DE60316584T2 - Ultraschallabbildungssystem und verfahren für eine benutzergeführte dreidimensionale volumenscansequenz - Google Patents

Ultraschallabbildungssystem und verfahren für eine benutzergeführte dreidimensionale volumenscansequenz Download PDF

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 ein Blockschaltbild eines 3D-Ultraschall-Bildgebungssystems nach dem Stand der Technik;
  • 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;
  • 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;
  • 4 ein Blockschaltbild, das eine Ausführungsform eines 3D-Ultraschall-Bildgebungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Ansatzes zur dreidimensionalen Bildgebung, wie sie mit dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem aus 4 durchgeführt werden könnte;
  • 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;
  • 7 eine schematische Seitenansicht eines Wandlers, der mit dem Ultraschallelektroniksystem aus 4 gekoppelt sein kann und eine Vielzahl von gelenkten Sendestrahlenbündeln erzeugt;
  • die 813 schematische Ansichten von möglichen Ultraschallbildanzeigen (d. h. Modi), die von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem aus 4 erzeugt werden können;
  • 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;
  • 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;
  • 16 einen Ablaufplan, der ein Verfahren zur dreidimensionalen Bildgebung zeigt, wie es von dem 3D-Ultraschall-Bildgebungssystem aus 4 implementiert werden kann.
  • 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.
  • Systemarchitektur und Funktionsweise
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Benutzerdefinierte dreidimensionale Punktbildgebung (Spot Imaging)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (31)

  1. Medizinisches Ultraschall-Bildgebungssystem (200) für die Diagnose, das Folgendes umfasst: – eine Bedienereingabeeinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Bildgebungsparameter empfangt, wobei die Parameter mindestens eine bedieneridentifizierte Betrachtungsrichtung und Betrachtungsposition in Bezug auf ein interessierendes Volumen betreffen; – einen Wandler (212) mit einem zweidimensionalen Array mit Wandlerelementen; und – einen Systemcontroller (220), der mit der Bedienereingabeeinrichtung und dem Wandler kommuniziert; wobei der Systemcontroller (220) als Reaktion auf die Bildgebungsparameter eine bedienerbestimmte Sendestrahl-Abtastsequenz erzeugt, wodurch eine Anzahl von Sendeabtastlinien vom Wandler über einen Teilbereich eines Volumenabtastbereichs des Ultraschall-Bildgebungssystems gesendet wird, wobei die Anzahl und der Abstand der Sendeabtastlinien in dem Teilbereich des Volumenabtastbereichs eine Sendestrahldichte definiert und der Teilbereich des Volumenabtastbereichs das interessierende Volumen bildet; dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner Mittel (228) zum Berechnen der Sendestrahldichte in Abhängigkeit von der bedienerbestimmten Betrachtungsrichtung und Betrachtungsposition in Bezug auf das interessierende Volumen umfasst.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Mittel (228) zum Berechnen der Sendestrahldichte so ausgelegt sind, dass sie den Abstand der Sendeabtastlinien in der Azimutrichtung berechnen, um eine perspektivische Ansicht zu erzielen.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel (228) zum Berechnen der Sendestrahldichte so ausgelegt sind, dass sie den Abstand der Sendeabtastlinien in der Elevationsrichtung berechnen, um eine größere Bildauflösung in bestimmten Teilbereichen eines untersuchten Objekts zu schaffen.
  4. System nach Anspruch 1, wobei ein 2D-Bildgebungsmodus eingesetzt wird, um Tomographieschichtbilder als Referenz für eine Vielzahl von bedienerbestimmten 3D-Bildgebungsparametern zu erzeugen.
  5. System nach Anspruch 4, wobei der Volumenabtastbereich in Echtzeit erfasst und angezeigt werden kann.
  6. System nach Anspruch 4, wobei der 2D-Bildgebungsmodus ein B-Mode ist.
  7. System nach Anspruch 4, wobei der 2D-Bildgebungsmodus ein Dopplermodus ist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei ein synchronisiertes Erfassungsverfahren zum Beobachten eines Bildes eines interessierenden Volumens eingesetzt wird.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die synchronisierte Erfassung als Reaktion auf einen Atemzyklus abgeleitet wird.
  10. System nach Anspruch 8, wobei die synchronisierte Erfassung als Reaktion auf einen Herzzyklus abgeleitet wird.
  11. System nach Anspruch 9, wobei das gesamte interessierende Volumen bei einem Atemanhalten erfasst wird.
  12. System nach Anspruch 11, wobei sich das eine Atemanhalten auf weniger als eine vorher festgelegte Anzahl von Herzzyklen bezieht.
  13. System nach Anspruch 5, wobei die Breite und die Tiefe des interessierenden Volumens durch eine zweidimensionale Ebene definiert werden und wobei die Dicke des interessierenden Volumens zu der zweidimensionalen Ebene referenziert wird.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Breite und die Tiefe des interessierenden Volumens durch eine zweidimensionale Ebene definiert werden und wobei die Dicke des interessierenden Volumens vollständig hinter der zweidimensionalen Ebene definiert wird.
  15. System nach Anspruch 13, wobei die Breite und die Tiefe des interessierenden Volumens durch eine zweidimensionale Ebene definiert werden und wobei die Dicke des interessierenden Volumens vollständig vor der zweidimensionalen Ebene definiert wird.
  16. System nach Anspruch 5, wobei das interessierende Volumen durch eine bedienerbestimmte 3D-Graphik definiert wird.
  17. System nach Anspruch 16, wobei die die Größe der bedienerbestimmten 3D-Graphik steuerbar innerhalb des Abtastbereichs des Systems angepasst werden kann.
  18. System nach Anspruch 16, wobei das interessierende Volumen mit Bezug auf einen Pyramidenstumpf-Referenzrahmen erzeugt wird.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die Dicke des interessierenden Volumens sowohl vor als auch hinter dem Pyramidenstumpf-Referenzrahmen ungefähr gleich ist.
  20. System nach Anspruch 18, wobei die Position des Pyramidenstumpf-Referenzrahmens einstellbar ist.
  21. System nach Anspruch 20, wobei der Anzeigemodus bedienerwählbar ist.
  22. System nach Anspruch 20, wobei der Pyramidenstumpf-Referenzrahmen bedienereinstellbar ist.
  23. System nach Anspruch 1, wobei die Eingabeeinrichtung aus der Gruppe mit Zeigeeinrichtungen zusammen mit einem Menü, einer Tastatur, Schaltern und Tasten ausgewählt wird.
  24. System nach Anspruch 1, wobei das System ferner Mittel zum Schaffen von bedienerwählbaren Anzeigemodi umfasst, die durch eine Kombination aus einer 2D-Bildreferenz und einer Vielzahl von aus der Gruppe mit Zeigeeinrichtungen zusammen mit einem Menü, einer Tastatur, Schaltern und Tasten ausgewählten Eingabeeinrichtungen ausgeführt werden.
  25. System nach Anspruch 24, wobei die Mittel zum Schaffen von bedienerwählbaren Anzeigemodi ferner durch eine bedienereinstellbare 3D-Graphik ausgeführt werden.
  26. System nach Anspruch 24, wobei die Mittel zum Schaffen von bedienerwählbaren Anzeigemodi ferner mit einem bedienereinstellbaren Pyramidenstumpf-Referenzrahmen ausgeführt werden, der das interessierende Volumen in zwei Teile teilt.
  27. Verfahren zur Ultraschallbildgebung, das folgende Schritte umfasst: – Erzeugen (404) einer 2D-Bildanzeige; – Empfangen (406) mindestens eines bedienerwählbaren Bildgebungsparameters, wobei der Bildgebungsparameter eine bedienerbestimmte Betrachtungsrichtung und Betrachtungsposition in Bezug auf ein interessierendes Volumen betrifft; – Berechnen (408) einer Sendestrahl-Abtastsequenz als Reaktion auf den mindestens einen bedienerwählbaren Bildgebungsparameter, wodurch eine Anzahl von Sendeabtastlinien vom Wandler über einen Teilbereich des Volumenabtastbereichs gesendet wird, wobei die Anzahl und der Abstand der Sendeabtastlinien in dem Teilbereich des Volumenabtastbereichs eine Sendestrahldichte definiert und der Teilbereich des Volumenabtastbereichs das interessierende Volumen bildet; – Zuführen (412) der Sendestrahl-Abtastsequenz zum interessierenden Volumen; – Erfassen (414) von 2D-Bildinformationen, die aus der Sendestrahl-Abtastsequenz resultieren; und – Erzeugen (416, 418, 420) einer mehrdimensionalen Bildanzeige, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens das Berechnen der Sendestrahldichte in Abhängigkeit von der bedienerbestimmten Betrachtungsrichtung und Betrachtungsposition in Bezug auf das interessierende Volumen umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Berechnen der Sendestrahldichte in dem Berechnen des Abstandes der Sendeabtastlinien in der Azimutrichtung besteht, um eine perspektivische Ansicht zu erzielen.
  29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei das Berechnen der Sendestrahldichte in dem Berechnen des Abstandes der Sendeabtastlinien in der Elevationsrichtung besteht, um eine größere Bildauflösung in bestimmten Teilbereichen eines untersuchten Objekts zu schaffen.
  30. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Schritt des Erzeugens einer mehrdimensionalen Bildanzeige ersetzt wird durch das Erzeugen einer bedienereinstellbaren mehrdimensionalen Bildanzeige.
  31. Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Schritt des Erzeugens einer mehrdimensionalen Bildanzeige ersetzt wird durch das Erzeugen einer bedienereinstellbaren zusammengesetzten mehrdimensionalen Bildanzeige.
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