DE69025040T2

DE69025040T2 - Verfahren und Gerät zur Darstellung des Blutflusses in einem lebenden Körper

Info

Publication number: DE69025040T2
Application number: DE1990625040
Authority: DE
Inventors: Michael R Sturgill
Original assignee: Acoustic Imaging Technologies Corp
Current assignee: Acoustic Imaging Technologies Corp
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: JPH03234247A; DE69025040D1; EP0430094B1; EP0430094A1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschall- Diagnoseverfahren und insbesondere Doppler-Ultraschall- Blutflußabbildungs- und Anzeigesysteme. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf Verfahren zur Verbesserung der Durchflußschätzungsempfindlichkeit eines Ultraschall- Farb-Durchflußabbildungssystems.

Stand der Technik

In der Vergangenheit sind verschiedene Verfahren benutzt worden, um nicht eingreifende Abbildung von Blutfluß mit Ultraschall zu erreichen. Ein Beispiel sind jüngste Entwicklungen in der Doppler-Echokardiographie.
Ein typisches Ultraschall-Blutflußabbildungssystem enthält einen Ultraschall-Sende/Empfangswandler zum Senden von Ultraschallimpulsen in ein Gebiet des sich unter Diagnose befindenden Körpers und zum Empfangen von Echosignalen der aufgrund von Blutfluß in dem abgetasteten Bereich reflektierten übertragenen Ultraschallwellen. Zu einer typischen Diagnose mit Ultraschall gehört das Abtasten des Patienten mit der Ultraschallsonde zum Messen des Blutflusses in einer Arterie, einer Vene oder im Herzen. Von einem Signalverarbeitungssystem werden die empfangenen Echosignale verarbeitet, um die Doppler-Verschiebungsfrequenz der Echosignale zur Verwendung bei der Berechnung der Geschwindigkeit des Blutflusses zu messen, und das Ergebnis der Geschwindigkeitsverteilungsmessung wird als Doppler-Blutflußabbildung dargestellt.
Um die Doppler-Verschiebungen der von den Blutzellen empfangenen Echos zu schätzen, sendet ein Ultraschallabbildungssystem gewöhnlich Impulse an einer Stelle in dem sich unter Diagnose befindenden Gebiet ab und erkennt dann die Phasenveranderungen der Echos von Impuls zu Impuls.
Vom Blutfluß Doppler-verschobene Echosignalkomponenten werden aus den die Information des inneren sich bewegenden Teils des Körpers führenden Doppler-Signalkomponenten abgeleitet. Typischerweise wird zur Beseitigung von "Störungs"- Signalen, die von stationären oder sich langsam bewegenden Zielen wie beispielsweise der Wand des Herzes oder Blutgefäßen reflektiert werden, ein Bewegzielerkennungs- (MTI - moving target indication) Filter (das auch als Festzeichenlöscher bezeichnet wird) benutzt, und es werden nur die vom gemessenen Blutfluß Doppler-verschobenen Signalkomponenten abgeleitet. Die Ausgabe des MTI-Filters wird dann typischerweise in einem Geschwindigkeitsschätzer verarbeitet, um die Doppler- Frequenzinformation abzuleiten, die in farbig dargestellte Geschwindigkeitsdaten umgewandelt wird, um eine zweidimensionale Abbildung des gemessenen Blutflusses bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung der Durchflußschätzungsempfindlichkeit eines Doppler-Farb-Durchflußabbildungssystems. Die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Verfahren basieren auf Spektralschätzung nach maximaler Entropie. Ungleich den klassischen Leistungsspektrumschätzungsverfahren leidet dieses Verfahren nicht an den allen abgetasteten Datenfolgen endlicher Länge eigenen "Fensterbildungs"- Problemen. Das vorliegende Verfahren ermöglicht Abbildung mit höherer Geschwindigkeit, die sich daraus ergibt, daß weniger Datenabtastwerte zur genauen Schätzung von Geschwindigkeit benötigt werden. Auch bietet das Verfahren eine verbesserte Geschwindigkeitserkennungsempfindlichkeit bei sehr rauschbehafteten Signalen. Die Erfindung bietet verringerte Empfindlichkeit in bezug auf Quadraturphasenfehler, woraus sich lockerere Beschränkungen des in dem System benutzten Analogdemodulators zur Eingabe in den Geschwindigkeitsschätzer ergeben. Die Anzahl von Multiplizier- und Ansammlungsoperationen steigt linear im Verhältnis zur Folgenlänge an, im Gegensatz zu einigen diskreten Fouriertransformationsverfahren, die mit einer N²-Rate steigen, und dies bietet zusätzliche Vorteile.

Darstellung der Erfindung

In kurzen Umrissen bietet eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System zur Verbesserung der Durchflußschätzungsempfindlichkeit eines Doppler- Ultraschall-Durchflußabbildungssystems mit Ultraschallwellen-Sende- und Empfangsmitteln zur sequentiellen Aussendung von Ultraschallwellen zu einem und in einen lebenden Körper hinein und zum Empfangen der reflektierten Doppler-verschobenen Echosignale. Das System enthält Mittel zum Verarbeiten einer Reihe von von jedem einer Anzahl von Punkten im Körper empfangenen Echosignalen zur Erzeugung eines an jedem dieser Punkte eine geschätzte Durchflußgeschwindigkeit darstellenden Ausgangssignals. Vom Verarbeitungsmittel wird die Reihe von Echosignalen für jeden Punkt erkannt und ein zugehöriges Leistungsspektrum auf Grundlage der Amplituden-Frequenz-Verteilung der Reihe von Echosignalen berechnet. In einer Ausführungsform wird das Leistungsspektrum durch Mittel zum Anpassen eines Polynoms erster Ordnung an die Reihe von Echosignalen abgeleitet, und es wird auf Grundlage des sich ergebenden Leistungsspektrums eine Spitzen-Mittenfrequenzverschiebung berechnet. Die Mittenfrequenzverschiebungsdaten werden dann verarbeitet, um eine Ausgabe zu erzeugen, die eine Geschwindigkeitsschätzung für jeden der Punkte, an denen Geschwindigkeit gemessen wird, darstellt. In anderen Ausführungsformen können Polynome höherer Ordnung bei der Berechnung einer verwandten Leistungsspektrumsschätzung benutzt werden. Geschätzte Geschwindigkeitsinformationen werden als zweidimensionales Farbbild des gemessenen Durchflusses angezeigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein Funktionsblockschaltbild, das ein Blutflußmeß- und Abbildungssystem darstellt, das einen Farb-Geschwindigkeitsschätzer nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung enthält;
Figur 2 ist ein Funktionsblockschaltbild, das Komponenten eines in der Figur 1 gezeigten Farb-Digitalprozessors darstellt;
Figur 3 ist eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines in dem in Figur 2 gezeigten System benutzten Speichers (corner-turning memory);
Figur 4 ist ein schematisches Funktionsblockschaltbild eines Geschwindigkeitsschätzers nach maximaler Entropie nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung; und
Figur 5 ist eine graphische Darstellung eines Spektralvergleichs zwischen diskreten Fouriertransformationsverfahren und den Verfahren maximaler Entropie der vorliegenden Erfindung bei identischen Eingangsdaten.

Detaillierte Beschreibung

Figur 1 ist ein Funktionsblockschaltbild, das Bestandteile eines Blutflußmeß- und Abbildungssystems darstellt, das im allgemeinen einen Sende/Empfangswandler und einen Strahlbündler 12 zum Erzeugen eines Ultraschall-Impulsstrahls 14 enthält, der auf ein Blutgefäß in einem Sektor eines sich in Untersuchung befindenden lebenden Körpers zu gelenkt werden kann. Der Wandler enthält typischerweise ein Feld von Elementen, die jeweils getrennte, auf eine bestimmte sich unter Diagnose befindende Stelle gelenkte Impulsstrahlen absenden und empfangen. Ein Beispiel der Anwendung der Erfindung besteht in der Messung des Blutflusses in einer Arterie des Herzens.
Die aufgrund der Messung des Blutflusses reflektierten Ultraschall-Impulsstrahlen werden dann zur weiteren Verarbeitung zu einem Signalverarbeitungssystem zur Messung der Geschwindigkeit des Blutflusses an der sich unter Analyse befindenden Stelle gesandt. Das Blockschaltbild der Figur 1 stellt drei parallele Verfahren dar, von denen ein beliebiges zur Verarbeitung der Ultraschall-Impulsstrahlen 14 ausgewählt werden kann. Ein Verfahren benutzt gewöhnliche Demodulationsdetektionsverfahren 16, ein zweites Verfahren benutzt einen Doppler-Analogsignalprozessor 18 und einen Doppler- Digitalsignalprozessor 20, und ein drittes durch die vorliegende Erfindung bereitgestelltes Verfahren enthält einen Farb-Analogprozessor 22 und einen Farb-Digitalprozessor 24. Der Farb-Digitalprozessor enthält eine Anzahl von Algorithmen einschließlich des erfindungsgemäß benutzten Geschwindigkeitsschätzeralgorithmus. Die bei 26 im Blockschaltbild der Figur 1 gezeigte Steuerfunktion enthält eine Echtzeitsteuerung und Einschwingzeitmessung.
Alle Ausgangssignale 28 von entweder den gebräuchlichen Schleifen, den Doppler-Schleifen oder den Farbverarbeitungsschleifen liegen in derselben Form vor und werden in einen Videoprozessor 30 eingegeben, der einen Rasterwandler enthält. Geschwindigkeitsinformationen werden von einer auf einem Fernsehmonitor 32 dargestellten Farbabbildung abgelesen.
In der Figur 2 ist digitale Verarbeitung im Farb- Digitalprozessor 24 dargestellt, wobei im allgemeinen die Verfahren zur Geschwindigkeitsschätzung dargestellt werden. Die Strahlbündlerausgabe 14 (siehe Figur 1) wird im Farb-Analogprozessor 22 demoduliert, und dessen Analogausgabe wird dann zum Farb-Digitalprozessor 24 gesandt. Mehrere Ultraschall-Impulsstrahlen werden an jeder einer Anzahl von Stellen in einem sich unter Diagnose befindlichen Bereich in den Körper hinein gesendet, und für jede Stelle wird eine Mehrzahl von reflektierten Echosignalen während aufeinanderfolgender vorbestimmter Zeitabstände empfangen. Jedes empfangene Echosignal weist normalerweise eine von im wesentlichen stationärem Gewebe reflektierte stationäre Komponente und eine von Bereichen, wo Bewegung, wie beispielsweise ein Blutfluß, gefühlt wird, reflektierte Doppler-Komponente auf. Die reflektierten Echosignale werden in einem Unterdrücker mit Betriebsarten für Erfassung eines stationären Signales und Erfassung eines Doppler-Signals in dieser Reihenfolge für jede Durchflußmeßfolge. verarbeitet. In der Betriebsart für Erfassung eines stationären Signals wird zuerst eine Ultraschall- Basislinie übertragen und ihr Echo wird erkannt, in einem Analog-Digitalwandler 33 digitalgewandelt und dann in einem in der Figur 2 gezeigten Zeilenpuffer 34 gespeichert. Danach schaltet das System auf die Betriebsart für Erfassung eines Doppler-Signals um, und bei jedem der aufeinanderfolgenden Impulse werden die gespeicherten Zeilenabtastwerte vom Zeilenpuffer 34 abgerufen, in einem Digital-Analogwandler 36 in analoge Form umgewandelt und an einer Summierverknüpfungsstelle 38 von den aufeinanderfolgenden reflektierten Echosignalen substrahiert. Die Differenz bzw. der Rest 40 wird verstärkt, um den Signalgewinn zu erhöhen, und dieses Signal wird dann im Analog-Digitalwandler 33 digitalgewandelt. Die sich ergebenden, die Verteilung von Doppler-Schallim pulsen über Zeit darstellenden Digitalsignale 42 werden dann weiterverarbeitet, um die Blutflußgeschwindigkeit zu schätzen.
Die I- und Q-Komponenten der Digitalsignale 42 vom Analog-Digitalwandler 33 werden jeweils zu einem getrennten, schematisch in der Figur 3 dargestellten Speicher 44 (corner-turning memory) gesandt. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Speicher (corner-turning memory) eine zweidimensionale Farbabtastung und einen Direktzugriffsspeicher (cornerturning random access memory) mit K Zeilen mal N Spalten mal B Bit Tiefe, bei dem vertikal die Schreibrichtung und horizontal die Leserichtung ist. Daten von jeder Abtastzeile werden in getrennte Spalten des Speichers eingeschrieben und Daten für eine Abtastzeile in einem späteren Zeitabstand werden in eine zweite Spalte eingeschrieben usw. Aus jeder gegebenen Zeile N ausgelesene Daten ergeben die Datenabtastwerte für einen gegebenen Punkt im Raum.
Die aus dem Speicher 44 (corner-turning memory) ausgelesenen akustischen Zeilendaten werden zu einem Stationärsignal-Unter drücker 46 zur weiteren Entfernung von Gleichstromkomponenten gesandt, die Signale von stationären oder sich langsam bewegenden Zielen darstellen.
Danach werden die I- und Q-Komponenten der Datensignale zu einem Geschwindigkeitsschätzer 48 gesandt, bei dem (unten beschriebene) Verfahren maximaler Entropie der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung einer Geschwindigkeitsschätzung an jedem Punkt im Raum, an dem Geschwindigkeit gemessen wird, zur Anwendung kommen. Die Verfahren maximaler Entropie werden zur Frequenzverschiebungsmessung benutzt, indem die Durchschnitts- oder Mittenfrequenzverschiebung aus den Daten berechnet wird, die von jedem Punkt zur Verfügung stehen, auf den eine Abtastzeile gelenkt wird. Die Frequenzverschiebungsdaten werden dann durch ein Interpolationsnetzwerk 50 verarbeitet, das eine Spitzenfrequenzkomponente berechnet. Beispielsweise kinnen Frequenzdaten in der Form von mehreren Spitzenamplituden zur Verfügung stehen, die im Abstand entlang der Frequenzachse angeordnet sind. Die maximale Durchschnitts-Spitzenfrequenz kann an einer Spitzenzeile zwischen zwei der höchsten in den Eingangsdaten gezeigten Spitzenfrequenzen auftreten. Mit Interpolationsverfahren wird eine einzelne Spitzenfrequenz berechnet, die sich zwischen den zwei Spitzenfrequenz- Datenpunkten befindet und die eine beste Schätzung des maximalen Durchschnitts-Spitzenfrequenzwertes bietet. Die Daten vom Interpolator werden dann zu einem Segmentierungsprozessor 52 gesandt, um zu bestimmen, ob die Schätzung gültig ist. Die Ausgabe vom Segmentierungsprozessor wird zum Videoprozessor 30 gesandt, um ein Farb-Durchflußbild auf dem Fernsehbildschirm 32 zu erzeugen.
Es werden nun die Verfahren maximaler Entropie beschrieben. Wie schon erwähnt, muß zur Schätzung von Blutflußgeschwindigkeiten eine Anzahl von Impulsen in das Gewebe übertragen werden. Wenn diese übertragenen Ultraschallwellen mit sich bewegenden Blutzellen in Kontakt kommen, verschiebt sich die Frequenz des Sendeimpulses. Die Richtung der Frequenzverschiebung und die Höhe der Verschiebung sind eine Funktion der Flußgeschwindigkeit. Diese Verschiebung wird als die Doppler-Frequenzverschiebung bezeichnet.
Die Genauigkeit der Messung der Geschwindigkeitsschätzung ist direkt zur Genauigkeit der gemessenen Doppler-Frequenzverschiebung proportional. Die Geschwindigkeit des Blutflusses steht in Beziehung zur Doppler-Frequenz durch die in Gl. (1) gegebene Doppler Gleichung:
wobei
die geschätzte Blutgeschwindigkeit ist
die gemessene Doppler-Frequenzverschiebung ist
ω&sub0; die übertragene Sondenfrequenz ist
c die Ultraschallgeschwindigkeit im Körper ist
θ der Winkel der abfragenden Ultraschallwellenfront relativ zur Richtung des Blutflusses ist.
Das Verfahren maximaler Entropie (MEM - maximum entropy method) der Spektralanalyse ist in seismischen, Radar- und Sonaranwendungen benutzt worden. Bei diesen Anwendungen werden Schätzungen von größerer Ordnung als der ersten Ordnung benutzt, und sie weisen viel größere Folgenlängen auf, als bei der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden. Die Nützlichkeit des Verfahrens bei Echtzeitsystemen hoher Geschwindigkeit ist durch ihre Komplexität begrenzt worden. Im Vergleich zu klassischen Spektralschätzungsverfahren weist die maximale Entropiespektralanalyse bessere Frequenzauflösungsfähigkeiten auf.
Die Messung von Blutgeschwindigkeiten wird durch viele Faktoren erschwert. Eine Hauptschwierigkeit besteht in der Messung einer Doppler-Frequenzverschiebung von sehr wenigen Datenpunkten (vielleicht 4-16), die sehr rauschbehaftet sind. Unter diesen Beschränkungen ergibt eine Geschwindigkeitsschätzung auf Grundlage klassischer Verfahren wie beispielsweise der diskreten Fouriertransformation (DFT), der schnellen Fouriertransformation (FFT) und der Korrelation Ergebnisse, deren Genauigkeiten durch die von ihnen benutzten Fensterfunktionen begrenzt sind. Selbst wenn explizit keine Fensterfunktion an den Daten angewandt wird, wird von den endlichen Datenlängen eine "boxcar"- Fensterfunktion eingeführt.
Es hat sich erwiesen, daß die Schätzung eines Leistungsspektrums aus einer Zeitreihen-Autokorrelationsfunktion R(t), t ≤ N die Fouriertransformierte der Autokorrelationsfunktion ist. Die normale Annahme über diese Autokorrelationsfunktion ist, daß außerhalb des Intervalls bekannter Werte ihre Werte Null sind, d.h. t > N. Mit diesem Ansatz wird ein rechteckiges Fenster um die Autokorrelationsfunktion gesetzt. So ist durch Fouriertransformation dieser eingefensterten Funktion das sich ergebende geschätzte Spektrum die Schaltung der Fouriertransformationen des wahren Spektrums und der Fensterfunktion. Zu der Auswahl einer geeigneten Fensterfunktion gehört der Kompromiß zwischen Frequenzauflösung und die Verfälschung einer Spektralkomponente durch eine andere.
Spektrumanalyse nach maximaler Entropie beruht auf der Wahl des Spektrums, das der zufallsmäßigsten bzw. der unvorhersehbarsten Zeitreihe entspricht, deren Autokorrelationsfunktion mit den bekannten Werten übereinstimmt. Es hat sich erwiesen, daß diese Annahme höchst unverbindlich hinsichtlich der unbekannten Werte der Autokorrelationsfunktion ist. Anders gesagt werden anstatt der Auswahl von R(t)=0 für t > N diese Autokorrelationswerte zur Maximierung der Entropie pro Abtastwert der Zeitreihe gewählt.
Der Grundsatz maximaler Entropie zur Schätzung des Leistungsspektrums einer komplexen Zeitreihe kann wie folgt angegeben werden:
Man suche das Leistungsspektrum P(f), das den Wert von
maximiert, unter der Einschränkung, daß P(f) einer Menge von N funktionellen Messungsgleichungen
genügt.
Es wird angenommen, daß die Zeitreihe in einer gleichförmigen Periode von Δt abgetastet wird, wobei W = 1/(2Δt) = die Nyquistfrequenz und daß das Leistungsspektrum der Zeitreihe auf ± W bandbegrenzt ist. Die Gn(f) sind die Prüffunktionen und die gn sind die Ergebniswerte der Messungen.
Für ein gegebenes Leistungsspektrum ist die Entropie proportional zum Integral des Logarithmus des Spektrums. Die maximale Entropie-Zeitreihe ist daher die Zeitreihe, deren Spektrum Gl.(2) unter der Beschränkung von Gl.(3) maximiert.
Die Leistungsspektraldichte PSD (Power Spectral Density) der Eingangsdaten wird durch Auswerten eines Allpolfilters als Funktion der Frequenz gesucht, dessen Koeffizienten unter Verwendung des MEM gesucht werden. Die Gleichung für die PSD ist in Gl. (4) gegeben:
wobei PM+1 und αM,k die zu suchenden Koeffizienten sind. Gl. (4) bedeutet eine lineare Menge von Beziehungen zwischen den Autokorrelationen φi und den Koeffizienten αM,k. Sie genügen der Matrixgleichung von (5):
Die Matrix der Gl.(5) ist eine symmetrische Toeplitz-Matrix, wobei die φi und αMk im allgemeinen komplex sind. Die Toeplitz-Matrix ist von der Ordnung [MxM], und das Verfahren maximaler Entropie gibt eine Schätzung des Autokorrelationswertes φM+1. Von Burg wurde ein wirkungsvoller Algorithmus für die Berechnung der unbekannten Koeffizienten ausgearbeitet und wird hier dargestellt.
Als erstes werden Leerparameter bMk, b'Mk; k = 1, 2, ..., N-M, wobei N die Eingangsdatensatzlänge ist, wie
folgt berechnet:
wobei bM-1,k' b'M-1,k vordefinierte Werte sind. Nun werden die αMk wie folgt berechnet:
Die Anfangswerte sind
b1k = xk k = 1, 2, ..., N-1
b'1k= xk+1 k = 1, 2, ..., N-1
αMO = -1
αMK = 0, k> M
und
Gleichungen (6) und (7) werden bei M = 1 nicht benutzt.
Gleichung (4) zeigt das Leistungsspektraldichteverhältnis der Koeffizienten αMk. Gleichung (4) ist ein Polynom in z, wobei z = ejwt. Durch Entwicklung des Nenners von (4) innerhalb der Klammern 2 ergibt sich folgendes:
wobei M die Länge des Vorhersagefehlerfilters ist und N die Länge des Eingangsdatensatzes ist, M < N.
Diese (autoregressive) Art von Spektralanalyse beruht auf dem Gedanken, daß, wenn es möglich ist, ein Vorwärtsfilter (mit nur Nullen) zu konstruieren, dessen Eingabe die zu analysierenden Daten sind und dessen Ausgabe weißes Rauschen ist, das Leistungsspektrum der Eingangsdaten dann durch das Reziproke der Leistungsübertragungsfunktion des Filters gegeben wird. In dem Filter wird die gesamte Vorhersagbarkeit berücksichtigt, die dem Eingangssignal eigen ist, und es weist an seinem Ausgang nur unvorhersagbares weißes Rauschen auf. Dieses Filter wird als ein Prädiktions-Fehlerfilter (PEF - prediction-error filter) bezeichnet.
Vom Verfahren maximaler Entropie werden diese PEF-Koeffizienten direkt aus den Daten abgeleitet, und es macht keine unnötigen Annahmen über die unbekannten Daten.
Ein Parameter, der verändert werden kann, ist die Ordnung der Schätzung. Diese Ordnung entspricht der Anzahl von Polen im Prädiktionsfehlerfilter. Da etwas a- priori-Kenntnis bezüglich des Ultraschallsignals angenommen werden kann, nämlich eine Sinuswellenform mit etwas Bandbreite und additivem Rauschen, wird eine Schätzung erster Ordnung benutzt. Die Schätzung erster Ordnung weist einige sehr wünschenswerte Eigenschaften für diese Schätzung auf. Die erste ist, daß im Leistungsspektrum nur eine Spitze auftritt, wodurch der Spitzenerkennungsalgorithmus einfacher wird. Diese Spitze tritt an der in der Eingangsfolge enthaltenen Durchschnittsfrequenz auf. Bei Verwendung einer Schätzung erster Ordnung kann eine Anzahl von algorithmischen Vereinfachungen durchgeführt werden, einschließlich der Verringerung der Rechnerbelastung. Nach Bestimmung des Koeffizienten des PEF kann jede Anzahl von Frequenzkomponenten bestimmt werden, da das Leistungsspektrum an dieser Stelle voll charakterisiert ist.
In der Figur 4 ist ein Funktionsblockschaltbild eines Geschwindigkeitsschätzers nach maximaler Entropie zur Berechnung der zur Bestimmung der Flußgeschwindigkeitsschätzung für jeden Punkt, an dem Geschwindigkeit gemessen wird, benutzten Mittenfrequenzverschiebung dargestellt.
In der Figur 5 wird ein Vergleich zwischen der diskreten Fouriertransformation und dem Verfahren maximaler Entropie gezeigt. Die Kurvenschar wurde durch Erzeugung von Quadratursinuswellen mit Bandbreiten im Bereich von 2 bis 20 Hertz gebildet. Die untere Kurvenschar stellt das Verfahren maximaler Entropie dar und die oberen Kurven sind die DFT. In allen Fällen betrug die Mittenfrequenz des Tons 20 Hz. Diese Frequenzen sind normiert und können skaliert werden, um eine Mittenfrequenz von 2000 Hz bei Bandbreiten im Bereich von 200 bis 2000 Hertz anzuzeigen. Es ist leicht ersichtlich, wie sehr viel deutlicher die Frequenzen bei MEM erscheinen.
Auch ist ersichtlich, wie die Bandbreiten der Einzeltöne symmetrisch um die Spitze ausgebreitet sind. Dadurch läßt sich die Spektralvarianz leicht messen. Spektralvarianz ist ein Maß für die Blutturbulenz, die eine weitere bedeutende diagnostische Messung darstellt.

Claims

1. Verfahren zum Abbilden eines Blutflusses in einem lebenden Körper, welches die folgenden Schritte umfaßt:

Sequentielles Absenden von Ultraschallwellen in einen lebenden Körper (10) hinein;

Empfangen reflektierter Doppler-verschobener Echos von durch den Körper (10, 12) strömendem Blut;

Verarbeiten einer Reihe von Echosignalen, welche von einer Anzahl von Punkten in dem Körper empfangen wurden, um ein Ausgangssignal (28) zu erzeugen, welches eine geschätzte Blutflußgeschwindigkeit an jedem dieser Punkte repräsentiert; und

Erzeugen eines zweidimensionalen Farbbildes (30, 32) des Blutflusses aus dem Ausgangssignal (28);

dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Echosignalen verarbeitet wird (24; 48), indem ein Leistungsspektrum für jeden Punkt durch das Verfahren maximaler Entropie der Anpassung eines Polynoms an die Reihe der Echosignale berechnet wird, daraus die jedem Punkt zugeordnete Frequenzverschiebung ermittelt und aus der Frequenzverschiebungsinformation das erwähnte Ausgangssignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polynom ein Polynom erster Ordnung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polynom angepaßt wird, indem die Null- Koeffizienten eines Filters bestimmt werden, das an seinem Ausgang aus der Reihe von Echosignalen an seinem Eingang weißes Rauschen erzeugen wurde, und das Reziproke der Filtercharakteristik gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stationären Echosignalkomponenten aus den Echosignalen entfernt (46) werden, um Doppler-verschobene Komponenten zu bilden, welche dann in den Verarbeitungsmitteln (48) verarbeitet werden, um die erwähnte Geschwindigkeitsschätzung zu erzeugen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale digitalisiert (33) und in einen Speicher 44 (Corner-turning memory) eingegeben werden, aus dem Daten ausgelesen werden, bevor die stationären Echosignalkomponenten (46) entfernt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spitzenfrequenzkomponente in einem Interpolationsnetzwerk (50) berechnet wird und ein geschätzter maximaler Durchschnittsspitzenfrequenzwert, der vom Interpolationsnetzwerk (50) empfangen wurde, in einem Segmentierungsprozessor (52) benutzt wird, um zu berechnen, ob die Geschwindigkeitsschätzung gültig ist.

7. Vorrichtung zur Abbildung eines Blutflusses in einem lebenden Körper, umfassend:

Ultraschallwellen-Sendemittel (10), um Ultra schallwellen sequentiell in einen lebenden Körper hinein zu senden;

Empfangsmittel (10, 12), um Doppler-verschobene Echos von durch den Körper strömendem Blut zu empfangen;

Verarbeitungsmittel (24; 48), um eine Reihe von Echosignalen, welche von einer Anzahl von Punkten in dem Körper empfangen wurden, dahingehend zu verarbeiten, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches eine geschätzte Blutflußgeschwindigkeit an jedem der Punkte repräsentiert; und

einen Videoprozessor (30) und ein Darstellungsmittel (32), um aus dem Ausgangssignal ein zweidimensionales Farbbild des Blutflusses zu erzeugen,

gekennzeichnet durch Verarbeitungsmittel (24) um die Reihe von Echosignalen zu verarbeiten, indem ein Leistungsspektrum für jeden Punkt durch das Verfahren maximaler Entropie der Anpassung eines Polynoms an die Reihe der Echosignale berechnet wird, daraus die jedem Punkt zugeordnete Frequenzverschiebung ermittelt und aus der Frequenzverschiebungsinformation das Ausgangssignal erzeugt wird.