DE69017950T2

DE69017950T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Sichtbarmachung der Blutströmung.

Info

Publication number: DE69017950T2
Application number: DE69017950T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Amemiya; Keiichi Murakami; Takaki Shimura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2010-05-19
Also published as: EP0399734A1; EP0399734B1; JPH02305559A; DE69017950D1; JP2754493B2; US5105816A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum Sichtbarmachen des Blutstroms, wodurch der Blutstrom in einem lebenden Körper klar sichtbar wird.
Ultraschalldiagnosevorrichtungen werden auf klinischem Gebiet zunehmend und verbreitet verwendet, nicht nur für ein Tomogramm (B-Modenbild), sondern auch für eine Doppler-Analyse bei der Messung des Blutstroms in einem Herzlumen oder einem Blutgefäß. Besonders in letzter Zeit kommt es zu einer raschen Verbreitung der Verwendung einer Farbanzeige einer Echtzeit-Blutströmungsgeschwindigkeitsverteilung, Farbfluß- Mapping genannt, da die Anzeige den Blutstrom in einem Herzlumen als Farbanzeige darstellt, und so kann die Detektion eines Ventrikelseptumdefekts oder eines Klappenfehlers auf einen Blick erfolgen.
Das Echtzeit-Bild bei diesem Farbfluß-Mapping zeigt jedoch nur die folgenden Aspekte. Der Blutstrom in jeder Position wird nämlich als Farbcode angezeigt, ansprechend auf die Strömung zu einer Ultraschallsonde oder davon weg, oder einen Betrag der Komponente der Strömungsrichtung, wobei beispielsweise in eine Richtung rot (R) entspricht, von einer Richtung weg blau (B) entspricht, und dieser Betrag entspricht einer Helligkeit. Demgemäß entsteht insofern ein Problem, als, wenn die Echtzeit-Bilder kontinuierlich angezeigt werden, kein Bild des Blutstroms erhalten wird.
In letzter Zeit offenbarten Motoyoshi Okujima, Shigeo Ohtsuki (Tokyo Institute of Technology) und Motonao Tanaka et al. (Tohoku University) ein Blutströmungsvektor-Erzeugungsverfahren, durch welches eine Vektorverteilungskarte in der Echtzeit-Strömung aus Informationen nur über einen Strömungsbetrag zu einer Ultraschallsonde oder einen Strömungsbetrag davon weg erhalten wird (siehe Japan Ultrasonic Medical Society paper, Mai 1986, 48-C-20, 48-C-21; November 1987, 51-PB-35). Wie aus dieser Arbeit hervorgeht, erhält jede Gruppe Vektorverteilungskarten in einer Vielzahl von Phasen. Wenn die Karten kontinuierlich angezeigt werden, kann dennoch kein Bild des Echtzeit-Blutstroms sichtbar gemacht werden.
Demgemäß ist eine durch bewegte Bilder ausgedrückte Anzeige des Blutstroms erwünscht, weil, da sich der Blutstrom in jeder Position auf einen Blutdruck bezieht, und da der Blutstrom und der Blutdruck für eine Analyse der Bewegung des Herzmuskels oder eines Blutgefäßes notwendig sind, sowohl der Blutstrom als auch die Blutdruckverteilung sichtbar gemacht werden müssen.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann informativ ein Verhalten des Blutstroms und des Blutdrucks anzeigen, wobei ein Bewegungsverfahren durch das Einführen von Dummy- oder Schein-Blutkörperchen, eine sequentielle Bewegung der Schein-Blutkörperchen ansprechend auf den Blutstrom, und ferner die örtliche Anordnung der Schein-Blutkörperchen, deren Dichte dem Blutdruck entspricht, verwendet wird.
In einem Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Sichtbarmachen des Blutstroms in einem lebenden Körper vorgesehen, welches die Schritte umfaßt: Erhalten von Blutströmungsvektor-Verteilungskarten durch den Empfang von Reflexionswellen vom lebenden Körper, der mit Ultraschallimpulsen bestrahlt wird, und durch eine Doppler-Analyse der Reflexionswellen; Anordnen von Schein-Blutkörperchen in Domänen, in denen die Blutströmungsvektor-Verteilungskarten ausgedrückt werden; Berechnen von Strömungsgeschwindigkeitsvektoren des Schein-Blutkörperchens für jedes Schein-Blutkörperchen aus den Blutströmungsvektor-Verteilungskarten; Abbilden einer Vielzahl von Bildern, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell ansprechend auf die Strömungsgeschwindigkeitsvektoren bewegt werden; und sequentielles Anzeigen der Vielzahl von Bildern auf einer Anzeige.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zum Sichtbarmachen des Blutstroms in einem lebenden Körper vorgesehen, welches umfaßt: eine Ultraschalltransmissions/ Empfangseinrichtung zum Bestrahlen eines lebenden Körpers mit Ultraschallimpulsen, Empfangen von Reflexionswellen vom lebenden Körper, Doppler-Analysieren der Reflexionswellen, und Durchführen eines Prozesses zur Bildung von Vektoren, um dadurch Blutströmungsvektor-Verteilungskarten zu erhalten; eine zweidimensionale Vektorspeichereinrichtung zum Speichern der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte von der Ultraschalltransmissions/Empfangseinrichtung; eine Rechnereinrichtung zum Berechnen von Daten aus der zweidimensionalen Vektorspeichereinrichtung, und Bilden einer zweidimensionalen dynamischen Druckverteilungskarte; eine zweidimensionale Druckverteilungs-Speichereinrichtung zum Speichern einer Ausgabe der Rechnereinrichtung; eine Schein- Blutkörperchen-Erzeugungseinrichtung zum Empfangen einer Ausgabe der zweidimensionalen Druckverteilungs- Speichereinrichtung, und Bilden von Schein-Blutkörperchen ansprechend auf die Ausgabe der zweidimensionalen Druckverteilungs-Speichereinrichtung; eine zweidimensionale Schein-Blutkörperchenverteilungs-Speichereinrichtung zum Speichern einer zweidimensionalen Verteilung einer Ausgabe der Schein-Blutkörperchen-Erzeugungseinrichtung; eine sich bewegende Schein-Blutkörperchen-Prozessoreinrichtung zum Empfangen von Daten aus der zweidimensionalen Schein- Blutkörperchenverteilungs-Speichereinrichtung und einer Ausgabe aus der zweidimensionalen Vektorspeichereinrichtung, und zum Bilden von Strömungsgeschwindigkeitsvektoren des Schein-Blutkörperchens für jedes Schein-Blutkörperchen aus den Blutströmungsvektoren der Blutströmungsvektor- Verteilungskarte; und eine sich bewegende Schein-Blutkörperchen-Speichereinrichtung zum Speichern der entsprechenden Bilder, die durch das sequentielle Bewegen der Schein-Blutkörperchen um einen Betrag ansprechend auf den Strömungsgeschwindigkeitsvektor erhalten werden; wodurch Ausgaben der sich bewegenden Schein-Blutkörperchen-Speichereinrichtung sequentiell gelesen werden, und eine Bewegung des Blutstroms detektiert wird.
In den Zeichnungen:-
ist Fig.1 eine erläuternde Darstellung, die eine Ausführungsform gemäß dieser Erfindung zeigt;
ist Fig.2 ein Flußdiagramm, das Verarbeitungsschritte in der Ausführungsform in Fig.1 zeigt;
ist Fig.3 ein Blockbild, das ein System der Ausführungsform in Fig.1 zeigt;
sind Fig.4A und 4B erläuternde Darstellungen, welche ein Beispiel einer Berechnung zeigen, die zum Erhalten eines Strömungsgeschwindigkeitsvektors von Schein-Blutkörperchen durch Interpolation verwendet wird;
sind Fig.5A und 5B erläuternde Darstellungen, welche eine weitere Berechnung zeigen, die zum Erhalten eines Strömungsgeschwindigkeitsvektors von Schein-Blutkörperchen durch Interpolation verwendet wird;
ist Fig.6 eine erläuternde Darstellung, welche ein Beispiel einer Berechnung zeigt, die zum Erhalten interpolierter Daten von Blutströmungsvektoren verwendet wird; und
ist Fig.7 eine erläuternde Darstellung, die eine Vielzahl von Bildern gemäß der Erfindung zeigt.
Die Zusammensetzung und der Betrieb einer Ausführungsform gemäß dieser Erfindung werden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert.
In Fig.1 zeigt die Bezugszahl 1 eine Blutströmungsvektor-Verteilungskarte. Auf dieser Karte werden die Größe und die Richtung eines Blutströmungsgeschwindigkeitsvektors unter Verwendung von Pfeilmarkierungen als Blutströmungsvektor-Verteilungskarte ausgedrückt, die erhalten werden, indem Wellen, die von einem mit einem Ultraschallimpuls bestrahlten, lebenden Körper reflektiert werden, empfangen werden, die reflektierte Welle Doppler-analysiert wird, und die Bildung eines Vektors verarbeitet wird.
In Fig.1 zeigt die Bezugszahl 2 eine Druckverteilungskarte. Auf der Karte wird eine Verteilung des Blutdrucks im lebenden Körper ausgedrückt. Die Verteilungskarte wird erhalten, indem beispielsweise Wellen, die von einem mit einem Ultraschallimpuls bestrahlten, lebenden Körper reflektiert werden, empfangen werden, die reflektierte Welle Doppler- analysiert wird, die analysierten Daten verarbeitet werden, um eine zweidimensionale Doppler-Geschwindigkeitsverteilung zu erhalten, und ferner ein von Okujima, Ohtsuki, Tanaka et al. geoffenbartes Verfahren verwendet wird (siehe Japan Ultrasonic Medical Society paper, Oktober 1986, 49-B-94). Die erhaltene Verteilungskarte ist eine zweidimensionale dynamische Druckverteilungskarte. In Fig.1 wird der hohe Druck durch die hohe Dichte der Linien und der niedrige Druck durch die niedrige Dichte der Linien ausgedrückt.
In Fig.1 ist die Bezugszahl 3 eine Karte, die eine Anordnung von Schein-Blutkörperchen zeigt. Auf der Karte entspricht die Dichte (Anzahl pro Flächeneinheit) der Schein- Blutkörperchen einem Druckwert der Blutdruck-Verteilungskarte 2.
In Fig.1 zeigt die Bezugszahl 4 ein Bild 4, in dem sich die Schein-Blutkörperchen in Entsprechung zum Blutstrom bewegen. Auf dieser Karte werden Strömungsgeschwindigkeitsvektoren der Schein-Blutkörperchen, die wie in der Karte 3 gezeigt angeordnet sind, aus den Blutströmungsvektordaten in der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte 1 in Fig.1 oder aus interpolierten Daten der obigen Daten erhalten, und dann wird eine Vielzahl von Bildern 4-1 bis 4-n abgebildet, indem die Schein-Blutkörperchen in Entsprechung zu den oben erhaltenen Strömungsgeschwindigkeitsvektoren bewegt werden.
Als nächstes werden die in Fig.1 gezeigten Prozesse mit Bezugnahme auf Fig.2 erläutert.
In Fig.2 wird die Blutströmungsvektor-Verteilungskarte im lebenden Körper in Schritt 11 erhalten. Diese Karte ist die Blutströmungsvektor-Verteilungskarte 1 in Fig.1. Mehr im einzelnen wird das im lebenden Körper fließende Blut mit dem Ultraschallimpuls bestrahlt, wird die reflektierte Ultraschallwelle empfangen und Doppler-analysiert, und es wird die zweidimensionale Doppler-Geschwindigkeitsverteilung durch die Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeitskomponente zur Sonde oder davon weg für das Blut durch viele Punkte erhalten. Aus der obigen Verteilung wird die Blutströmungsvektor-Verteilungskarte 1 durch das von Ohtsuki et al. geoffenbarte Verfahren zur Bildung des Blutströmungsvektors erhalten.
In Schritt 12 wird die Druckverteilung erhalten. Die zweidimensionale dynamische Druckverteilungskarte wird nämlich aus der obigen zweidimensionalen Doppler-Geschwindigkeitsverteilung durch das Verfahren von Ohtsuki et al. erhalten.
In Schritt 13 werden die Schein-Blutkörperchen angeordnet. Die Anzahl der Schein-Blutkörperchen, die der Druckgröße in der Druckverteilungskarte 2 in Fig.1 entspricht, ist nämlich wie in Fig.1 gezeigt angeordnet.
In Schritt 14 wird der Bewegungsbetrag jedes Schein- Blutkörperchens aus den Blutströmungsvektordaten, die dem Schein-Blutkörperchen entsprechen, berechnet.
In Schritt 15 wird das sich bewegende Bild des Schein- Blutkörperchens abgebildet. Wie in der Anordnung der Schein- Blutkörperchen in Fig.1 gezeigt, werden nämlich sich bewegende Bilder 4, die um den Bewegungsbetrag der entsprechenden Schein-Blutkörperchen bewegt werden, der in Schritt 14 berechnet wird, sequentiell in Entsprechung zu den angeordneten Schein-Blutkörperchen abgebildet. Durch eine sequentielle Anzeige der Vielzahl von Bildern 4-1 bis 4-n können die Schein-Blutkörperchen im Verhältnis zur Größe des Blutströmungsvektors bewegt werden, und das Verhalten des Blutströmungsvektors kann als bewegte Bilder angezeigt werden.
In Schritt 16 wird das Ende bestimmt, und, wenn das Ergebnis JA ist, wird der Prozeß abgeschlossen. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht der Prozeß zu Schritt 17, und die Schritte 14 und 15 werden für den nächsten Prozeß (z.B. die nächste Phase) wiederholt. Die entsprechenden Bilder 4 werden sequentiell in Phase 1, Phase 2, ..., Phase n abgebildet, wie in Fig.7 gezeigt.
In Fig.3 ist die Zusammensetzung eines Systems gemäß dieser Erfindung dargestellt.
Das System umfaßt einen Ultraschalltransmitter/Empfänger 20, einen zweidimensionalen Vektorspeicher 22, einen zweidimensionalen Druckverteilungsspeicher 5, eine Rechnereinheit 21 zwischen den Speichern 22 und 5, einen Schein- Blutkörperchen-Generator 6, einen zweidimensionalen Schein- Blutkörperchenverteilungs-Speicher 7, einen Schein-Blutkörperchen-Bewegungsprozessor 8 und einen Schein-Blutkörperchen-Bewegungsspeicher 9.
Der zweidimensionale Vektorspeicher 22 ist identisch mit dem Speicher zum Speichern der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte 1 in Fig.1, und der zweidimensionale Druckverteilungsspeicher 5 ist der gleiche wie der Speicher zum Speichern der Druckverteilungskarte 2 in Fig.1. Der Schein- Blutkörperchen-Generator 6 erzeugt die Schein-Blutkörperchen.
Der zweidimensionale Blutkörperchenverteilungs-Speicher 7 wird zum Speichern der Schein-Blutkörperchen in der Anordnung der Schein-Blutkörperchen, die in Fig.1 gezeigt ist, verwendet, und der Speicher 7 speichert die vom Schein-Blutkörperchen-Generator 6 erzeugten Schein-Blutkörperchen.
Der Schein-Blutkörperchen-Bewegungsprozessor 8 erhält einen Strömungsgeschwindigkeitsvektor der im zweidimensionalen Vektorverteilungsspeicher 7 gespeicherten, entsprechenden Schein-Blutkörperchen aus dem Blutströmungsvektor der im zweidimensionalen Vektorspeicher 22 gespeicherten Blutströmungsvektor-Verteilungskarte 1, und bildet Bilder 4- 1 bis 4-n ab, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell um die oben erhaltene Strömungsgeschwindigkeitsvektorgröße bewegt werden.
Der Schein-Blutkörperchen-Bewegungsspeicher 9 wird zum Speichern der Bilder 4-1 bis 4-n in Fig.1 verwendet, die vom Schein-Blutkörperchen-Bewegungsprozessor 8 abgebildet werden.
Wie oben angegeben, kann durch das sequentielle Aufnehmen und Anzeigen der im Schein-Blutkörperchen-Bewegungsspeicher 9 gespeicherten Bilder 4-1 bis 4-n das Schein-Blutkörperchen sequentiell in Übereinstimmung mit der Strömungsgeschwindigkeit, die der Größe und Richtung des Blutströmungsvektors entspricht, als bewegte Bilder bewegt werden, und ferner können die Schein-Blutkörperchen, deren Anzahl dem Blutdruck entspricht, sequentiell als bewegte Bilder bewegt werden, und so können der Blutstrom und der Blutdruck auf leicht verständliche Weise angezeigt werden.
Ein Beispiel der Erzeugung der Schein-Blutkörperchen wird nachstehend erläutert. Die Schein-Blutkörperchen werden der zweckmäßigen Anzeige halber eingeführt und existieren tatsächlich nicht. Zuerst werden die Schein-Blutkörperchen an jedem Koordinatenpunkt einzeln in dem Raum angeordnet, in dem die Schein-Blutkörperchen vorliegen. Jedem Schein-Blutkörperchen wird eine der einheitlichen Zufallsnummern zugeteilt, und dann wird di

Claims

1. Verfahren zum Sichtbarmachen des Blutstroms in einem lebenden Körper, welches die folgenden Schritte umfaßt:

Erhalten von Blutströmungsvektor-Verteilungskarten (1) durch den Empfang von Ultraschallwellen, die vom lebenden Körper, der mit den Ultraschallimpulsen bestrahlt wird, reflektiert werden, und durch eine Doppler-Analyse der reflektierten Wellen; gekennzeichnet durch

Anordnen von Schein-Blutkörperchen in Domänen, in denen die Blutströmungsvektor-Verteilungskarten (1) erhalten werden;

Berechnen von Strömungsgeschwindigkeitsvektoren des Schein-Blutkörperchens für jedes Schein-Blutkörperchen aus den Blutströmungsvektor-Verteilungskarten (1);

Abbilden einer Vielzahl von Bildern (4), in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell ansprechend auf die Strömungsgeschwindigkeitsvektoren bewegt werden; und

sequentielles Anzeigen der Vielzahl von Bildern (4) auf einer Anzeige.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die genannte Berechnung der Strömungsgeschwindigkeitsvektoren der Schein- Blutkörperchen durch eine Interpolation benachbarter Blutströmungsvektoren in der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die genannte Blutströmungsvektor-Verteilungskarte durch eine Interpolation von Daten, die vom lebenden Körper reflektiert werden, erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem der Blutdruck aus der genannten Blutströmungsvektor-Verteilungskarte erhalten wird, und die Dichte der Anordnung der Schein-Blutkörperchen dem Blutdruck entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Vielzahl der Bilder, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell in vorherbestimmten Phasen bewegt werden, gebildet wird; ferner eine Bildung der Vielzahl der Bilder, in denen die Schein- Blutkörperchen sequentiell in verschiedenen Phasen bewegt werden, wiederholt wird, und die Bilder kontinuierlich angezeigt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Vielzahl der Bilder, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell in vorherbestimmten Phasen bewegt werden, gebildet wird; ferner eine Bildung der Vielzahl der Bilder, in denen die Schein- Blutkörperchen sequentiell in verschiedenen Phasen bewegt werden, wiederholt wird, und die Bilder kontinuierlich angezeigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Vielzahl der Bilder, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell in vorherbestimmten Phasen bewegt werden, gebildet wird; ferner eine Bildung der Vielzahl der Bilder, in denen die Schein- Blutkörperchen sequentiell in verschiedenen Phasen bewegt werden, wiederholt wird, und die Bilder kontinuierlich angezeigt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Vielzahl der Bilder, in denen die Schein-Blutkörperchen sequentiell in vorherbestimmten Phasen bewegt werden, gebildet wird; ferner eine Bildung der Vielzahl der Bilder, in denen die Schein- Blutkörperchen sequentiell in verschiedenen Phasen bewegt werden, wiederholt wird, und die Bilder kontinuierlich angezeigt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Anzeige der Schein-Blutkörperchen aus einer von einer Blutströmungsvektor-Anzeige und einer Blutdruck-Anzeige, die von der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte erhalten wird, ausgewählt wird.

10. System zum Sichtbarmachen des Blutstroms in einem lebenden Körper, welches umfaßt:

eine Ultraschalltransmissions/Empfangseinrichtung (20) zum Bestrahlen eines lebenden Körpers mit Ultraschallimpulsen, Empfangen von Wellen, die vom lebenden Körper reflektiert werden, Doppler-Analysieren der reflektierten Wellen, und Durchführen eines Prozesses zur Bildung von Vektoren, um dadurch eine Blutströmungsvektor-Verteilungskarte (1) zu erhalten;

eine zweidimensionale Vektorspeichereinrichtung (22) zum Speichern der Blutströmungsvektor-Verteilungskarte, die von der Ultraschalltransmissions/Empfangseinrichtung erhalten wird;

eine Rechnereinrichtung (21) zum Berechnen von Daten aus der zweidimensionalen Vektorspeichereinrichtung (22), und Bilden einer zweidimensionalen dynamischen Druckverteilungskarte (2);

eine zweidimensionale Druckverteilungs-Speichereinrichtung (5) zum Speichern einer Ausgabe der Rechnereinrichtung (21); gekennzeichnet durch

eine Schein-Blutkörperchen-Erzeugungseinrichtung (6) zum Empfangen einer Ausgabe der zweidimensionalen Druckverteilungs-Speichereinrichtung (5), und Bilden von Schein-Blutkörperchen ansprechend auf die Ausgabe der zweidimensionalen Druckverteilungs-Speichereinrichtung (5);

eine zweidimensionale Schein-Blutkörperchenverteilungs- Speichereinrichtung (7) zum Speichern einer zweidimensionalen Verteilung einer Ausgabe der Schein-Blutkörperchen- Erzeugungseinrichtung (6);

eine sich bewegende Schein-Blutkörperchen-Prozessoreinrichtung (8) zum Empfangen von Daten aus der zweidimensionalen Schein-Blutkörperchenverteilungs-Sspeichereinrichtung (7) und einer Ausgabe aus der zweidimensionalen Vektorspeichereinrichtung (22), und zum Bilden von Strömungsgeschwindigkeitsvektoren des Schein-Blutkörperchens für jedes Schein-Blutkörperchen aus den Blutströmungsvektoren der Blutströmungsvektor- Verteilungskarte (1); und

eine sich bewegende Schein-Blutkörperchen-Speichereinrichtung (9) zum Speichern entsprechender Bilder, die durch das sequentielle Bewegen der Schein-Blutkörperchen um einen Betrag ansprechend auf den Strömungsgeschwindigkeitsvektor erhalten werden;

wodurch Ausgaben der sich bewegenden Schein-Blutkörperchen-Speichereinrichtung (9) sequentiell gelesen werden, und eine Bewegung des Blutstroms detektiert wird.