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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf dreidimensionale
(3D-) Ultraschall-Bildgebungssysteme für die medizinische Diagnose
und im Besonderen auf ein verbessertes 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
und -verfahren, das eine erhöhte
Bildfrequenz oder eine optimierte Bilderfassungszeit schafft.
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Die
Ultraschallbildgebung ist inzwischen zu einem wichtigen und beliebten
Diagnosewerkzeug mit einem breiten Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten
geworden. Im Besonderen findet die Ultraschallbildgebung aufgrund
ihrer nicht invasiven und typischerweise nicht destruktiven Natur
in der Medizin eine weit verbreitete Anwendung. Moderne Hochleistungs-Ultraschall-Bildgebungssysteme
und -verfahren werden üblicherweise
dazu verwendet, sowohl zweidimensionale als auch dreidimensionale Diagnosebilder
von internen Merkmalen eines Objekts (beispielsweise von Teilen
der Anatomie eines menschlichen Patienten) zu erzeugen. Ein diagnostisches
Ultraschall-Bildgebungssystem setzt im Allgemeinen einen Wandler
mit großer
Bandbreite zum Abstrahlen und Empfangen von Ultraschallsignalen ein.
Das Ultraschall-Bildgebungssystem erstellt Bilder des inneren Gewebes
eines menschlichen Körpers,
indem es ein akustisches Wandlerelement oder ein Array mit akustischen
Wandlerelementen zur Erzeugung von Ultraschallimpulsen anregt, die
in den Körper
wandern. Die Ultraschallimpulse erzeugen bei der Reflexion durch
das Körpergewebe
Echos, die als Unterbrechungen in den sich ausbreitenden Ultraschallimpulsen
zu erkennen sind. Die verschiedenen Echos kehren zum Wandler zurück und werden
in elektrische Signale umgewandelt, die zur Erzeugung eines Bildes
des Gewebes verstärkt
und verarbeitet werden. Diese Ultraschall-Bildgebungssysteme sind
im medizinischen Bereich von großer Bedeutung, da sie dem Arzt
Echtzeitbilder mit hoher Auflösung
von internen Merkmalen einer menschlichen Anatomie liefern, ohne
dass invasive Untersuchungsverfahren wie die Chirurgie eingesetzt
werden müssen.
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Wie
oben beschrieben setzen Ultraschall-Bildgebungssysteme einen akustischen Wandler
zum Abstrahlen und Empfangen einer Vielzahl von Ultraschallimpulsen
ein. Der akustische Wandler, der die Ultraschallimpulse abstrahlt,
umfasst typischerweise ein piezoelektrisches Element oder ein Array
mit piezoelektrischen Elementen. Wie in der Technik bekannt verformt
sich ein piezoelektrisches Element nach dem Zuführen eines elektrischen Signals
und erzeugt die gesendeten Ultraschallimpulse. In gleicher Weise
bewirken die empfangenen Echos bei dem piezoelektrischen Element, dass
es sich verformt und ein entsprechendes elektrisches Empfangssignal
erzeugt. Der akustische Wandler ist oft Bestandteil eines Handgerätes, das einem
Bediener erhebliche Freiheit bei der Bewegung des Wandlers über einen
gewünschten
interessierenden Bereich gewährt.
Der Wandler ist häufig über ein
Kabel mit einer Steuereinrichtung verbunden, die die elektrischen
Signale erzeugt und verarbeitet. Die Steuereinrichtung kann wiederum
Bildinformationen zu einer Echtzeit-Betrachtungseinrichtung wie
einem Monitor übertragen.
Bei alternativen Konfigurationen können die Bildinformationen
ebenso zu Ärzten
an einem entfernten Standort übertragen
oder gespeichert werden, damit die Diagnosebilder zu einem späteren Zeitpunkt
betrachtet werden können.
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Zur
Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes werden mit Hilfe von jeglichem
von verschiedenen Wandlern volumetrische Abstandsinformationen wie
Planare oder Linieninformationen erzielt, die zu Positionsinformationen
gehören.
Ein Ansatz besteht darin, ein zweidimensionales Wandlerarray einzusetzen,
um direkt dreidimensionale Bildinformationen zu erhalten. Ein derartiger
Ansatz ist beispielsweise in der
USamerikanischen
Patentschrift Nr. 6.186.948 beschrieben. Ein zweidimensionales
Array kann dazu verwendet werden, elektronisch zum Erfassen der
gewünschten
Informationen in jeglicher gewünschten
Ausrichtung abzutasten. Ein weiterer Ansatz besteht darin, mit Hilfe
eines eindimensionalen oder 1,5-dimensionalen Wandlerarrays mehrere zweidimensionale
Bild-Datenframes zusammen mit relativen Positionsinformationen zu
erfassen, die zu den Bild-Datenframes gehören, so dass diese Frames aufeinander
folgend zu einem dreidimensionalen Volumen zusammengesetzt werden
können
und die gewünschte
dreidimensionale Rekonstruktion bilden.
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Auf
der Grundlage von vom Wandler empfangenen Echosignalen werden wie
oben beschrieben die volumetrischen Informationen erzeugt, wie sie
aus mehreren Sätzen
mit Planaren Informationen zusammengesetzt wurden. Die Bildinformationen werden
als Funktion von verschiedenen Bildgebungsmodi abgeleitet, beispielsweise
dem B-Mode oder Helligkeitsmodus oder dem Farbdopplermodus.
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Sind
die volumetrischen Abstandsinformationen, wie Planare Informationen,
und die zugehörigen Positionsinformationen
einmal bereitgestellt, werden Standardverfahren eingesetzt, um die
Bildinformationen zu einem dreidimensionalen Volumen des Objek tes
zusammenzusetzen und die gewünschte
Anzeige wie ein Querschnittsbild, ein Oberflächen-Rendering oder Ähnliches
zu schaffen.
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Einige
Ultraschall-Bildgebungssysteme nach dem Stand der Technik wurden
gemäß der Philosophie
ausgelegt, dass ein Techniker die Aufgabe der Erfassung eines „ganzen
Volumens" eines
interessierenden Organs in einem Patienten durchführt und ein
Arzt oder ein anderer Krankenhausmitarbeiter die Ergebnisse einer
Diagnosesitzung mit einer Vielzahl von Bildern im Offline-Betrieb
wieder aufruft. Bei dieser Diagnosemodalität ist es unbedingt erforderlich, dass
der Techniker alle Schichtbilder und Projektionen ermittelt, die
für eine
Diagnose notwendig sind. Infolgedessen wurden keine Vorkehrungen
getroffen, die es dem Techniker erlauben, die Größe eines beobachteten Volumens
(engl. volume-under-Observation, VUO) zu reduzieren.
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Es
nimmt jedoch sehr viel Zeit in Anspruch, ein großes Volumen abzutasten, wodurch
die Bildfrequenz in einem Echtzeit-Bildgebungssystem negativ beeinflusst
wird. Bei Systemen, die nicht in Echtzeit arbeiten, wird hingegen
die Gesamterfassungsdauer negativ beeinflusst. Es kann beispielsweise
mehr als 5 Minuten dauern, ein vollständiges vierdimensionales (Raum
und Zeit) Volumen des menschlichen Herzens über einen einzigen Herzzyklus
zu erfassen.
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Einige
Bildgebungssysteme nach dem Stand der Technik begegnen dem Problem
der Bildfrequenz, indem ihre Hardware eine Struktur zur Mehrkanal-Parallelstrahlformung
umfasst. Dieser Ansatz erhöht
jedoch die Kosten und die Größe des resultierenden
Ultraschall-Bildgebungssystems erheblich. Eine Hardwarelösung mit
Mehrkanal-Parallelstrahlformung ist in 1 dargestellt.
Ein 3D-Bildgebungssystem 10 nach dem Stand der Technik
kann wie gezeigt einen Sendecontroller 12, einen Wandler 14, eine
parallele Konfiguration von Empfangsstrahlformern 16a, 16b, 16c,
... 16x, ein HF-Filter 18 und sowohl einen Doppler-Bildprozessor 20 als
auch einen B-Mode-Bildprozessor 22 umfassen. Das 3D-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik kann ferner einen Bildrasterwandler 24,
einen 3D-Bildprozessor 26, eine Bilddaten-Speichereinrichtung 28 und
eine Anzeige 30 umfassen.
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Wie
in 1 dargestellt kann das 3D-Bildgebungssystem 10 einen
Sendecontroller 12 zur Steuerung der Funktionen und der
Zeitpunkte von mehreren Anregungssignalen verwenden, die zum Wandler 14 weitergeleitet
werden können.
Der Wandler 14 kann so konfiguriert werden, dass er Ultraschallsignale
oder akustische Energie zu bzw. von einem untersuchten Objekt (nicht
dargestellt) abstrahlt und empfangt. Als Reaktion auf gesendete
Ultraschallsignale werden von dem untersuchten Objekt ein oder mehrere
Echos gesendet und von dem Wandler 14 empfangen, der die
Echos zur weiteren Verarbeitung in ein elektrisches Signal umwandelt.
Während
eines Empfangsbetriebes wird im Wandler 14 an einer Anzahl
von Strahlenbündelpositionen
eine analoge Signalform empfangen. Jede der Vielzahl von empfangenen
analogen Signalformen kann an einen speziellen Empfangsstrahlformer 16a bis 16x weitergeleitet werden.
Jeder Parallelstrahlformer 16 der Gruppe kann aufeinander
folgend über
die Zeit eine Serie von analogen Signalformsätzen, jeweils einen Satz für jede getrennte
akustische Linie, empfangen und die Signalformen in Form einer Pipeline
verarbeiten. Jeder Parallelstrahlformer 16a bis 16x der
Gruppe kann so konfiguriert werden, dass er seine entsprechende analoge
Echosignalform in eine digitale Echosignalform umwandelt, die eine
Anzahl von diskreten Positionspunkten umfasst. Jeder der Gruppe
von Parallelstrahlformern 16a bis 16x kann die
getrennten Echosignalformen um verschiedene Zeitspannen verzögern und
die verzögerten
Signalformen dann zusammenaddieren und eine zusammengesetzte digitale
akustische HF-Linie erzeugen.
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Ein
HF-Filter 18 kann mit dem Ausgang der Parallelstrahlformer 16 gekoppelt
und so konfiguriert werden, dass er digitale akustische Linien aufeinander
folgend empfängt
und verarbeitet. Der HF-Filter 18 kann ein Bandpassfilter
sein. Wie weiter in 1 dargestellt können die
gefilterten Bilddaten zur Verarbeitung im zweidimensionalen Bildmodus
zu einem Doppler-Bildprozessor 20 und einem B-Mode-Bildprozessor 22 weitergeleitet
werden. Wie weiter in 1 dargestellt können der
Doppler-Bildprozessor 20 und der B-Mode-Bildprozessor 22 mit
einem Bildrasterwandler 24 gekoppelt werden, der die Bilddaten
in ein für
die Anzeige geeignetes Format konvertiert. Der Bildrasterwandler 24 kann
die Daten verarbeiten, nachdem ein vollständiger Datenframe (d. h. ein
Satz mit allen akustischen Linien in einer einzigen anzuzeigenden
Ansicht oder einem einzigen anzuzeigenden Bild) gesammelt wurde.
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Danach
kann das 3D-Bildgebungssystem 10 nach dem Stand der Technik
die konvertierten Bilddaten zur Durchführung der erforderlichen mathematischen
Bearbeitung zur Erzeugung von volumetrischen Informationen aus einer
Serie mit Planaren (d. h. zweidimensionalen) Ultraschallbildern
an einen 3D-Bildprozessor 26 weiterleiten. Wie weiter in 1 dargestellt
kann der 3D-Bildprozessor 26 mit einer Bilddaten-Speichereinrichtung 28 und
einer Anzeige 30 gekoppelt werden. Die Bilddaten-Speichereinrichtung 28 kann
die Speicherung sowohl von Standbildern als auch von Videobildern
zur Offline-Bildbearbeitung und -Betrachtung erlauben. Die Anzeige 30 kann eine
spezielle Kathodenstrahlröhren-Anzeige (CRT)
oder eine andere geeignete Bilder erzeugende Einrichtung sein, die
es einem Bediener ermöglicht, Bilder
in Echtzeit zu betrachten.
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Wie
oben beschrieben können
volumetrische Informationen, die aus mehreren Ebenen bestehen, durch
ein 3D-Bildgebungssystem 10 nach dem Stand der Technik
(1) wie in 2 gezeigt
erfasst werden. Die planaren Informationen 40 können beispielsweise
erfasst werden, indem der Wandler 14 dazu verwendet wird,
eine Vielzahl von Ultraschallsendeebenen 13a, 13b, 13c,
... 13f wie dargestellt zu senden. Die Vielzahl von Sendeebenen 13 kann
eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Reaktionsebenen erzeugen,
die vom Wandler 14 empfangen werden können. Die Vielzahl von Reaktionsebenen
können zusammen
mit Positionsinformationen durch das 3D-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik aus 1 verarbeitet
werden, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Wie weiter in 2 dargestellt
können
volumetrische Informationen über einen
Fußabdruck
von 60° × 60° in einer
Tiefe von 16 cm abgetastet werden. Wie ebenfalls in 2 dargestellt
kann sich die Vielzahl von Reaktionsebenen 13 über eine
Länge und
eine Breite von 16 cm erstrecken und somit eine Pyramide aus volumetrischen
Informationen bilden. Bei der Betrachtung von 2 wird
deutlich, dass ein untersuchtes Volumen (beispielsweise ein Organ
oder ein Teil eines Organs der menschlichen Anatomie) innerhalb
der aus der Vielzahl von Ultraschallsendeebenen 13 gebildeten
dreidimensionalen „Abtastpyramide" liegen muss. Die von
dem 3D-Bildgebungssystem 10 nach dem Stand der Technik
(1) erfassten planaren Informationen 40,
wie sie in 2 dargestellt sind, geben planare
Informationen 40 wieder, die mit einem stationären Wandler 14 erfasst
werden können.
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Zum
Abtasten eines großen
Volumens (60° × 60°) in Echtzeit
(d. h. mit mehr als 15 Hz) war das 3D-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik (1) gezwungen, 16fach-Parallelstrahlformer
einzusetzen. Diese 16fach-Parallelstrahlformeranordnung ist wenig
wünschenswert,
da die realisierbare dreidimensionale Auflösung sehr kostspielig ist,
insbesondere wenn man sie mit 2D-Bildgebungssystemen nach dem Stand
der Technik vergleicht. Erstens machen die Kosten für jeden
Strahlformer das 3D-Bildgebungssystem
nach dem Stand der Technik relativ teuer. Zweitens nutzt das 3D-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik einen breiteres Sendestrahlenbündel von
ungefähr
4° × 4°, um den
16fachen Parallelbetrieb (eine Sendeanregung für 16 gleichzeitige Empfangserfassungen) durchzuführen. Danach
werden innerhalb der Sendestrahlbreite 16 Empfangsstrahlenbündel (jeweils 1° auseinander)
mit einer Empfangsstrahlbreite von 4° × 4° abgefragt. Die „Umlauf"-Auflösung ist
tatsächlich
eine Multiplikation der Sende- und der Empfangsstrahlbreiten. Infolge
der relativ großen
Sende- und Abfragestrahlbreiten reduziert sich die Auflösung des 3D-Bildgebungssystems 10 nach
dem Stand der Technik im Vergleich zu lediglich 2D-Bildgebungssystemen
nach dem Stand der Technik erheblich.
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Es
wurden andere Systeme nach dem Stand der Technik erfunden, die verschiedene
Einrichtungen zur Steuerung der relativen Position des Wandlers 14 zum
untersuchten Volumen nutzen. Es ist zu beachten, dass die Planaren
Informationen 40 durch ein 3D-Bildgebungssystem erfasst
werden können, das
so konfiguriert ist, dass es die Position des Wandlers 14 variiert.
Die aus einer Vielzahl von durch einen Wandler mit variierender
Position erfassten zweidimensionalen Bildern resultierenden Planaren Informationen 40 können Schichtbilder
sein. Als Ausgleich zu einer erhöhten
Komplexität
können
Ultraschall-Bildgebungssysteme, die in der Lage sind, die relative
Position des Wandlers 14 zu variieren, ein größeres Volumen
erfassen als diejenigen Systeme, die einen Wandler 14 mit
feststehender Position einsetzen. Ungeachtet der ausgewählten zweidimensionalen
Bildgebungsverfahren sind geeignete Algorithmen bekannt für die Verknüpfung der
Bildinformationen mit Positionsinformationen, die zu jedem der erfassten
Schichtbilder gehören,
um eine dreidimensionale Wiedergabe eines untersuchten Volumens
zu entwickeln.
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Nachdem
zwei Verfahren nach dem Stand der Technik zum Erfassen eines dreidimensionalen Volumens
mit Hilfe einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern allgemein
beschrieben wurden, wird nun auf 3 Bezug
genommen, in der die Leistungsmerkmale nach dem Stand der Technik
dargestellt sind, die beim Einsatz einer relativ großen Strahlbreite
und einem Mehrkanal-Parallelstrahlformungssystem zu erwarten sind.
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In
dieser Hinsicht beschreibt 3 weiter
die Funktionsweise des 3D-Bildgebungssystems 10 nach
dem Stand der Technik aus 1. Im Besonderen
zeigt 3 ein Diagramm mit erwarteten Leistungsmerkmalen 50 wie
der Empfindlichkeit der Sendeebene 52, der Empfangsebene 54 und
des Umlaufs 56 gegenüber
der Sendestrahlbreite, wie sie mit dem 3D-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik zu erwarten ist. 3 wird weiter
hinsichtlich des Diagramms in 6 erläutert, in
der ein Vergleich mit den erwarteten Leistungsmerkmalen für ein erfindungsgemäßes 3D-Bildgebungssystem
angestellt wird.
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Zusätzlich zu
den erhöhten
Kosten und der Größe verschiedener
Ultraschall-Bildgebungssysteme
nach dem Stand der Technik besteht ein weiteres Problem im Zusam menhang
mit der Erfassung von ganzen Volumen darin, dass die Position des
Zielvolumens zum Schallkopf referenziert wird. Infolgedessen müssen Referenzen
auf die Anatomie genau umgesetzt werden, damit ein untersuchtes
Gewebevolumen genau identifiziert und diagnostiziert werden kann.
Referenzen auf die Anatomie sind typischerweise minimal und erfordern
es entweder, dass der Techniker sie „kennzeichnet" oder dass der diagnostizierende
Arzt die Anatomie identifiziert. Als solches wird es oft schwierig
für den
die Informationen wieder aufrufenden Arzt zu verstehen, was er betrachtet. Ärzte, die
nicht sehr gut fachlich ausgebildet und erfahren mit einem bestimmten
Bildgebungssystem und typischen erzeugten Bildern sind, „verirren" sich oft in dem
Volumen.
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Infolgedessen
besteht ein Bedarf an verbesserten 4D-(Raum und Zeit) Ultraschall-Bildgebungssystemen,
die es dem Bediener erlauben, ein Volumen zeitkritisch zu erfassen,
die in der Lage sind, das Volumen-Rendering zu einem standardmäßigen 2D-Bildgebungsmodus
zu referenzieren, und die es dem Bediener erlauben, selektiv eine
Anzahl von Anzeigemodusparametern auszuwählen, die eine benutzergelenkte
Ansicht innerhalb eines untersuchten Volumens ergeben.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Ultraschall-Bildgebungssystem
und- verfahren zum
zeiteffizienten Erfassen eines vom Benutzer identifizierten Zielvolumens.
Ein mit dem Ultraschall-Bildgebungssystem interagierender Bediener
identifiziert die volumetrische Größe, die Position, den Betrachtungswinkel
usw. eines Zielvolumens. Als Reaktion auf die Bedienereingabe kann
das Ultraschall-Bildgebungssystem eine Abtastsequenz, die Richtung
einer akustischen Linie und den Abstand zwischen akustischen Linien
verändern,
um zeiteffizient ein dreidimensionales Bild zu erfassen. Der Bediener
kann die Geschwindigkeit der Erfassung des Zielvolumens erheblich
beeinflussen, indem er die Größe des ausgewählten Volumens,
die Bildfrequenz und die gewünschte
Auflösung
gegeneinander abwägt.
Indem es dem Bediener ermöglicht
wird, ein interessierendes Zielvolumen (engl. volume-of-interest,
VOI) mit variabler Größe (d. h.
nicht unbedingt das ganze Organ) innerhalb eines untersuchten Volumens
(engl. volume-under-Observation, VUO) zu positionieren, das jegliches
größere Volumen
als das interessierende Volumen umfassen kann, kann die Bildfrequenz optimiert
werden. Diese Optimierung resultiert aus dem Anregen von akustischen
Linien in dem gewünschten
interessierenden Volumen (VOI) gegenüber einem größeren Zielvolumen
(beispielsweise einem untersuchten Volumen oder VUO).
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Das
Ultraschall-Bildgebungssystem kann das Zielvolumen (d. h. das interessierende
Volumen oder VOI) sowohl in der Position als auch in der Größe zu einem
standardmäßigen 2D-Bildgebungsmodus
(beispielsweise einen B-Mode- oder einen Color-Flow-Dopplermodus) referenzieren. Als
direktes Ergebnis kann das Zielvolumen von einem Bediener mit Hilfe
eines standardmäßigen 2D-Bildgebungsmodus
als erste Referenz spezifiziert werden. Zusätzlich können die zweidimensionalen
Referenzbildinformationen in Echtzeit erfasst und später zusammen
mit dem gewünschten
interessierenden Volumen angezeigt werden, um eine erkennbare Referenz
für den Kliniker
(beispielsweise einen Arzt) zu liefern.
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Das
Ultraschall-Bildgebungssystem kann die Periodizität der gesendeten
akustischen Linien verändern
(beispielsweise kann der Winkelabstand zwischen aufeinander folgenden
akustischen Linien räumlich
variieren). Diese Unterschiede in der räumlichen Dichte können durch
Bedienereingaben beeinflusst werden, wo die Veränderungen der räumlichen Liniendichte
dazu verwendet werden, die Erfassungsdauer der akustischen Echos
zu minimieren oder die Auflösung
in bestimmten Bereichen des Zielvolumens zu optimieren. Bei einem
Modus hätten akustische
Linien, die der Betrachtungsquelle (oder Kameraposition) am nächsten liegen,
nach der Identifizierung eines bevorzugten Betrachtungswinkels eine
höhere
Dichte. Wenn die Entfernung von der Betrachtungsquelle weg zunimmt,
kann das Ultraschall-Bildgebungssystem akustische Sendelinien erzeugen,
die immer weiter auseinander liegen. Ein Vorteil der Veränderung
des Abstands zwischen den akustischen Sendelinien besteht darin,
dass eine anschließende
algorithmische Verarbeitung vereinfacht werden kann. In bestimmten
Fällen
ist es möglich, durch
Verändern
des Abstands der akustischen Sendelinien eine Perspektive in das
dreidimensionale Bild einzubauen. Eine mögliche Durchführungsweise besteht
in der Reduzierung des Abstands der Sendelinien (und der Auflösung entlang
den Linien) bei zunehmender Entfernung von einem benutzerdefinierten
Betrachtungsfenster. Nach der Erfassung der Ultraschallechoinformationen
kann die Bildperspektive eingebaut werden, indem die Bilddaten mit
zunehmender Entfernung von einem benutzerwählbaren Betrachtungsfenster
mit einem gleichmäßigeren
Abstand angezeigt werden. Ein weiterer Vorteil des Ultraschall-Bildgebungssystems
der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine anschließende Bildrasterwandlung
durch Anregen der akustischen Linien mit Hilfe eines vom Benutzer
identifizierten Pyramidenstumpfes innerhalb des untersuchten Volumens
als Referenzrahmen vereinfacht werden kann.
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Vom
Schaltungsaufbau her kann ein Ultraschall-Bildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Wandler umfassen, der elektrisch mit einem zur Erzeugung und
Weiterleitung einer Folge von Ultraschallenergieimpulsen zum Wandler konfigurierten
Ultraschallsystemcontroller verbunden ist. Der Ultraschallsystemcontroller
ist ferner so konfiguriert, dass er Informationen von Ultraschallzielechos
zur weiteren Verarbeitung durch jegliche Anzahl von Einrichtungen
empfangt und wiederherstellt, die in der Lage sind, die wiederhergestellten
Ultraschall-Zielechoinformationen in ein sichtbares dreidimensionales
Bild umzusetzen. Beispielsweise kann ein Ultraschall-Bildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Wandler, ein Ultraschallelektroniksystem und ein
Anzeigeelektroniksystem umfassen. Das Ultraschallelektroniksystem
kann einen Sendecontroller, einen Empfangsstrahlformer, einen Systemcontroller,
eine Vielzahl von Filter, eine Vielzahl von 2D-Bildmodusprozessoren
und einen Bildrasterwandler umfassen. Die Anzeigeelektronik kann
sowohl 2D- als auch 3D-Bildprozessoren, eine Bildspeichereinrichtung
und eine Anzeige umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch in groben Zügen als die Schaffung eines
Verfahrens zur Ultraschallbildgebung angesehen werden. Kurz gesagt umfasst
das Verfahren folgende Schritte: das Auffordern eines Benutzers
zu einer Vielzahl von benutzerwählbaren
Eingaben zur Identifizierung einer interessierenden Region innerhalb
eines größeren untersuchten
Volumens; das Einstellen einer Vielzahl von Parameter zur Ultraschallbildgebung
als Reaktion auf die Vielzahl von benutzerwählbaren Eingaben; das Senden
einer Vielzahl von Abtastlinien gemäß den Parameter zur Ultraschallbildgebung;
das Wiederherstellen einer Vielzahl von durch die Abtastlinien erzeugten
Reaktionen; und das Ableiten eines dreidimensionalen Bildes der
untersuchten Region mit einer benutzerwählbaren Option zum Überlagern eines
standardmäßigen Bildes
des zweidimensionalen Anzeigemodus.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachkundigen aus
der Durchsicht der folgenden Zeichnungen und ausführlichen
Beschreibung ersichtlich. Diese zusätzlichen Merkmale und Vorteile
sollen im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthalten sein. Die
Figuren zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines 3D-Ultraschall-Bildgebungssystems nach dem
Stand der Technik;
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2 eine
schematische Darstellung eines Ansatzes nach dem Stand der Technik
zur dreidimensionalen Bildgebung, wie sie mit dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
nach dem Stand der Technik aus 1 durchgeführt werden
könnte;
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3 ein
Diagramm, das die Empfindlichkeit der Sende- und Empfangsultraschallsignale
gegenüber
der Strahlbreite darstellt, wie sie mit dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
nach dem Stand der Technik aus 1 erreicht
werden kann;
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4 ein
Blockschaltbild, das eine Ausführungsform
eines 3D-Ultraschall-Bildgebungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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5 eine
schematische Darstellung eines Ansatzes zur dreidimensionalen Bildgebung,
wie sie mit dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem aus 4 durchgeführt werden
könnte;
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6 ein
Diagramm, das die Empfindlichkeit der Sende- und Empfangsultraschallsignale
gegenüber
der Strahlbreite darstellt, wie sie mit dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
aus 4 erreicht werden kann;
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7 eine
schematische Seitenansicht eines Wandlers, der mit dem Ultraschallelektroniksystem
aus 4 gekoppelt sein kann und eine Vielzahl von gelenkten
Sendestrahlenbündeln
erzeugt;
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die 8–13 schematische
Ansichten von möglichen
Ultraschallbildanzeigen (d. h. Modi), die von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
aus 4 erzeugt werden können;
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die 14A und 14B eine
perspektivische Ansicht und ein zweidimensionales Diagramm, die
einen bedienerwählbaren
Betrachtungspunkt und die Veränderung
der Sendeabtastlinien zur Verbesserung der Bildfrequenz zeigen,
wie sie von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
aus 4 implementiert werden kann;
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die 15A bis 15C eine
perspektivische Ansicht und zwei Diagramme, die einen bedienerwählbaren
Betrachtungspunkt und die Veränderung
von Sendeabtastlinien zur Simulation einer Perspektive zeigen, wie
sie von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem
aus 4 implementiert werden kann;
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16 einen
Ablaufplan, der ein Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung zeigt,
wie es von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem aus 4 implementiert
werden kann.
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Das
3D-Ultraschall-Bildgebungssystem und -verfahren der vorliegenden
Erfindung werden nun im Besonderen ausführlich im Zusammenhang mit einem
Ultraschall-Bildgebungssystem beschrieben, das Helligkeitsmodus-(B-Mode-)Bilder
oder Grauskalabilder sowie Color-Flow- oder Doppler-Bilder erzeugt
und anzeigt, die wohlbekannt sind. Es ist jedoch anzumerken, dass
die mit dem verbesserten 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem und -verfahren der
vorliegenden Erfindung übereinstimmenden
Darlegungen mit Hilfe anderer Ultraschall-Bildgebungssysteme durchgeführt werden
können,
die für
das Verfahren geeignet sind, wie es für den Fachkundigen offensichtlich
sein wird.
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Systemarchitektur und Funktionsweise
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Eine
beispielhafte Architektur einer Ausführungsform eines Ultraschall-Bildgebungssystems, das
in der Lage ist, das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen, ist
anhand eines Funktionsblockschaltbildes in 4 dargestellt
und allgemein mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet. Es
ist anzumerken, dass viele der in 4 gezeigten
Funktionsblöcke
eine logische Funktion definieren, die als Hardware, Software oder
eine Kombination aus beidem implementiert werden kann. Zur Erzielung
einer hohen Geschwindigkeit wird es zurzeit vorgezogen, dass die
meisten der Blöcke,
falls nachfolgend nicht besonders angemerkt, als Hardware implementiert werden.
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Mit
Bezug auf 4 kann ein Ultraschall-Bildgebungssystem 200 ein
Ultraschallelektroniksystem 202, das mit einem Wandler 212 kommuniziert,
und ein Anzeigeelektroniksystem 205 umfassen. Wie in 4 dargestellt
kann das Ultraschallelektroniksystem 202 einen Systemcontroller 220 umfassen,
der entsprechend einer geeigneten Software für die Steuerung der Funktionen
und Zeitsteuerung der verschiedenen Elemente und Signalströme innerhalb
des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 ausgelegt ist. Das
Ultraschallelektroniksystem 202 kann ferner einen Sendecontroller 210,
einen Empfangsstrahlformer 214, einen HF-(Bandpass-)Filter 216,
einen I/Q-Demodulator 218, einen B-Mode-Prozessor 222, einen Doppler-Prozessor 224 und
einen 2D/3D-Bildrasterwandler 226 umfassen. Wie ferner in 4 dargestellt
kann das Anzeigeelektroniksystem 205 einen 2D/3D-Bildprozessor 228,
einen Bildspeicher 230 und eine Anzeige 232 umfassen.
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Der
Wandler 212 kann so konfiguriert werden, dass er Ultraschallsignale
oder akustische Energie in ein untersuchtes Objekt (beispielsweise
der Anatomie eines Patienten, wenn das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 im
Zusammenhang mit einer medizinischen Anwendung eingesetzt wird)
abstrahlt bzw. aus ihm empfängt.
Der Wandler 212 ist vorzugsweise ein Sektorwandler mit
einer Vielzahl von Elementen sowohl in der Azimut- als auch in der
Elevationsrichtung.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst der Wandler 212 ein Array aus Elementen, die typischerweise
aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise aus Bleizirkonattitanat
(PZT), jedoch nicht darauf beschränkt, bestehen. Jedem Element wird
ein elektrischer Impuls oder eine andere geeignete elektrische Signalform
zugeführt,
die die Elemente veranlasst, gemeinsam eine Ultraschalldruckwelle
in das untersuchte Objekt weiterzuleiten. Außerdem werden als Reaktion
hierauf ein oder mehrere Echos von dem untersuchten Objekt ausgesendet und
von dem Wandler 212 empfangen, der die Echos zur weiteren
Verarbeitung in ein elektrisches Signal umwandelt.
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Das
Array aus zu dem Wandler 212 gehörenden Elementen ermöglicht es,
ein von dem Wandlerarray ausgehendes Strahlenbündel (während der Sende- und Empfangsvorgänge) durch
das Objekt zu lenken, indem es die Phase der den einzelnen Wandlerelementen
zugeführten
elektrischen Impulse bzw. Ansteuersignale (durch das Einfügen einer
zeitlichen Verzögerung)
verschiebt. Während
eines Sendevorgangs wird jedem Wandlerelement eine analoge Signalform
zugeführt,
die bewirkt, dass ein Impuls wie ein Strahlenbündel selektiv in eine bestimmte
Richtung durch das Objekt weitergeleitet wird.
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Während eines
Empfangsvorgangs wird eine analoge Signalform von jedem Wandlerelement
in jeder Strahlenbündelposition
empfangen. Jede analoge Signalform stellt im Wesentlichen eine Folge
von durch das Wandlerelement über
eine Zeitspanne empfangenen Echos dar, wenn Echos entlang einem einzigen
Strahlenbündel
durch das Objekt empfangen werden. Der gesamte Satz mit analogen
Signalformen stellt eine akustische Linie dar, und der gesamte Satz
mit akustischen Linien stellt eine einzige Ansicht oder ein einziges
Bild eines Objektes dar und wird als „Frame" bezeichnet.
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Ein
Sendecontroller 210 kann elektrisch mit dem Wandler 212 verbunden
sein. Der Sendecontroller 210 kann ferner mit dem Systemcontroller 220 kommunizieren.
Der Systemcontroller 220 kann so konfiguriert werden, dass
er ein oder mehrere Steuersignale sendet, um die Funktion des Sendecontrollers 210 zu
lenken. Als Reaktion kann der Sendecontroller 210 eine
Folge von elektrischen Impulsen erzeugen, die periodisch einem Teilbereich
des Arrays mit Elementen des Wandlers 212 zugeführt werden können und
bewirken, dass die Wandlerelemente Ultraschallsignale in das untersuchte
Objekt der oben beschriebenen Art abstrahlen. Der Sendecontroller 210 schafft
typischerweise eine (zeitliche) Trennung zwischen den gesendeten
Impulsen, damit der Wandler 212 während der Zeitspanne zwischen
den gesendeten Impulsen Echos von dem Objekt empfangen kann, und
leitet die empfangenen Echos zu einer Gruppe mit parallelen Kanälen innerhalb
des Empfangsstrahlformers 214 weiter.
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Der
Empfangsstrahlformer 214 kann eine Folge mit analogen elektrischen
Echosignalformen von dem Wandler 212 empfangen, die durch
von dem untersuchten Objekt abgestrahlte Echos erzeugt werden. Im
Besonderen kann der Empfangsstrahlformer 214 für jede akustische
Linie eine analoge elektrische Echosignalform von einem entsprechenden Wandlerelement
empfangen. Außerdem
kann der Empfangsstrahlformer 214 eine Folge von Signalformgruppen,
eine Gruppe für
jede einzelne akustische Linie, zeitlich aufeinander folgend empfangen und
die Signalformen in Form einer Pipeline verarbeiten. Da die von
dem Wandler 212 empfangenen Ultraschallsignale eine geringe
Energie aufweisen, sollte die Qualität der Gruppe mit Vorverstärkern, die
in dem Empfangsstrahlformer 214 eingebaut sein können, ausreichen,
um die Erzeugung von übermäßigem Rauschen
beim Verstärkungsprozess
zu verhindern.
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Da
die Amplitude der Echosignalformen typischerweise abnimmt, wenn
Signale aus immer größerer Tiefe
im untersuchten Objekt empfangen werden, kann der Empfangsstrahlformer 214 ferner
eine Vielzahl von parallelen (nicht dargestellten) Tiefenausgleichseinheiten
(engl. time-gain compensators, TGC) umfassen, die so ausgelegt sind,
dass sie die Verstärkung
auf der Länge
jeder akustischen Linie nach und nach erhöhen und dadurch die Anforderungen
an den Dynamikumfang in anschließenden Verarbeitungsstufen
reduzieren. Außerdem
kann die Gruppe mit Tiefenausgleichseinheiten 22 eine Folge von
Signalformgruppen, eine Gruppe für
jede einzelne akustische Linie, zeitlich aufeinander folgend empfangen
und die Signalformen in Form einer Pipeline verarbeiten.
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Der
Empfangsstrahlformer 214 kann auch eine Vielzahl von parallelen
(nicht dargestellten) A/D-Umsetzern umfassen, die jeweils mit einer
Vielzahl von kanalspezifischen Tiefenausgleichseinheiten kommunizieren.
Jeder der A/D-Umsetzer im Empfangsstrahlformer 214 kann
so konfiguriert sein, dass er seine entsprechende analoge Echosignalform
in eine digitale Echosignalform umwandelt, die eine Anzahl von diskreten
Positionspunkten (Hunderte bis Tausende, die der Tiefe entsprechen
und eine Funktion der Ultraschallsendefrequenz sein können) mit
entsprechenden quantisierten Momentansignalpegeln umfassen, wie
sie in der Technik wohlbekannt sind. Bei den bisherigen Ultraschall-Bildgebungssystemen
nach dem Stand der Technik erfolgte diese Umwandlung häufig später in den
Signalverarbeitungsschritten, jetzt können jedoch viele der logischen
Funktionen, die an den Ultraschallsignalen durchgeführt werden,
digital sein, und es wird somit vorgezogen, dass die Umwandlung
zu einem früheren
Stadium im Signalverarbeitungsprozess stattfindet. Auf diese Weise
kann der Empfangsstrahlformer 214 eine Folge von Signalformen
für getrennte
akustische Linien zeitlich aufeinander folgend empfangen und die
Daten in Form einer Pipeline verarbeiten. Der Empfangsstrahlformer 214 kann
die Folgen mit empfangenen Signalformen kombinieren und eine einzige
akustische Linie erzeugen. Zu diesem Zweck kann der Empfangsstrahlformer 214 die
getrennten Echosignalformen um verschiedene Zeitspannen verzögern und
die verzögerten
Signalformen dann addieren, um eine zusammengesetzte digitale akustische
HF-Linie zu erzeugen. Der oben erwähnte Strahlformungsprozess
der Verzögerung
und Summierung ist in der Technik wohlbekannt. Ferner kann der Empfangsstrahlformer 214 eine
Folge von Datensammlungen für
getrennte akustische Linien zeitlich aufeinander folgend empfangen
und die Daten in Form einer Pipeline verarbeiten.
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Der
Ausgang des Empfangsstrahlformers 214 kann mit einem HF-Filter 216 gekoppelt
sein. Der HF-Filter 216 kann ein Bandpassfilter sein, der
so konfiguriert ist, dass er unerwünschtes HF-Außerbandrauschen
aus der Vielzahl von Signalformen entfernt. Der Ausgang des HF-Filters 216 kann
dann mit einem I/Q-Demodulator 218 gekoppelt sein, der so
konfiguriert ist, dass er digitale akustische Linien aufeinander
folgend empfängt
und verarbeitet. Der I/Q-Demodulator 218 kann einen lokalen
Oszillator umfassen, der so konfiguriert sein kann, dass er die empfangenen
digitalen akustischen Linien mit einem komplexen Signal mischt,
das ein phasengleiches (reelles) Signal und ein vierphasiges (imaginäres) Signal
enthält,
die um 90° phasenverschoben
sind. Der Mischvorgang kann Summen- und Differenzfrequenzsignale
erzeugen. Das Summenfrequenzsignal kann gefiltert (entfernt) werden,
so dass das Differenzfrequenzsignal, ein komplexes, nahe der Nullfrequenz
zentriertes Signal, übrig
bleibt. Ein komplexes Signal soll der Bewegungsrichtung von in dem
untersuchten Objekt abgebildeten anatomischen Strukturen folgen
und eine genaue Erkennung der Amplitude mit großer Bandbreite erlauben.
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Bis
zu diesem Punkt im Ultraschallecho-Empfangsprozess können alle
Vorgänge
als im Wesentlichen linear betrachtet werden, so dass die Reihenfolge
der Vorgänge
neu geordnet werden kann und gleichzeitig eine im Wesentlichen gleichwertige
Funktion aufrechterhalten wird. Bei einigen Systemen kann es beispielsweise
wünschenswert sein,
vor der Strahlformung oder Filterung auf eine niedrigere Zwischenfrequenz
oder das Basis band zu mischen. Derartige Neuordnungen von im Wesentlichen
linearen Verarbeitungsfunktionen sind als im Rahmen der Erfindung
liegend zu betrachten.
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Wie
in 4 dargestellt kann eine Vielzahl von Signalprozessoren
mit dem Ausgang des I/Q-Demodulators 218 gekoppelt werden.
Es können beispielsweise
ein B-Mode-Prozessor 222 und ein Doppler-Prozessor 224 am
Ausgang des I/Q-Demodulators 218 eingefügt werden. Sowohl der B-Mode-Prozessor 222 als
auch der Doppler-Prozessor 224 können eine geeignete Art eines
Direktzugriffsspeichers (RAM) umfassen und so konfiguriert werden,
dass sie die gefilterten digitalen akustischen Linien empfangen.
Die akustischen Linien können
innerhalb eines zweidimensionalen Koordinatenraums definiert werden.
Der B-Mode-Prozessor 222 und der Doppler-Prozessor 224 können so
konfiguriert werden, dass sie akustische Linien mit Daten über die Zeit
für die
Signalbearbeitung sammeln. Wie ebenfalls in 4 dargestellt
kann das Ultraschallelektroniksystem 202 ferner einen 2D/3D-Bildrasterwandler 226 zur
Konvertierung der Daten, wie sie im RAM von beiden Bildmodus-Prozessoren
gespeichert sind, umfassen, um Pixel für die Anzeige zu erzeugen.
Der 2D/3D-Bildrasterwandler 226 kann die Daten im RAM verarbeiten,
sobald ein vollständiger
Datenframe (d. h. eine Gruppe aller akustischen Linien in einer
einzigen anzuzeigenden Ansicht oder einem einzigen anzuzeigenden
Bild) vom RAM gesammelt wurde. Wenn die empfangenen Daten beispielsweise im
RAM mit Hilfe von Polarkoordinaten zur Definition der relativen
Position der Echoinformationen gespeichert sind, kann der 2D/3D-Bildrasterwandler 226 die Polarkoordinatendaten über einen
rasterungsfähigen Bildprozessor
in rechtwinklige (orthogonale) Daten umwandeln, die gerastert werden
können.
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Nach
der Beendigung der Funktionen des Sendens, Empfangens, der Wiederherstellung
der Echosignale und der zweidimensionalen Bildsignalverarbeitung
kann das Ultraschallelektroniksystem 202, wie in 4 gezeigt,
die Echobilddateninformationen an ein Videoelektroniksystem 205 weiterleiten. Das
Videoelektroniksystem 205 kann die Echobilddaten von dem
Ultraschallelektroniksystem empfangen und sie an einen dualen 2D/3D-Bildprozessor 228 weiterleiten.
Der 2D/3D-Bildprozessor 228 kann so ausgelegt sein, dass
er Echobilddateninformationen empfängt und die Bildinformationen
rastert. Der 2D/3D-Bildprozessor 228 kann so konfiguriert
sein, dass er Bildelemente (beispielsweise Pixel) zur Speicherung
in einer Bildspeichereinrichtung 230 und/oder zur Anzeige
auf eifern geeigneten Monitor 232 ausgibt. Die Bildspeichereinrichtung 230 kann ein
DVD-Player bzw.
DVD-Recorder, ein CD-Player bzw. CD-Recorder, ein Videorecorder
oder verschiedene andere Videoinformations-Speichereinrichtungen
sein. Wie in der Technik bekannt erlaubt die Bildspeichereinrichtung 230 das
Betrachten oder nachträgliche
Verarbeiten der erfassten Bilddaten durch einen Benutzer bzw. Bediener,
allerdings nicht in Echtzeit.
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Die
Anzeigeeinrichtung in Form eines Anzeigemonitors 232 kann,
wie in 4 gezeigt, mit dem Bildspeicher 230 kommunizieren.
Bei einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform
kann der 2D/3D-Bildprozessor 228 Pixeldaten sowohl an einen
Bildspeicher 230 als auch an den Anzeigemonitor 232 liefern.
Der Anzeigemonitor 232 kann so konfiguriert sein, dass
er Pixeldaten entweder vom Bildspeicher 230 oder vom 2D/3D-Bildprozessor 228 empfängt und
einen geeigneten Bildschirm zum Betrachten eines Ultraschallbildes
durch einen Benutzer bzw. Bediener ansteuert.
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Benutzerdefinierte dreidimensionale Punktbildgebung
(Spot Imaging)
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Nachdem
die Architektur und die Funktionsweise des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 aus 4 beschrieben
wurden, wenden wir uns nun kurz 5 zu, die
ein angezeigtes Bild 250 zeigt, das von dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 erzeugt
worden sein kann. In dieser Hinsicht ist in dem angezeigten Bild 250 eine
dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Objekts 252 zu
sehen. Durch das Lenken einer begrenzten Anzahl von Sendeabtastlinien
mit einem Wandlerarray, das eine geringere Strahlbreite erzeugt,
wird der Bereich der größten Fläche des
untersuchten dreidimensionalen Objekts 252 in dem angezeigten
Bild 250 im Vergleich zu dem Volumen, das mit dem 3D-Bildgebungssystem 10 (1)
untersucht werden kann, reduziert. Es kann beispielsweise ein zweidimensionales
Abtastmuster mit 30° × 30° mit einer
maximalen Tiefe von ungefähr 14 cm
zum Reproduzieren des Objekts 252 eingesetzt werden. Es
ist offensichtlich, dass eine Reduzierung der Breite des zweidimensionalen
Abtastmusters sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsrichtung
zu einer Abnahme der Bilderfassungsdauer führt. Infolgedessen kann die
maximale Bildfrequenz auf eine Frequenz erhöht werden, die für die Echtzeitbildgebung
eines interessierenden Volumens geeignet ist.
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Wie
nachfolgend ausführlicher
erläutert
werden wird, kann ein Ultraschall-Bildgebungssystem 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine geringere Sendestrahlbreite gekoppelt mit benutzergelenkten
Informationen zur Identifizierung einer Position in einem untersuchten
Volumen und einen geeigneten Algorithmus zur Veränderung des relativen Abstands der
Sendeebenen in einer fokussierten interessierenden Region einsetzen,
um die Erfassungsgeschwindigkeit zu verbessern oder eine Perspektive
in einem wiedergegebenen Bild eines Objekts zu simulieren. Das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 nutzt
einen 4fach-Parallelvorgang (d. h. einen Sendevorgang für vier Empfangsstrahlenbündel) bei
einem Sendestrahlenbündel
mit einer ungefähren
Spannweite von 2° × 2°. Jedes der
vier Empfangsstrahlenbündel kann
so konfiguriert werden, dass sie mit einem Abstand von ungefähr 1° innerhalb
des Sendestrahlenbündels
zugeführt
werden.
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In
dieser Hinsicht können
die erwarteten Leistungsmerkmale 150 des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 aus 4,
wie sie in 6 dargestellt sind, mit den
oben in Bezug auf ein 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem 10 nach
dem Stand der Technik (siehe 3) eingeführten Leistungsmerkmalen
verglichen werden. Wie in 6 dargestellt kann
sich die Empfindlichkeit der Sendeebene 152, der Empfangsebene 154 und
des Umlaufs 156 gegenüber
der gesendeten Strahlbreite wie dargestellt verhalten. Das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 kann
eine geringere Strahlbreite einsetzen, um eine ähnliche Funktion der Empfangsebene 154 zu
erzeugen. Zusätzlich
kann die geringere Strahlbreite eine erheblich engere Umlaufempfindlichkeit 156 (d.
h. sie ist stärker
fokussiert) im Vergleich zur Umlaufempfindlichkeit 56 ergeben,
die in dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem 10 nach dem
Stand der Technik mit einer erheblich größeren Wandlerstrahlbreite beobachtet
werden kann.
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Wie
in 7 dargestellt kann dem mit dem Ultraschallelektroniksystem 202 aus 4 kommunizierenden
Wandler 212 eine Vielzahl von zeitlich veränderten
elektrischen Signalen zugeführt
werden, die so zu den verschiedenen Wandlerelementen auf der Wandleroberfläche 213 gelenkt
werden, dass eine Vielzahl von gelenkten oder fokussierten Sendestrahlenbündeln 215 steuerbar
von der Wandleroberfläche 213 ausgehen.
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Ein
Ultraschall-Bildgebungssystem 200 gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Anzahl von gesammelten Abtastpunkten zur Erstellung eines
Ultraschallbildes reduzieren, indem der Abstand zwischen den Abtastpunkten
auf dem Abtastraster 240 als Funktion der Sendestrahlenbündelablenkung 215 (7)
verändert
wird. Da die Strahlenbreite des Sende- und des Empfangsstrahls nominell
zunimmt, wenn das Strahlenbündel
weiter von der Ziellinie des Wandlers weg gelenkt wird, ermöglicht eine
Vergrößerung des
Abstands zwischen den Abtastlinien, wenn diese weiter von der Ziellinie
weg gelenkt werden, es dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 der vorliegenden
Erfindung, die Bildfrequenz zu maximieren und gleichzeitig eine
optimale Bildqualität
beizubehalten.
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Nach
einer kurzen Beschreibung der Sendestrahllenkung im Zusammenhang
mit 7 wird nun Bezug genommen auf die 8 bis 13,
die eine Reihe möglicher
Bildanzeigen darstellen, die von dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 erzeugt
werden können.
In dieser Hinsicht kann eine standardmäßige 2D-Bildmodusanzeige 260 von
dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 wie
in 8 gezeigt erscheinen. Wie in 8 dargestellt
kann die 2D-Bildmodusanzeige 260 ein kegelartiges Format
annehmen. Die allgemeinen Grenzen der in 8 dargestellten
2D-Bildmodusanzeige 260 sind
das direkte Ergebnis der Zeitdifferenz, die mit den Ultraschallreflexionen
von Objekten in größerer Tiefe
innerhalb des untersuchten Volumens einhergeht. Dem Fachkundigen
ist ersichtlich, dass dieser 2D-Anzeigemodus in im Handel erhältlichen Ultraschall-Bildgebungssystemen üblich ist.
Die allgemeinen Grenzen der 2D-Bildmodusanzeige 260 begrenzen
das Objekt und schaffen einen Perspektiverahmen, der den Bediener
bei der Entschlüsselung der
Bildinformationen unterstützt.
Wie ebenfalls in 8 dargestellt kann die zu dem
Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 gehörende Anzeigeelektronik
einen vom Benutzer bedienbaren Modusschalter oder eine entsprechende
Taste 262 umfassen, die hier mit „3D" bezeichnet wird und einem Benutzer
angibt, dass ein „3D"-Bildgebungsmodus
zur Verfügung
steht, wenn ein interessierendes Objekt in einem standardmäßigen 2D-Betrachtungsmodus
betrachtet wird.
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Nach
der Betätigung
des mit „3D" bezeichneten Schalters
oder der entsprechenden Taste 262 kann das Videoelektroniksystem 205 (4)
mit dem Ultraschallelektroniksystem 205 (4)
derart zusammenarbeiten, dass eine standardmäßige 2D-Bildmodusanzeige 270 erscheint,
wie sie in 9 dargestellt ist. Wie in 9 gezeigt
kann die 2D-Bildmodusanzeige 270 ein (in Bezug auf Größe und relative
Position) benutzerwählbares
Positionsfenster 272 umfassen, das einen vom Benutzer gewünschten
Bildfokus innerhalb des untersuchten Volumens identifiziert. Wie
ebenfalls in 9 gezeigt kann die zu dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 gehörende Anzeigeelektronik
eine Vielzahl von benutzerwählbaren
Modusschaltern oder -tasten 274, 276 und 278 bieten,
die hier mit „POS.", „SIZE" bzw. „3D" bezeichnet sind.
Die Vielzahl von benutzerwählbaren
Modusschaltern oder entsprechenden Tasten 274, 276 und 278 können so
funktionieren, dass lediglich einer der benutzerwählbaren
Eingabemodi (d. h. POS. oder SIZE) zu jeglichem gegebenen Zeitpunkt
aktiv sein kann. Beispielsweise kann das Ultraschallelektroniksystem 202 (4),
wenn der Bediener den Schalter oder die Taste „POS." 274 betätigt, in einen Benutzereingabemodus
gehen, bei dem die Bildverarbeitung wartet, bis der Bediener eine
relative Position eingibt, die durch die Mitte des benutzerwählbaren
Positionsfensters 272 in der Anzeige 270 definiert
wird. Dieser Vorgang kann durch eine Tastatur, eine Maus oder eine
andere vom Benutzer bedienbare Eingabevorrichtung zusammen mit der
geeigneten Software zur Durchführung
der Aufgabe erfolgen.
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Ein
weiteres Beispiel: Wenn der Bediener fortfährt und den Schalter oder die
Taste „SIZE" 276 betätigt, kann
das Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
in einen zweiten Benutzereingabemodus gehen, bei dem die Größe des benutzerwählbaren
Positionsfensters 272 vom Bediener über eine in geeigneter Weise
konfigurierte (nicht dargestellte) Eingabevorrichtung angepasst
werden kann. Als Reaktion auf verschiedene vom Benutzer durchgeführte Eingaben
kann das benutzerwählbare
Positionsfenster 272 in der Anzeige 270 aktualisiert
werden und dem Bediener die aktuelle Position und Größe eines
vom Benutzer definierten Bildfokus oder einer entsprechenden Fokalebene
angeben. Es ist hier anzumerken, dass die vom Benutzer definierte
Bildreferenz ein Pyramidenstumpf sein kann, dessen Tiefe oder relativer
Abstand von der Perspektive des Betrachters innerhalb des untersuchten
Volumens später
angepasst werden kann.
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In
dieser Hinsicht wird nun Bezug genommen auf 10, die
eine 3D-Bildmodusanzeige 280 darstellt,
wie sie bei dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 (4)
erscheinen kann. Wie in 10 dargestellt
kann die 3D-Bildmodusanzeige 280 auf ein vom Benutzer identifiziertes
Teilstück
eines zweidimensionalen Bildes fokussieren, wie es oben mit Bezug
auf die schematische Darstellung in 9 erläutert wurde.
Wie in 10 gezeigt können die allgemeinen Grenzen
der 3D-Bildmodusanzeige 280 lediglich ein kleines Teilstück des zweidimensionalen Bildes
wiedergeben, das zur Identifizierung eines Zielteilstücks des
untersuchten Volumens verwendet wird. Wie weiter in 10 dargestellt
kann ein interessierendes Volumen 282 innerhalb des größeren untersuchten
Volumens (9) von dem Videoelektroniksystem 205 (4)
wiedergegeben werden, so dass das interessierende Volumen 282 einem
Pyramidenstumpf ähnelt.
Das innerhalb der 3D-Bildmodusanzeige 280 angezeigte interessierende
Zielvolumen 282 kann einen Pyramidenstumpf-Referenzrahmen 284 umfassen,
der vom Benutzer angepasst oder über
eine vom Benutzer definierte Tiefe der Zielregion abgetastet werden
kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
zeigt das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 nach der Betätigung der
Taste 278 (9) das interessierende Volumen 282 als
wiedergegebenes Bild an. Da das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 eine „Volumenwiedergabe" durchführt, kann
das interessierende Volumen 282 dem Benutzer als dreidimensionales
flächenartiges
Rendering erscheinen, das gedreht werden kann während die Daten in Echtzeit
erfasst werden. Es kann möglich sein,
in einem „Nacherfassungsmodus" (d. h. wenn keine
Livedaten mehr erfasst werden) die vorher erfassten Bilddaten so
zu bearbeiten, dass ein kleines Volumen (d. h. das interessierende
Volumen) abgeteilt und ein einziges Tomografie-Schichtbild von diesem
Teilvolumen des untersuchten Volumens erzeugt wird.
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Nach
der allgemeinen Einführung
der verschiedenen Anzeigemodi und der entsprechend den schematischen
Darstellungen in den 8 bis 10 zugeordneten
benutzerwählbaren
Optionen bezüglich
Zielposition und Anzeigemodus wird nun Bezug genommen auf die 11 bis 13,
die den Einsatz und die Funktion eines Pyramidenstumpf-Referenzrahmens 284 in
der dreidimensionalen Bildgebung eines menschlichen Organs wie dem Herzen
zeigen. In dieser Hinsicht zeigen die 11 bis 13 schematische
Ansichten von möglichen Anzeigen
der Ultraschallbildgebung, die mit dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 erzeugt werden
können.
Ein erster Bildgebungsmodus ist in der schematischen Darstellung
in 11 zu sehen. Wie in 11 gezeigt
kann eine 2D-Bildmodusanzeige 290, wie sie vorher vorgestellt
und in Bezug auf die schematische Darstellung in 8 beschrieben wurde,
von dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 erzeugt
werden, wenn ein Bediener das System in geeigneter Weise konfiguriert,
so dass ein Schichtbild des Querschnitts eines menschlichen Herzens
betrachtet werden kann. Wie in 11 dargestellt
kann ein Bediener die verschiedenen Bildgebungsparameter anpassen
und das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 so
lenken, dass ein Teilstück
eines interessierenden Organs (beispielsweise eines menschlichen
Herzens oder eines interessierenden Volumens 282) innerhalb
eines größeren untersuchten
Volumens auf einem Anzeigemonitor 232 (4)
wiedergegeben werden kann.
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Wie
oben im Hinblick auf 8 beschrieben kann die zu dem
Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 gehörende Anzeigeelektronik
einen benutzerwählbaren
Modusschalter oder eine entsprechende Taste 262, hier bezeichnet
mit „3D", umfassen, die dem
Bediener angibt, dass ein „3D"-Bildgebungsmodus
zur Verfügung
steht, wenn ein Objekt in einem standardmäßigen 2D-Betrachtungsmodus
wie dem in 11 dargestellten Querschnitt-Betrachtungsmodus
betrachtet wird. Nach dem Auswählen
des mit „3D" bezeichneten Schalters
oder der entsprechenden Taste 262 kann das Videoelektroniksystem 205 mit
dem Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
so zusammenarbeiten, dass es eine standardmäßige 3D-Bildmodusanzeige 300 wie
in 12 dargestellt zeigt. Wie in 12 gezeigt,
kann der auf einem Pyramidenstumpf-Referenzrahmen 284 basierende 3D-Bildmodus oder alternativ
das 2D-Querschnittsbild 290 aus 11 dazu
verwendet werden, eine 3D-Teilvolumenanzeige 300 zu referenzieren.
Die 3D-Teilvolumenanzeige 300 kann beispielsweise ein dreidimensionales
Rendering basierend auf dem Querschnitt eines menschlichen Herzens
wie in 11 dargestellt umfassen. Wie
ebenfalls in 12 dargestellt kann die zu dem
Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 gehörende Anzeigeelektronik
eine Vielzahl von benutzerwählbaren
Modusschaltern oder entsprechenden Tasten 302, 288, hier
bezeichnet mit „FLIP" bzw. „2D", bereitstellen.
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Die
benutzerwählbaren
Modusschalter oder -tasten 302, 288 können folgendermaßen funktionieren:
Wenn der Bediener den Schalter oder die Taste „FLIP" 302 betätigt, kann das Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
in einen Anzeigemodus gehen, bei dem die Betrachtungsrichtung der
Ansicht um 180° justiert
wird. Dieser Vorgang kann als Reaktion auf die Betätigung des
Schalters oder der Taste „FLIP" 302 durch
den Bediener durchgeführt
werden. Wenn der Bediener danach den Schalter oder die Taste „2D" 288 betätigt, kann
das Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
zur 2D-Querschnittsansicht wie in 11 zurückkehren
oder als Alternative eine getrennte 2D-Referenzansicht zeigen.
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Wenn
aktuell der 3D-Teilvolumen-Betrachtungsmodus aus 12 angezeigt
wird und ein Bediener den Schalter oder die Taste „FLIP" 302 wie oben
beschrieben betätigt,
kann die Ultraschallbildgebungselektronik 202 (4)
reagieren, indem sie eine 3D-Bildmodusanzeige 310 wiedergibt,
wie in 13 dargestellt. Wie in 13 gezeigt,
kann die 3D-Bildmodusanzeige 310 den Betrachtungsreferenzpunkt
um 180° kippen
(engl. flip) oder anpassen, um ein vorderes Teilstück eines
interessierenden Volumens anzuzeigen. Die zum Darstellen eines interessierenden
Volumens bestimmten 3D-Anzeigemodi können auf einem standardmäßigen 2D-Bildgebungsmodus
basieren. Es ist anzumerken, dass die in 4 gezeigten
Doppler-Modus- und B-Mode-Prozessoren 222, 224 lediglich
beispielhaft referenziert wurden, um die Funktionsweise des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung zu beschreiben. Alle 2D-Bildgebungsmodi liegen im Rahmen der
vorliegenden Erfindung.
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Es
ist ferner anzumerken, dass jede der in den 8 bis 13 dargestellten
beispielhaften Anzeigen des repräsentativen
Ultraschall-Bildgebungssystems 200 ferner verschiedene
Bildquellinformationen umfassen kann, wie sie für eine einfache Identifizierung
des Gegenstands des Bildes, des Bildbetrachtungspunktes, des Referenzbildgebungs modus,
eines 3D-Bildgebungsmodus usw. wünschenswert
sein können.
In dieser Hinsicht können die
verschiedenen in den 8 bis 13 gezeigten Ultraschallanzeigen
alphanumerische Informationen in Form von Patientenidentifikatoren,
Datums- und Uhrzeitidentifikatoren, Abtastparametern und Ähnlichem
zusätzlich
zu den oben erwähnten
Bildgebungsidentifikatoren umfassen. Außerdem können die verschiedenen in den 9 bis 13 gezeigten Anzeigen
des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 ferner andere Indikatoren
wie eine über
das interessierende Volumen 282 gelegte Pyramidenstumpfreferenz 284 umfassen,
um den in den verschiedenen Anzeigen wiedergegebenen Gegenstand
weiter zu identifizieren.
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Nach
der allgemeinen Einführung
und Beschreibung der verschiedenen Anzeigemodi und entsprechend
den schematischen Darstellungen in den 11 bis 13 zugeordneten
benutzerwählbaren Optionen
für den
Anzeigemodus wird nun Bezug genommen auf die 14A und 14B, die den Einsatz und die Funktionsweise einer
vom Benutzer identifizierten Betrachtungsquelle zusammen mit variierenden
Abtastlinien in der dreidimensionalen Bildgebung zeigen. In dieser
Hinsicht zeigt die 14A eine perspektivische Ansicht 320 eines
interessierenden Volumens 282, wie sie von einer Betrachtungsquelle
oder Ausrichtung gesehen wird, die im Allgemeinen durch einen Richtungspfeil
mit der Bezeichnung „VIEW" angegeben wird.
Es ist anzumerken, dass das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 einem
Bediener erlauben kann, eine benutzerdefinierte Betrachtungsquelle
interaktiv auszuwählen,
die eine Betrachtungsrichtung festlegt. Wie weiter in 14A dargestellt kann ein dreidimensionales Rendering
eines interessierenden Volumens 282 eine durch die Punkte
A, B, C und D identifizierte Grundfläche umfassen. Wie in dem allgemein
mit dem Bezugszeichen 330 bezeichneten zweidimensionalen
Sendeabtastliniendiagramm dargestellt kann sich die Grundfläche des
dreidimensionalen Teilvolumens auf die vier Ecken des zweidimensionalen
Sendeabtastliniendiagramms 330 beziehen, das ein Verfahren
zum Verändern
der Abtastlinien sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsrichtung
darstellt, um die Bildinformationen innerhalb des interessierenden
Volumens 282 (14A)
effizienter zu erfassen.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Sendestrahlenbündeln, die
von einer durch die Oberfläche
eines Wandlerelementarrays 212 oder alternativ von einem
Pyramidenstumpf-Referenzrahmen 284, der die Grenzen eines
interessierenden Volumens 282 definiert, identifizierten
Funktionsebene abgestrahlt werden, in der Azimutrichtung fokussiert
oder gelenkt werden, indem die Wandlerelemente in einer Gruppe mit
gruppierten Wandlerelementen zu leicht versetzten Zeitpunkten aktiviert
werden. Über
derartig zeitgesteuerte Ultraschallimpuls-Sendevorgänge kann
die Vielzahl von Sendestrahlenbündeln
auf einen gewünschten
Punkt fokussiert oder in einer gewünschten Richtung gelenkt werden.
In gleicher Weise kann das gesendete Strahlenbündel in der Elevationsrichtung
fokussiert oder gelenkt werden, indem die Wandlerelemente in einer
Gruppe mit gruppierten Wandlerelementen zu leicht versetzten Zeitpunkten
aktiviert werden. Eine Vielzahl von gelenkten Ultraschall-Sendestrahlenbündeln, die
in der Elevationsrichtung variieren wie es durch die Oberfläche eines
Wandlerelementarrays definiert wird, kann dazu verwendet werden,
eine Vielzahl von Ultraschallbildechos zu erzeugen.
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Beispielsweise
kann eine Vielzahl von Sendeabtastlinien mit Hilfe eines Wandlers 212 (4) so
erzeugt und gesendet werden, dass die Vielzahl von Sendeabtastlinien
radial zu einer im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der
verschiedenen, das Wandlerarray bildenden Wandlerelemente 215 (7)
stehenden Richtung versetzt wird. Wie in 14B dargestellt
kann der Grad oder die Größe des Winkelversatzes
zu 90° (d.
h. einer senkrechten Sendeabtastlinienrichtung) in Bezug auf den
Abstand variieren, um den die Sendeabtastlinienquelle zu einer vorher
festgelegten Sendeabtastlinienquelle in dem Wandlerelementarray
versetzt ist. Außerdem können verschiedene
durch die ausgefüllten
Punkte an den Schnittstellen der veränderten Sendeabtastlinien und
der Vielzahl von horizontalen Linien dargestellten Ultraschallecho-Abtastpunkte
in Bezug auf vom Benutzer ausgewählte
Bildgebungsparameter angepasst werden. Durch die Reduzierung der
Anzahl von zur Erfassung und Wiedergabe eines dreidimensionalen
interessierenden Volumens 282 verwendeten Ultraschallsendelinien
zusammen mit einer geringeren Sendestrahlbreite kann das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 ein
detaillierteres mehrdimensionales Bild mit einer verbesserten Bildfrequenz
liefern als ein Bild, das mit Hilfe einer größeren Sendestrahlbreite mit
einem 3D-Parallelstrahlformungs-Architektur nach dem Stand der Technik
erfasst werden kann, bei der erheblich mehr Strahlformungskanäle verwendet
werden.
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Es
ist anzumerken, dass das in 14B dargestellte
beispielhafte Sendeabtastlinienmuster zwei unterschiedliche Freiheitsgrade
aufweist. Der erste Freiheitsgrad wird veranschaulicht durch die
variablen Abstände
in der Azimutrichtung, durch die eine perspektivische Ansicht erzielt
wird. So lange die Sendeabtastlinien einen variablen Abstand in
der Azimutrichtung aufweisen, kann die Teilung in der Elevationsrichtung
(d. h. der Abstand von Ebene zu Ebene) konstant (d. h. periodisch)
sein. Als Alternative kann es wün schenswert
sein, wenn auch ohne variable Abstände der Sendeabtastlinien in
Azimutrichtung zur Erzielung einer perspektivischen Ansicht die Abstände in der
Elevationsrichtung variiert werden. Die Wiedergabe von Volumen wird
häufig
durch „frontale" Strukturen dominiert,
da sie dazu neigen, distale Strukturen zu verdecken. Somit ist es
wünschenswert,
Linien mit höherer
Auflösung
durch die Teilbereiche des interessierenden Volumens anzuregen,
die die größte Auswirkung
auf die Bildqualität haben.
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Ferner
kann, wie es in den verschiedenen Ansichten der 15A bis 15C dargestellt
ist, ein Prozessor für
mehrdimensionale Bilder wie der 2D/3D-Bildprozessor 228 des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 aus 4 so
konfiguriert werden, dass er die Sendeabtastlinien variiert, wenn
Bildinformationen von einem beschallten Objekt erfasst werden. Wie
oben in Bezug auf das Sendeabtastlinienmuster aus 14B beschrieben, können die Abstände zwischen
den Sendeabtastlinien sowohl in der Azimut- als auch in der Elevationsrichtung
variiert werden, um eine Perspektive des wiedergegebenen Objekts
zu schaffen und eine größere Bildauflösung in
bestimmten Teilbereichen eines untersuchten Objekts zu bieten.
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In
dieser Hinsicht zeigt die 15A eine
abgewandelte perspektivische Ansicht 340 eines interessierenden
Volumens 282, wie es von einer im Allgemeinen durch einen
Richtungspfeil mit der Bezeichnung „VIEW" angegebenen Betrachtungsquelle betrachtet
wird. Es ist anzumerken, dass das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 dem
Bediener erlauben kann, interaktiv eine benutzerdefinierte Betrachtungsquelle
auszuwählen,
die eine Betrachtungsrichtung festlegt. Wie weiter in 15A dargestellt kann ein dreidimensionales Rendering
eines interessierenden Volumens 282 eine durch die Punkte
A, B, C und D identifizierte Grundfläche umfassen. Wie in 15A dargestellt kann eine umgekehrt perspektivische
Ansicht durch direktes Vergrößern des
relativen Abstands zwischen abgetasteten Punkten in der Azimutrichtung
bei zunehmender Tiefe in Bezug auf eine Betrachtungsquelle geschaffen werden
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15B zeigt ein im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 350 identifiziertes
Sendeabtastliniendiagramm, wie es durch die von den Ecken A, B,
C und D identifizierte Grundfläche
des dreidimensionalen interessierenden Volumens 282 aus 15A gebildet werden kann. Das zweidimensionale
Sendeabtastliniendiagramm stellt die Grundfläche des interessierenden Volumens 282 aus 15A dar, wie es von einer im Allgemeinen durch
einen Richtungspfeil mit der Bezeichnung „VIEW" angegebenen Betrachtungsquelle betrachtet
wird. Wie in 15B dargestellt kann das zweidimensionale
Sen deabtastliniendiagramm ein Objekt umfassen, dass durch eine Gruppe
von Ebenen definiert wird, die im Wesentlichen sowohl in der Azimut-
als auch in der Tiefenrichtung parallel sind. Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Sendestrahlenbündeln, die
von einer Funktionsebene abgestrahlt werden, die durch die Stirnfläche eines Wandlerelementarrays
identifiziert wird, in der Azimutrichtung fokussiert oder gelenkt
werden, um eine Perspektive zu simulieren, wenn die aufeinander
folgend erfassten Echos von dem Objekt 355 zu einem späteren Zeitpunkt
vom Anzeigeelektroniksystem 205 des Ultraschall-Bildgebungssystems 200 aus 4 wiedergegeben
werden.
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Es
kann wie in 15C gezeigt beispielsweise ein
dreidimensionales Rendering des Objekts 355 durch das Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 erzeugt
werden, wie es durch die Grundfläche
des interessierenden Volumens 282 dargestellt wird. In
dieser Hinsicht kann eine Vielzahl von Sendeechos oder Ultraschallempfangslinien
während
eines Bildwiedergabeprozesses so angepasst werden, dass die zu von
einem durch im Wesentlichen parallele Ebenen sowohl in der Azimut-
als auch in der Tiefenrichtung identifizierten beschallten Objekt 355 ausgehenden
Ultraschallreflexionen gehörenden
Bildinformationen so erscheinen, als wäre es eine perspektivische
Ansicht, wenn ein dreidimensionales Bild vorbereitet wird und auf
einem mit dem Ultraschallelektroniksystem 202 aus 4 kommunizierenden
Anzeigemonitor 232 erscheint.
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Es
wird nun Bezug genommen auf die 16, die
einen Ablaufplan darstellt, der ein Verfahren für die dreidimensionale Bildgebung
beschreibt, das von dem Ultraschall-Bildgebungssystem 200 aus 4 implementiert
werden kann. Wie in 16 dargestellt kann ein Verfahren
zur dreidimensionalen Bildgebung 400 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit dem Schritt 402 beginnen, der mit „START" bezeichnet wird.
Als erstes kann ein zweidimensionales Bild erzeugt und angezeigt
werden wie in Schritt 404 dargestellt. Wie oben beschrieben
kann das zweidimensionale Bild mit Hilfe eines standardmäßigen Ultraschall-Bildgebungsmodus
erzeugt werden. Beispielsweise kann ein B-Mode-Bild oder ein Doppler-Modus-Bild
erzeugt und angezeigt werden. Mit Hilfe des in Schritt 404 erzeugten
und angezeigten zweidimensionalen Bildes als Anhaltspunkt kann der Bediener
wie in Schritt 406 gezeigt zur Eingabe von verschiedenen
3D-Bildgebungs-Eingangsparametern
aufgefordert werden.
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Nachdem
in Schritt 406 die notwendigen Referenzparameter erfasst
wurden, kann das Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung 400 fortfahren,
indem wie in Schritt 408 gezeigt als Reaktion auf die benutzerwählbaren
Eingangsparameter, die in Schritt 406 eingegeben wurden,
eine geeignete Sendestrahlausrichtung und Abtastsequenz mit reduziertem
Abtastpunkt berechnet wird. Als nächstes kann das Verfahren zur
dreidimensionalen Bildgebung 400 wie in Schritt 410 gezeigt
das Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
in Übereinstimmung
mit der Sendestrahlausrichtung und Abtastsequenz konfigurieren.
Das Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung 400 kann
mit Schritt 412 fortfahren, in dem das Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
den Wandler 212 veranlasst, die in Schritt 408 abgeleitete
Abtastsequenz in ein interessierendes Volumen 282 zu senden.
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Danach
kann in Schritt 414 der mit dem Ultraschallelektroniksystem 202 (4)
kommunizierende Wandler 212 geeignete Echoinformationen
erfassen, um Bildinformationen von einem interessierenden Volumen 282 abzuleiten.
Nach der Erfassung der notwendigen Echoinformationen in Schritt 414 kann
das Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung 400 fortfahren,
indem wie in Schritt 416 gezeigt zweidimensionale Bildinformationen
erzeugt werden. Anschließend
können
in Schritt 418 die in Schritt 416 erzeugten zweidimensionalen
Bildinformationen mathematisch so verknüpft werden, wie es erforderlich ist,
um dreidimensionale Bildinformationen aus einer Vielzahl von zweidimensionalen
Bildern zu erzeugen. Dem Fachkundigen ist ersichtlich, dass Schritt 416 eine
Option ist und die Erzeugung eines dreidimensionalen Bildes direkt
aus den Ausgangsdaten von Schritt 414 erfolgen kann. Wie
in Schritt 420 gezeigt kann das Verfahren zur dreidimensionalen
Bildgebung 400 ein vom Benutzer ausgewähltes dreidimensionales Bild
wiedergeben und anzeigen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung 400 an diesem
Punkt eine benutzerwählbare
Option bereitstellen, um das zweidimensionale Referenzbild mit dem
benutzerbestimmten dreidimensionalen Bild zu überlagern. Außerdem können andere
Ausführungsformen
dem Benutzer die Option zur Verfügung
stellen, das 2D-Bild neben dem 3D-Bild (aber nicht es überlagernd)
anzuzeigen. Zusätzlich
erlauben es einige Ausführungsformen
des Verfahrens zur dreidimensionalen Bildgebung dem Bediener, kontinuierlich
alternative Betrachtungspunkte, Bildgebungsmodi, Bildgrößen und Ähnliches
auszuwählen
und gleichzeitig eine geeignete Bildfrequenz aufrechtzuerhalten,
damit verschiedene interessierende anatomische Strukturen in geeigneter
Weise in Echtzeit betrachtet werden können. Ferner erlauben es einige Ausführungsformen
des Verfahrens zur dreidimensionalen Bildgebung dem Bediener, mehrere
3D-Bilder live anzuzeigen. Es ist beispielsweise möglich, eine Anzeige
zu schaffen, die gleichzeitig die gleichen 3D-Informationen jedoch
aus zwei oder mehr Betrachtungswinkeln zeigt. Schließ lich kann
wie in Schritt 422 mit der Bezeichnung „STOP" gezeigt das Verfahren zur dreidimensionalen
Bildgebung enden.
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Es
ist anzumerken, dass die Software, die erforderlich ist, um die
in 4 dargestellten Funktionen und/oder die mathematischen
Verknüpfungen und
Datenmanipulationen, die zum Verändern
der Sendeabtastlinien innerhalb eines einen Teilbereich eines größeren interessierenden
Volumens darstellenden Teilvolumens benötigt werden, sowie die Datenmanipulationen,
die zum Verändern
der Empfangsechos zur Simulation einer Perspektive eines Objekts
innerhalb des Teilvolumens wie in 16 dargestellt
erforderlich ist, durchzuführen,
eine geordnete Liste mit ausführbaren
Befehlen zum Implementieren der logischen Funktionen umfassen kann. Die
Software kann als solche in jeglichem computerlesbaren Medium zum
Einsatz durch oder in Verbindung mit einem Befehlsausführungssystem,
-gerät oder
-einrichtung wie einem Computersystem, einem Prozessorsystem oder
einem anderen System verkörpert
werden, das die Befehle von dem Befehlsausführungssystem, -gerät oder -einrichtung
abrufen und ausführen
kann. Im Zusammenhang mit diesem Dokument kann ein „computerlesbares
Medium" jegliches
Mittel sein, das das Programm zum Einsatz in oder in Verbindung
mit dem Befehlsausführungssystem,
-gerät
oder -einrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, weiterleiten
oder transportieren kann. Das computerlesbare Medium kann beispielsweise
ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches,
Infrarot- oder Halbleitersystem, -gerät, -einrichtung oder Verbreitungsmedium
sein, ohne dass es darauf beschränkt
wäre.
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Speziellere
Beispiele (eine unvollständige Liste)
für computerlesbare
Medien würden
Folgende umfassen: Eine elektrische Verbindung (elektronisch) mit
einem oder mehreren Drähten,
eine Computerdiskette (magnetisch), einen RAM (magnetisch), einen
ROM (magnetisch), einen EPROM oder Flash-Speicher (magnetisch),
Glasfaser (optisch) und einen tragbaren CD-ROM (optisch). Es ist
anzumerken, dass das computerlesbares Medium sogar Papier oder ein
anderes geeignetes Medium sein kann, auf dem das Programm gedruckt
ist, da das Programm falls erforderlich in geeigneter Weise über beispielsweise
optisches Scannen des Papiers oder eines anderen Mediums elektronisch
erfasst, dann kompiliert, übersetzt
oder anderweitig verarbeitet werden und dann in einem Computerspeicher
gespeichert werden kann.