit hoher akustischer Ausgabe darstellt, die in einem "Einfrier"-Betriebsmodus verwendet
werden.
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Mit
Bezug auf
1: Die grundlegende Signalverarbeitungskette
für ein
Farbströmungsbildgebungssystem
enthält
ein Ultraschalltransducerarray
2, das zum Senden von Impulssequenzen
aktiviert wird, die Tonimpulse bzw. Wellenpakete von Ultraschallwellen
der Länge
P enthalten, die mit der Impulsrepetitionsfrequenz (PRF) wiederholt
abgegeben werden. Die zurückkehrenden
reflektierten RF-Ultraschallwellen werden von den Transducerelementen
erkannt und von den jeweiligen Empfangskanälen in dem Strahlformer
4 empfangen.
Der Strahlformer summiert die verzögerten Kanaldaten und gibt
ein Strahlsummensignal aus, das von einem Demodulator
6 in
In-Phase- und Quadratur (I/Q)-Signalkomponenten demoduliert wird.
Die I/Q-Signalkomponenten werden in einer Seriell/Parallel-Speichereinrichtung
bzw. einem Corner Turner-Speicher
8 gespeichert, deren
Zweck darin besteht, Daten von möglicherweise
zwischenzeitlichen Firings zu speichern und die Daten als Vektoren
von Punkten über
die Firings bei der Zelle eines gegebenen Bereiches auszugeben. Die
Daten werden für
jede einzelne Salve bzw. jedes Firing in „Fast Time" oder sequentiell abwärts (entlang eines
Vektors) empfangen. Die Ausgabe des Corner Turner-Speichers wird auf „Slow Time" oder sequentiell nach
Firings zu der Zelle jedes einzelnen Bereichs umsortiert. Die sich
ergebenden I/Q-Signalabtastungen in „Slow Time" werden durch entsprechende Wandfilter
10 geführt, die
jedes Clutter bzw. unerwünschtes
Echo zurückweisen,
das zu dem stationären
oder sich sehr langsam bewegenden Gewebe gehört. Die gefilterten Ausgabesignale
werden dann einer Parameterschätzeinrichtung
12 zugeführt, die
die Informationen von den Zellen der Bereiche in die mittleren Autokorrelationsparameter
N, T und R(O) umwandeln. N und D sind der Zähler und der Nenner für die Autokorrelationsgleichung,
wie sie unten gezeigt ist:
wobei I
i und
Q
i die demodulierten Basisbandeingangsdaten
für das
Firing i sind und M die Anzahl der Firings in dem Paket ist. R(O)
wird als eine endliche Summe über
der Anzahl der Firings in dem Paket wie folgt angenähert:
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Ein
Prozessor wandelt N und D für
jede Bereichszelle in Betrag und Phase um. Die verwendeten Gleichungen
sind die Folgenden:
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Die
Parameterschätzeinrichtung
verarbeitet die Betrags- und
Phasenwerte in Schätzwerte
für Leistung,
Geschwindigkeit und Turbulenz. Die Phase wird verwendet, um wie
unten gezeigt die mittlere Dopplerfrequenz zu berechnen, die proportional
zu der Geschwindigkeit ist, und R(O) und |R(T)| (Betrag) werden
zum Berechnen bzw. Abschätzen
der Turbulenz verwendet.
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Die
mittlere Dopplerfrequenz in Hertz wird aus der Phase von N und D
und der Impulsrepetitionszeit T gewonnen:
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Die
mittlere Geschwindigkeit wird unter Verwendung der Dopplerverschiebungsgleichung
unten berechnet. Weil ϕ, der Winkel zwischen der Strömungsrichtung
und der Abtastrichtung, nicht bekannt ist, wird cos(ϕ)
zu 1,0 angenommen.
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Vorzugsweise
berechnet die Parameterschätzeinrichtung
die mittlere Dopplerfrequenz nicht als eine mittlere Ausgabe, sondern
berechnet ν direkt
aus der Phasenausgabe des Prozessors unter Verwendung einer Nachschlagetabelle.
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Die
Turbulenz kann im Zeitbereich als eine Reihenentwicklung zweiter
Ordnung der Varianz der mittleren Dopplerfrequenz berechnet werden.
Der Ausdruck für
die Turbulenz im Zeitbereich beinhaltet jeweils die Berechnung der
Zero-Lag- und One-Lag-Autokorrelationsfuktionen
R(O) und R(T). Die exakten Autokorrelationsfunktionen werden durch
endliche Summen über
den bekannten Daten in der Anzahl der Firings in einem Paket angenähert:
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Das
Mittelwertsignal θ(R(T))
ist ein Schätzwert
für die
mittlere Dopplerfrequenzverschiebung des fliesenden Reflektors,
die ihrerseits proportional zu der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Blutes
ist. Das Varianzsignal σ2 bezeichnet die Frequenzstreuung der Strömungssignalkomponente
des Basisbandechosignals. Dieser Wert ist für die Strömungsturbulenz kennzeichnend,
weil eine laminare Strömung
einen sehr engen Geschwindigkeitsbereich aufweist, während eine
turbulente Strömung
eine Mischung aus vielen Geschwindigkeiten ist. Um die Stärke des
Signals von den fließenden
Reflektoren zu bezeichnen, kennzeichnet das Signal R(O) den Betrag
der zurückgegebenen
Leistung in dem dopplerverschobenen Strömungssignal.
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Die
Farbströmungsschätzungen
werden an einen Scan Converter 14 gesendet, der die Farbströmungsbilddaten
in Bilder im X-Y-Format zur Videoanzeige umwandelt und die Bilder
in einem Speicher 15 speichert. Die durch Scan Conversion
umgewandelten Bilder werden zu einem Videoprozessor 16 weitergeleitet, der
die Videodaten im Wesentlichen als eine Anzeigefarbkarte zur Videodarstellung
aufzeichnet. Die Farbströmungsbilder
werden dann zur Darstellung an einen Videomonitor 18 gesendet.
Typischerweise werden entweder die Geschwindigkeit oder die Leistung
alleine angezeigt, oder die Geschwindigkeit wird in Verbindung mit entweder
der Leistung oder der Turbulenz zusammen angezeigt. Die Systemsteuerung
wird zentral in einem (nicht gezeigten) Host-Computer angeordnet,
der Eingaben eines Bedieners über
eine Bedienerschnittstelle (z.B. eine Tastatur) annimmt und seinerseits
die verschiedenen Teilsysteme steuert.
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Die
vorliegende Erfindung kann in ein System des Typs, wie er in 1 dargestellt
ist, oder andere kompatible Farbströmungs- bzw. Color Flow-Bildgebungssysteme
einbezogen sein. Die bevorzugte Ausführungsform ist in 2 gezeigt.
Die Systemsteuerung ist zentral in einer Hauptsteuerung oder einem
Prozessor 20 (oder einem Host-Computer) angeordnet, der über eine
Bedienerschnittstelle 22 Bedienereingaben annimmt und seinerseits
die verschiedenen Teilsysteme steuert. Die Hauptsteuerung 20 erzeugt
auch die Timing- und Steuersignale für das System, die über verschiedene
Steuerungsbusse verteilt werden. Das Transducerarray 2 besteht
aus einer Vielzahl von getrennt betriebenen Transducerelementen 2', von denen
jedes ein kurzes Wellenpaket bzw. Burst von Ultraschallenergie (d.h.
Ultraschallwellen) erzeugt, wenn es durch eine von einem Sender 24 erzeugte
gepulste Wellenform mit Energie gespeist wird. Die Ultraschallenergie
(d.h. die Ultraschallwellen), die von dem untersuchten Objekt zu
dem Transducerarray 2 zurückreflektiert werden, werden von
jedem empfangenden Transducerelement 2' in ein elektrisches Signal umgewandelt
und über
einen Satz von Sende/Empfangs (T/R)-Schaltern 28 getrennt
an einen Empfänger 26 angelegt.
Der Sender 24 und der Empfänger 26 werden unter
der Kontrolle der Hauptsteuerung 20 betrieben. Ein vollständiger Scan
wird durch das Akquirieren einer Serie von Echos durchgeführt, in
denen der Sender 24 momentan eingeschaltet ist, um jedes
der Transducerelemente 2' mit
Energie zu speisen, und die anschließenden Echosignale, die von
jedem der Transducerelemente 2' erzeugt werden, werden an den
Empfänger 26 angelegt.
Ein Kanal kann mit dem Empfang beginnen, während ein anderer Kanal noch
sendet. Der Empfänger 26 kombiniert
die getrennten Echosignale von den einzelnen Transducerelementen,
um ein einziges Echosignal zu erzeugen, das zur Erzeugung einer
Linie in einem Bild auf dem Anzeigemonitor verwendet wird.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird die Einstellung der Länge der Sendeimpulse in jedem
Kanal durch die Programmierung eines digitalen Sendesequenzspeichers 30 implementiert.
Jedes Transducerelement 2' in
der Sendeapertur wird von einem entsprechenden Impulsgeber 32 als
Reaktion auf eine entsprechende Sendesequenzausgabe von dem Sendesequenzspeicher 30 zu
dem Impulsgeber mit einer Impulsausgabe gepulst. Die Länge jedes
Impulsverlaufs (d.h. des Wellenpaketes) ist proportional zu der Anzahl
der Bits in der jeweiligen digitalen Sendesequenz. 3 zeigt
z.B. eine solche Sendesequenz, die in dem Sendesequenzspeicher 30 gespeichert
ist, zum Ansteuern eines Transducerelementes 2' mit einem Wellenpaket
von vier Zyklen. In dem Fall von bipolaren Impulsgebern werden die
Elemente +1 und –1
jeder Sendesequenz in Impulse entgegengesetzter Phasen umgeformt.
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Unter
der Leitung der Hauptsteuerung 20 steuert der Sender 14 das
Transducerarray 2 so an, dass die Ultraschallenergie als
ein gerichteter fokussierter Strahl ausgesandt wird. Um die Fokussierung
zu erreichen, werden den Impulsgebern 32 durch einen Sendefokussierungsverzögerungsblock 34 entsprechende Zeitverzögerungen
gegeben, während
die jeweiligen Peakamplituden der Impulse von einem Sendepegelsteuerungsblock 36 festgesetzt
werden. Die Hauptsteuerung 20 bestimmt die Bedingungen,
unter denen die akustischen Impulse gesendet werden. Mit diesen
Informationen bestimmen der Sendefokussierungsverzögerungsblock
und der Sendepegelsteuerungsblock jeweils den Zeitpunkt und die
Amplitude jedes einzelnen der von den Impulsgebern 32 zu
erzeugenden Sendeimpulse. Die Impulsgeber 32 senden ihrerseits
die Sendeimpulse an die jeweiligen Elemente 2' des Transducerarrays 2 über die
T/R-Schalter 28, die die Tiefensteuerungs (Time Gain Control,
TGC)-Verstärker 38 vor
den hohen Spannungen schützen,
die an dem Transducerarray vorliegen können. Durch ein geeignetes
Einstellen der Sendefokussierungszeitverzögerungen kann ein Ultraschallstrahl
auf eine konventionelle Weise auf eine Sendefokusposition gerich tet
und fokussiert werden.
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Die
von jedem Wellenpaket von Ultraschallenergie erzeugten Echosignale
werden von Objekten reflektiert, die an den aufeinander folgenden
Bereichen entlang jedes Ultraschallstrahls angeordnet sind. Infolge der
Differenzen der Ausbreitungspfade zwischen einem reflektierenden
Punkt und jedem Transducerelement werden die Echosignale nicht gleichzeitig
erkannt, und ihre Amplituden werden nicht gleich sein. Der Empfänger 26 verstärkt die
separaten Echosignale jeweils über
einen TGC-Verstärker 38 in
jedem Empfangskanal. Die verstärkten
Echosignale werden danach dem Empfangsstrahlformer 40 zugeführt, der
den jeweiligen verstärkten
Echosignalen die passenden Zeitverzögerungen gibt. Die Empfangszeitverzögerungen
werden wie die Sendezeitverzögerungen
unter der Kontrolle der Hauptsteuerung vorgenommen. Die Empfangszeitverzögerungen
können
aus einer Nachschlagetabelle ausgelesen werden, die in einem Random
Access Memory gespeichert ist. Der Empfangsstrahlformer 40 summiert
die zeitverzögerten
Signale, um ein Echosignal zu liefern, das die gesamte Ultraschallenergie
genau kennzeichnet, die von einem Punkt reflektiert worden ist,
der in einem bestimmten Bereich entlang des Ultraschallstrahls angeordnet
ist.
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Die
für den
Strahl summierten Empfangssignale werden an den Demodulator 6 ausgegeben,
der die I- und Q-Basisbandkomponenten bildet. Diese Basisbandkomponenten
werden in jeweiligen Empfangsfiltern 42 bandpassgefiltert,
die vorzugsweise die Form von Filtern mit endlichen Impulsantworten
annehmen. Die Filterkoeffizienten werden von einem Filterkoeffizientenspeicher 44 unter
der Kontrolle der Hauptsteuerung 20 an die Empfangsfilter 42 geliefert.
Die Bandbreite der Empfangsfilter kann durch eine Veränderung
der Filterkoeffizienten eingestellt werden. Die gefilterten Ausgaben
werden danach durch den Farbströmungsprozessor, d.h.
den Corner Turner-Speicher 8, das Wandfilter 10 und
eine Parameterschätzeinrichtung 12,
verarbeitet, die in 1 gezeigt sind. Wie oben beschrieben
enthält
die Parameterschätzeinrichtung
vorzugsweise eine Geschwindigkeitsschätzeinrichtung, die die Geschwindigkeit
als eine Funktion der Phasenverschiebung in den zurückgestreuten
Signalen abschätzt.
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Mit
Bezug auf 2: Ein zu untersuchendes Objekt
S wird mit einem konventionellen Herzaktivitätsdetektor 17 versehen,
der über
eine Leitung 23 Signale an einen Systolendetektor 21,
wie z.B. ein konventionelles EKG-Gerät, sendet. Der Detektor 21 erkennt
die Systole des Herzschlags des Objektes und sendet ein Signal an
die Hauptsteuerung 20, die einen in 4 dargestellten
Betriebsmodus einleitet. Das Systolensignal wird zu dem Zeitpunkt
T1 empfangen, und als Reaktion auf das Signal veranlasst die Hauptsteuerung
die Sendepegelsteuerung 36 dazu, die Impulsgeber 32 so
mit Energie zu speisen, dass das Transducerarray 2 Ultraschallwellen
mit einer hohen akustischen Ausgabeleistung erzeugt, die zu mehreren
Abschnitten der hohen akustischen Leistungsabgabe (HAO) zwischen
den Zeitpunkten T1 und T2 führen.
Die HAO sind in 4 durch den Leistungspegel P2
gekennzeichnet. Die HAO nähern
sich der FDA-Grenze hinsichtlich des MI (Mechanischer Index) bei
einer ausreichenden Warte- bzw. Verweilzeit zwischen den HAO-Abschnitten
an, um den zeitlichen Mittelwert unterhalb des FDA-Grenzwertes zu
halten. Eine solche Verweilzeit, wie sie in 4 gezeigt
ist, reicht von dem Zeitpunkt T2 zu dem Zeitpunkt T3, wobei die
Hauptsteuerung 20 innerhalb dieser Zeit die Sendepegelsteuerung 36 veranlasst,
die Impulsgeber 32 so mit Energie zu speisen, dass das
Transducerarray 2 Ultraschallwellen in das Objekt S hinein
mit einer niedrigeren akkustischen Leistung (LAO) aussendet, wie
sie durch den Leistungspegel P1 in 4 dargestellt
ist. Der Leistungspegel P0 in 4 kennzeichnet keinen
Scan des Objektes, d.h. keine Aussendung von Ultraschallwellen durch
das Transducerarray 2.
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Wie
in 4 gezeigt, führt
der zuvor beschriebene Betriebsmodus dazu, dass HAO-Abschnitte mit LAO-Abschnitten
durchsetzt sind. Genauer sind die HAO-Abschnitte HAO1 und HAO2 durch
die LAO-Abschnitte LAO1 getrennt. In gleicher Weise sind die HAO-Abschnitte
HAO2 und HAO3 durch die LAO-Abschnitte LAO2 getrennt. Weiterhin
folgt den HAO-Abschnitten HAO3 eine Serie von LAO-Abschnitten, die
in 4 mit LAO3 bezeichnet sind. Die Abschnitte HAO1
werden zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 erzeugt, die Abschnitte
LAO1 werden zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 erzeugt, die Abschnitte
HAO2 werden zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 erzeugt, die Abschnitte
LAO2 werden zwischen den Zeitpunkten T4 und T5 erzeugt, die Abschnitte
HAO3 werden zwischen den Zeitpunkten T5 und T6 erzeugt, und die
Abschnitte LAO3 werden zwischen den Zeitpunkten T6 und T7 erzeugt.
Wie in 4 dargestellt werden die HAO-Abschnitte während einer
wesentlich kürzeren
Zeitdauer als die LAO-Abschnitte
erzeugt. Für
eine Echtzeitbildgebung werden die HAO-Abschnitte dünn bzw.
spärlich
zwischen zahlreiche LAO-Abschnitte
eingeschoben, um die ISPTA über
einem Zeitintervall, das länger
als ein einzelner Abschnitt, aber kürzer als die thermische Zeitkonstante
des Gewebes ist, zu beschränken.
Die bevorzugte Vorgehensweise besteht darin, bei der Systole, wenn die
Strömung
von dem Herzen eines Objektes S in dem interessierenden Bereich
am größten ist,
einen oder mehrere der HAO-Abschnitte mit mehreren LAO-Abschnitten
dazwischen auszulösen.
Unter Bezug auf 4 tritt die Systole z.B. zu
den Zeitpunkten T1, T3 und T5 auf, wodurch jeweils die Erzeugung
der HAO-Abschnitte HAO1, HAO2 und HAO3 eingeleitet wird. Die HAO-Abschnitte
werden verwendet, um zwischen den Bildbereichen mit Strömung und
denen ohne Strömung
zu unterscheiden. Wo in einem HAO-Abschnitt keine Strömung vorhanden
ist, wird in der Anzeigeeinrichtung 18 keine Strömung angegeben.
Die Bereiche der HAO-Abschnitte mit Strömung werden durch Strömungsschätzungen
in den LAO-Abschnitten aktualisiert, um eine gute zeitliche Auflösung, d.h.
Bildrate, zu erhalten, die eine bessere Durchdringung und Strömungssegmentierung
ergeben.
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Mit
Bezug auf 4: Eine beispielhafte Zeitdauer
zur Erzeugung der Abschnitte HAO1 beträgt etwa 200 Millisekunden.
Eine beispielhafte Zeitdauer zur Erzeugung der Abschnitte LAO1 beträgt etwa
800 Millisekunden. Wie in 4 gezeigt
können
die Zeitdauern zur Erzeugung jedes der HAO-Abschnitte identisch
sein, und die Zeitdauern zur Erzeugung jedes der LAO-Abschnitte können auch
identisch sein.
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Die 5 und 6 zeigen
zwei verschiedene Vorgehensweisen zur Erzeugung stillstehender (eingefrorener)
Bilder. Nach diesen Vorgehensweisen drückt ein Benutzer eine „Flash
Freeze"- bzw. „Einfrier"-Taste 19 an
den Bedienereingaben 22 (2). Das
System reagiert in drei Schritten:
- 1. Unter
der Annahme, dass die Taste 19 zu dem Zeitpunkt T8 gedrückt wird,
pausiert das System beim Scannen zwischen den Zeitpunkten T8 und
T9 kurz,
- 2. es gibt zwischen den Zeitpunkten T9 und T10 eine geringe
Anzahl von HAO-Abschnitten HAO4 ab, und
- 3. es pausiert beim Scannen von dem Zeitpunkt T10 an, bis der
Bediener die Taste 19 zu einem Zeitpunkt T11 wieder drückt.
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Mit
Bezug auf 6: Ein eingefrorenes Standbild
kann gewonnen werden, indem der Bediener die Taste 19 (2)
gedrückt
hat, worauf das System ebenfalls in drei Schritten ant wortet:
- 1. Unter der Annahme, dass der Bediener die
Taste 19 zu dem Zeitpunkt T12 drückt, gibt das System zwischen
den Zeitpunkten T12 und T13 eine geringe Anzahl von LAO-Abschnitten
aus,
- 2. es gibt zwischen den Zeitpunkten T13 und T14 eine geringe
Anzahl von HAO-Abschnitten HAO5 aus, und
- 3. es pausiert beim Scannen von dem Zeitpunkt T14 an, bis der
Bediener die Taste 19 zu einem Zeitpunkt T15 wieder drückt.
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Das
System pausiert die minimale Zeit, um sicherzustellen, dass die
ISPTA nicht überschritten
wird. Dieser Ansatz liefert auf der Anzeigeeinrichtung 18 ein
eingefrorenes Bild mit einer erhöhten
Durchdringung.
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Fachleute
werden erkennen, dass zusätzlich
zu dem Sendestrom für
die HAO-Abschnitte weitere Parameter einschließlich der Systemverstärkung und
den Segmentierungsschwellenwerten eingestellt werden sollten.
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Die
vorangegangenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
sind zum Zwecke der Darstellung offenbart worden. Änderungen
und Abwandlungen der Ausführungsbeispiele
werden für
Fachleute leicht erkennbar sein.
