DE69316780T2

DE69316780T2 - On-line-akustisches, densitometrisches Gerät für die Anwendung zur Ultraschallbilderfassung

Info

Publication number: DE69316780T2
Application number: DE69316780T
Authority: DE
Inventors: Sa Alwyn P D
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-02-24
Also published as: EP0563566A3; EP0563566B1; EP0563566A2; US5235984A; JPH067353A; DE69316780D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ultraschallbilderzeugung und insbesondere auf eine Vorrichtung zur quantitativen Online-Messung und -Anzeige des mittleren Schallsignals als Funktion der Zeit in einer vom Benutzer spezifizierten Region eines zweidimensionalen Ultraschallbilds.

Hintergrund der Erfindung

Ultraschall bezieht sich allgemein auf Schallwellen, die eine Frequenz oder eine Tonhöhe über dem menschlichen Hörbereich haben. Bei einem Ultraschallbilderzeugungssystem werden typischerweise kurze Stöße von Schallenergie in einen Körper gerichtet, wobei die reflektierte Energie oder Echos zu einem späteren Zeitpunkt empfangen werden. Die Amplitude der reflektierten Energie wird verarbeitet und in ein Videobild des beschallten Körpers formatiert. Die Ultraschallbilderzeugung wird in medizinischen Anwendungen häufig verwendet, um auf nicht invasive Art und Weise in den menschlichen Körper zu "sehen", und insbesondere auf Herzstrukturen, das Gefäßsystem, den Fötus, den Uterus, die Bauchorgane und die Augen zu sehen.
Eine Anwendung, bei der die Ultraschallbilderzeugung besonders nützlich ist, ist die Echokardiographie oder die Abbildung des Herzens, insbesondere des Herzmuskels. Bei der Echokardiographie wird der Ultraschall verwendet, um den Herzmuskel abzubilden, und um irgendwelche Unregelmäßigkeiten in seiner Struktur zu identifizieren. Eine bekannte Echokardiographietechnik wird als myokardiale Durchflutungsechokardiographie bezeichnet. Bei dieser Technik wird ein Kontrastmittel in die Koronararterien eingeführt. Die Dissipation oder das Herauswaschen des Kontrastmittels aus dem Herzmuskel wird mit einer Ultraschallbilderzeugungsvorrichtung überwacht. Die Rate, mit der das Kontrastmittel von einer Region des Herzmuskels dissipiert, liefert eine indirekte Messung des Blutflusses oder der Durchflutungscharakteristika dieser Region des Herzmuskels. Solche Daten sind nützlich, um zu bestimmen, ob ein Abschnitt der Koronararterien durch einen Strikturschaden verengt ist oder nicht. Die Technik ist detaillierter in einem Artikel mit dem Titel "Myocardial Perfusion and Contrast Echocardiography: Review and New Perspectives", in Vandenberg, Echocardiography: A Journal of CV Ultrasound and Allied Technologies, Bd. 8, Nr. 1, 1991, beschrieben.
Ein Kontrastmittel, das erfolgreich bei myokardialen Durchflutungstechniken verwendet wurde, sind Mikroblasen. Solche Mikroblasen weisen etwa eine Größe von 4 - 7 Mikrometern auf, wobei diese Größe etwa der Größe der roten Blutkörperchen entspricht, und dieselben werden als ein Bolus in eine der Koronararterien typischerweise durch einen perkutaneingeführten Gefäßplastikkatheter losgelassen. Da Lufttaschen für Ultraschallenergie stark reflektierend sind, bewirkt die Anwesenheit von Mikroblasen in dem Herzmuskel eine starke Reflexion von Schallenergie, was in einem visuell unterscheidbaren Helligkeitsbereich oder Intensitätsbereich in dem Ultraschallvideobild resultiert. Die Region des Herzmuskels mit der größten Mikroblasenkonzentration erscheint als eine Region hoher Intensität auf einem Graustufenultraschallbild. Diese Intensität nimmt mit einer Rate ab, die von der Rate der Durchflutung durch das Herzmuskelgewebe abhängt.
Die Beziehung zwischen der Mikroblasenkonzentration und der Graustufenintensität des Ultraschallbilds ist jedoch nichtlinear und von Einstellungen der verschiedenen Bilderzeugungssteuerungen abhängig. Daher ist das Videobild eine ungenaue Darstellung der wahren Herzmuskeldurchflutungscharakteristika. Diese Nichtlinearität ist teilweise aufgrund der Kompression der Ultraschallsignale, welche einen dynamischen Bereich größer als 100 dB nach der Verstärkung haben können, in einen kleineren Dynamikbereich, der typischerweise kleiner als 20 dB ist, vorhanden, welcher erforderlich ist, damit die Signale auf kommerziell verfügbaren Graustufenbilderzeugungsausrüstungen angezeigt werden können. Zusätzlich verändern Vorverarbeitungseinstellungen die Beziehung zwischen dem Analogsignal und dem Grauskalenwert des Bilds. Ferner können Nachverarbeitungseinstellungen die Beziehung zwischen dem digitalisierten Graustufenpegel und den angezeigten Ausgabegraupegeln in dem Bilderzeugungssystem variieren.
In einem Versuch, bestimmte der obigen Probleme zu überwinden, wurden Systeme entwickelt, bei denen die Durchschnittsintensität für die ausgewählten Ultraschallvideodaten bezüglich eines Hintergrundversatzes korrigiert wird, bevor die Zeit-Intensitäts-Kurve solcher Daten graphisch dargestellt wird, wie es durch die durchgezogene Linie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein solches System ist in einem Artikel mit dem Titel "Workshop an Contrast Echocardiography: Myocardial Perfusion", von Feinstein in Echocardiography: A Journal of CV Ultrasound and Allied Technology, Bd. 6, Nr. 4, 1989, beschrieben. Die resultierende Zeit-Intensitäts-Kurve wird dann mit einem Computerprogramm geglättet, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 dargestellt ist. Das offenbarte System weist jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf.
Zuerst benötigen das Verfahren zum Extrahieren von Intensitätsdaten aus gespeicherten Videobildern und das Erzeugen einer Zeit-Intensitäts-Kurve typischerweise mehrere Stunden, und dasselbe tritt "Off-Line" auf, (Off-Line = außerhalb des normalen Betriebs), sobald die echokardiographische Prozedur und irgendeine begleitende Revaskularisierungsprozedur beendet ist. Wenn die Zeit-Intensitäts-Darstellung verwendet wird, um Gewebedurchflutungscharakteristika und schließlich den Erfolg einer Angioplastikprozedur zu bestimmen, werden die Ergebnisse nicht verfügbar sein, bis die Prozedur beendet ist und der Patient nicht länger unmittelbar verfügbar ist. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einer Art und Weise, um Intensitätsdaten zu erfassen und eine Zeit-Intensitäts- Darstellung in Echtzeit zu erzeugen, während die echokardiographische Prozedur noch läuft, und bevor begleitende Angioplastik- oder Revaskularisierungsprozeduren beendet worden sind.
Zweitens bieten kommerziell verfügbare Ultraschallbilderzeugungssysteme verschiedene Pegel sowohl der Kompression als auch der Nachverarbeitungsgrauskalierung. Selbst eine sorgfältige Analyse gespeicherter Videodaten kann nicht anzeigen, welcher Kompressionspegel und welche Grauskalenabbildung verwendet wurde, als das Videobild erzeugt wurde. Eine Kompensation der Hintergrundintensität des Videobilds wird nicht die in die Videodaten durch die Kompression und Skalierung der Ultraschallsignale eingeführten Nichtlinearitäten korrigieren. Ebenfalls wird eine Glättung der Zeit-Intensitäts-Kurve, wie sie bei dem oben erwähnten Artikel stattfindet, solche Nichtlinearitäten nicht kompensieren
Demgemäß besteht ein Bedarf nach einer Art und Weise, um die durch die Kompression oder eine Nachverarbeitungsgrauskalierung von Ultraschalldaten eingeführten Nichtlinearitäten rückgängig zu machen, derart, daß eine genaue Zeit-Intensitäts-Kurve aus einem Echtzeit- oder einem gespeicherten Ultraschallbild erzeugt werden kann, wobei eine solche Kurve eine direkte lineare Beziehung zu der Konzentration des Kontrastmittels in der ausgewählten Region des abgetasteten Gewebes aufweist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind, zu schaffen, bei denen die durch Kompression und Grauskalierung von Ultraschalldaten in ein Videobild eingeführten Nichtlinearitäten rückgängig gemacht werden können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, bei dem Nichtlinearitäten, die durch Kompression und Grauskalierung von Ultraschalldaten bewirkt werden, in Videobildern rückgängig gemacht werden, unabhängig davon, ob die Videobilder von einem gespeicherten Rahmenspeicher oder von einem Echtzeitpufferspeicher genommen werden.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, welches die Durchschnittsintensität einer spezifizierten Region eines Ultraschallvideobilds berechnen kann, bei dem die Durchschnittsintensität auf die empfangenen Echosignale linear bezogen ist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, welches eine Zeit-Intensitäts-Darstellung von Ultraschalldaten erzeugen kann, welche genau die myokardialen Durchflutungscharakteristika während einer Kontrastechokardiographieprozedur wiedergeben kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Werkzeug zur quantitativen Messung und Anzeige des Durchschnittsakustiksignals in einer von einem Benutzer spezifizierten Region eines zweidimensionalen Ultraschallbilds zu schaffen.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die obigen und weitere Ziele werden gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Bilddatenelementen aus einer ausgewählten durchgehenden Region eines gespeicherten Bildsignals aufweist. Eine Datenstruktur, die zusammen den gespeicherten Bilddatenelementen zugeordnet ist, zeigt den Typ und Pegel einer Verarbeitung an, denen der Wert jedes Datenelements während des Verarbeitens zur visuellen Anzeige unterworfen war. Nach dem Berechnen eines Durchschnittswerts aus den ausgewählten Datenwerten wird eine Dekompression unter Auswahl durch die zugeordnete Datenstruktur durchgeführt, derart, daß die resultierenden Werte die umkomprimierte Intensität des Schallsignals darstellen. Die dekomprimierten Werte werden in Echtzeit als Zeit-Intensitäts-Kurve auf einem Bildschirm dargestellt, welche weiter analysiert werden, um diagnostische Informationen bezüglich des beschallten Körpers während der tatsächlichen Testprozedur zu schaffen.
Insbesondere wird eine Dekompression durch Anwenden der ausgewählten Datenwerte auf eine ROM-Direktzugriffstabelle durchgeführt. Ein Mikroprozessor paßt den vorher berechneten Durchschnittswert der ausgewählten Punkte an einen Eintrag der Tabelle an und stellt den Durchschnittswert des zugeordneten nicht verarbeiteten Werts ein. Das dekomprimierte Äquivalent zu dem gespeicherten Wert, welches nun eine unkomprimierte Größe darstellt, die linear auf das ursprünglich empfangene Schallsignal bezogen ist, wird dann graphisch dargestellt. Das gesamte Verfahren wird wiederholt, um eine Zeit-Intensitäts-Kurve zu erzeugen, welche ferner analysiert wird, um diagnostische Informationen bezüglich des beschallten Körpers zu schaffen.
Die vorhergehenden und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine Zeit-Intensitäts-Darstellung der myokardialen Durchflutungscharakteristika, wie sie durch ein bekanntes off-Line-Echokardiographieanalysesystem erzeugt werden;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Ultraschallbilderzeugungssystems, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
Fig. 3A-C ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Zeit-Intensitäts-Kurve gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Zeit-Intensitäts-Kurve, die unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird; und
Fig. 5 ein Blockdiagramm des Digitalverarbeitungsteilsystems des Ultraschallbilderzeugungssystems von Fig. 2.

Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die vorliegende Erfindung schafft ein interaktives Werkzeug zur quantitativen Messung und Anzeige des Durchschnittsakustiksignals in einer von einem Benutzer spezifizierten Region eines zweidimensionalen Ultraschallbilds. Das erfindungsgemäße System kann in existierende Ultraschallbilderzeugungssysteme, d. h. in die, die herkömmliche Hüllkurven-erfaßte Schalldaten erzeugen, oder in Systeme, die integrierte Ultraschallrückstreudaten erzeugen, integriert werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung sowohl Echtzeit- als auch Videospeicherdaten verwenden. Das erfindungsgemäße System macht jede Kompression, Verarbeitung oder Grauskalenabbildung rückgängig, denen die Ultraschalldaten unterworfen waren, und erzeugt eine Zeit-Intensitäts-Kurve eines Durchschnittsschallsignals ohne die Nichtlinearitäten, die in tatsächliche Ultraschallvideobilddaten eingeführt sind. Das System liefert ferner eine Einrichtung zum Berechnen verschiedener Charakteristika der Zeit-Intensitäts-Kurve sowie zur Farbabbildung des Ultraschallbilds.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 2 derselben ist ein Bilderzeugungssystem 10, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, dargestellt. Das System 10 umfaßt einen Ultraschallwandler 12, eine Abtasteinrichtung oder einen Scanner 14, eine Digitalsteuerung 16, ein Digitalverarbeitungsteilsystem 20, eine Videoanzeige 18, einen optionalen Peripheriedrucker 22 und ein Speichergerät 24. Das Bilderzeugungssystem 10 liefert die Hardwareplattform, in die die vorliegende Erfindung integriert werden kann, und zwar mit einer kleinen Modifikation oder mit zusätzlicher Hardware. Mit Ausnahme von Modifikationen an dem Digitalverarbeitungsteilsystem 20, wie sie nachfolgend dargelegt sind, ist die Struktur und Funktion des Systems 10 bekannt. Das interaktive Diagnostikwerkzeug der vorliegenden Erfindung kann in das Bilderzeugungssystem 10 vollständig softwaremäßig integriert werden, und zwar zur Ausführung auf existierenden Hardwarekomponenten oder mittels einer Kombination aus Software und zusätzlichen Speicherelementen, wie z. B. Nur-Lese-Speicher (ROMs). Bilderzeugungssysteme, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind das Ultraschallbilderzeugungssystem HP SONOS 1000 oder das Ultraschallbilderzeugungssystem HP SONOS 1500, welche beide bei der Hewlett-Packard Company, Andover, Massachusetts 01810, kommerziell erhältlich sind.

Format des quantitativen Werkzeugs

Das quantitative Werkzeug der vorliegenden Erfindung kann konfiguriert sein, um ein als ein Neben- oder Kindprozeß unter der Betriebssystemsteuerung des Ultraschallbilderzeugungssystems zu laufen, und zwar sowohl getrennt oder gleichzeitig zu einer gegenwärtig ausgeführten Bilderzeugungsaufgabe. Auf diese Art und Weise kann das erfindungsgemäße Werkzeug mit den Daten, die durch die Bilderzeugungsaufgabe erzeugt werden, an verschiedenen Punkten in der Bilderzeugungskette interagieren, ohne das Ultraschallbild auf unerwünschte Art und Weise zu verändern. Typischerweise wird das Ultraschallbilderzeugungssystem 10 von einer Befehlskonsole, der ein Anzeigeelement 18 zugeordnet ist, betrieben, wobei eine solche Konsole eine Mehrzahl von speziellen Steuerungen und möglicherweise eine alphanumerische Tastatur umfaßt. Das Anzeigeelement 18 ist typischerweise eine spezielle CRT, die in der Lage ist, Ultraschallbilder sowie andere diagnostische Informationen und Signalformen anzuzeigen.
Ein Flußdiagramm der algorithmischen Schritte, die das erfindungsgemäße diagnostische Tool aufweist, ist in Fig. 3 dargestellt, wobei dieselben in den Fig. 3A und 3B aufgeführt sind, die zusammen plaziert werden sollen, um die vollständige Figur zu bilden. Sobald das Bilderzeugungssystem 10 läuft, wird der Betreiber eine Ausführung des erfindungsgemäßen Diagnostikwerkzeugs aufrufen und alle erforderlichen Parameter initialisieren, wie es durch einen Schritt 30 von Fig. 3 angezeigt ist. Der Betreiber kann eine Ausführung des erfindungsgemäßen Werkzeugs durch Eintippen eines Befehles, durch Auswählen einer auf dem Bildschirm vorhandenen Menüoption oder durch Einstellen einer speziellen Steuerung auf der Systembefehlskonsole aufrufen. Sobald das interaktive Werkzeug aufgerufen ist, muß eine Anzahl von globalen Programmvariablen und Datenstrukturen definiert oder initialisiert werden. Aus Darstellungsgründen wird einer Anzahl dieser Variablen jeweils ein Name gegeben werden, welche nachfolgend erklärt werden.
Die Variable COMPRESSION (COMPRESSION = Kompression) stellt einen einer Mehrzahl von Kompressionspegeln dar, durch die die ursprünglich empfangenen und verstärkten Ultraschalldaten in einen Dynamikbereich komprimiert werden, der für die Anzeige geeigneter ist. Die Variable GRAYSCALE (GRAYSCALE = Graustufe) stellt einen einer Mehrzahl von Pegeln dar, mit denen die komprimierten Ultraschalldaten abgebildet oder skaliert werden können, um sie auf einem Anzeigeelement 18 zur Anzeige zu bringen.
Beide Variablen COMPRESSION und GRAYSCALE werden typischerweise automatisch auf die gegenwärtigen Systemeinstellungen eingestellt, welche typischerweise durch verdrahtete Steuerungen auf dem Systemsteuerbedienbereich ausgewählt werden. Jede dieser Variablen ist typischerweise durch ein Binärfeld dargestellt, dessen Größe mit der Anzahl von Kompressionspegeln oder der Anzahl von Graustufenpegeln variieren wird, welche in dem System verfügbar sind.
Die Variable DATATYPE (DATATYPE = Datentyp) zeigt an, ob die Daten, auf die das erfindungsgemäße Werkzeug wirken soll, übliche Ultraschalldaten oder integrierte Rückstreudaten sind. Für Fachleute wird es offensichtlich sein, daß bei einem Bilderzeugungssystem, welches nicht in der Lage ist, integrierte Ultraschallrückstreudaten zu erzeugen, diese Variable immer den gleichen Wert aufweisen wird oder sogar ganz beseitigt werden kann. Die Variable SOURCE (SOURCE = Quelle) zeigt an, ob die Ultraschalldaten von dem Echtzeitrahmenspeicherpuffer in dem System oder von einem Videoschleifenspeicher erfaßt werden sollen. Der Videoschleifenspeicher ist ein Mehrfachrahmenspeicherpuffer und ein zugeordnetes Steuersystem. Das Steuersystem kann Daten sequentiell in den Rahmenspeichern erfassen und die gespeicherten Daten von jedem Speicher sequentiell anzeigen. Die Speicher sind in einer kreisförmigen Sequenz angeordnet, derart, daß dasselbe Anzeigesegment wiederholt aus der gespeicherten Datensequenz erzeugt werden kann. Wenn der Benutzer spezifiziert, daß Daten von dem Videoschleifenspeicher ausgewählt werden sollen, werden ferner typischerweise ein Wert für einen Startvideoschleifenrahmen und ein Wert für einen Endvideoschleifenrahmen spezifiziert. Daten werden von aufeinanderfolgenden Rahmen oder "Frames" in dem Videoschleifenspeicher an spezifizierten Intervallen genommen, wie es nachfolgend erläutert ist.
Beim Initialisieren des Systems kann der Benutzer ferner eine kleine zweidimensionale Graphikdarstellung oder Ebene typischerweise in einer Ecke der CRT-Anzeige einstellen und die Skalierungen für die Achsen x und y der Graphikebene auswählen. Der Benutzer kann ferner verschiedene Parameter spezifizieren, wie z. B. daß diese Parameter angezeigt werden sollen, sowie ob der verarbeitete Datenwert numerisch angezeigt werden sollte oder auch graphisch. Der Benutzer kann ferner eine Bezeichnungsetikette oder einen Namen für den speziellen Zeit-Intensitäts-Graphen, der erzeugt werden soll, spezifizieren.
Nach dem Aufruf und der Initialisierung des Diagnostikwerkzeugs wählt der Benutzer als nächstes die Position, Größe und Form einer interessierenden Region (ROI; ROI = Region Of Interest) aus dem Ultraschallbild, wie es in dem Schritt 32 von Fig. 3A gezeigt ist. Die interessierende Region ist der Bereich des Rasterabtastungsultraschallvideobilds, aus dem die Pixeldaten wiedergewonnen und manipuliert werden. Die interessierende Region kann irgendwo innerhalb des Videobilds typischerweise mittels Cursortasten, einem Laufball, einer Maus, usw., positioniert werden, um einen auf dem Videobildschirm angezeigten Cursor über einen Bereich des angezeigten Bilds zu bewegen.
Sobald der Benutzer die Position der interessierenden Region ausgewählt hat, werden die die interessierende Region definierenden Koordinaten in einer Datenstruktur bezeichnet, die hier als Varible ROIPOSITION (ROIPOSITION = Position der interessierenden Region) bezeichnet wird. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die interessierende Region echtzeitmäßig verändert werden, wodurch bewirkt wird, daß der Wert von ROIPOSITION auf ähnliche Art und Weise aktualisiert wird.
Der Benutzer definiert als nächstes die Werte für die Variable ROISIZE (ROISIZE = Größe der interessierenden Region) und die Variable ROISHAPE (ROISHAPE = Gestalt der interessierenden Region), um die Größe bzw. die Gestalt der interessierenden Region zu definieren. Typischerweise wird die Gestalt der ROI entweder rechteckig oder kreisformig sein. Die Größe wird typischerweise durch Auswählen von einer oder einer Anzahl von vorgegebenen Größen, wie z. B. 11x11, 21x21, 31x31 oder 41x41 Pixeln, spezifiziert. Die Größe oder vorgegebene Kreisregion von Interesse kann bezüglich der Pixel pro Regionendurchmesser auf ähnliche Art und Weise spezifiziert sein.
Nach dem Aufruf des interaktiven Werkzeugs, der ausgewählten Datenquelle und einer definierten Region von Interesse wird der Benutzer ein Zeitintervall spezifizieren, in dem Daten aus der spezifizierten Datenquelle extrahiert werden, wie es in dem Schritt 34 von Fig. 3A gezeigt ist. Die Datenerfassung kann extern, wie z. B. von der R-Welle eines Elektrokardiogramms, oder von einer Quelle innerhalb des Systems, wie z. B. einem Zeitgeber, ausgelöst werden. Die Variable TRIGGER (TRIGGER = Auslöser) stellt das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen oder Triggerquellen dar, wie durch den Benutzer definiert. Der Wert der Variable TRIGGER und die Skalenfaktoren für die X-Achse der Graphikebene werden die Dichte der Daten in der Zeit-Intensitäts- Kurve bestimmen, welche durch das erfindungsgemäße Werkzeug graphisch dargestellt wird.
Anschließend leitet der Betreiber die Erfassung, Verarbeitung und graphische Darstellung der Daten innerhalb der spezifizierten interessierenden Region ein, was nachfolgend als eine Operation Trace (Trace = Spur) bezeichnet wird. Diese Operation und weitere Auswahlen, die durch den Betreiber gemacht werden können, können durch Drücken eines speziellen Schalters innerhalb der Steuerkonsole des Systems oder durch Eingeben eines Befehls entweder auf einer alphanumerischen Tastatur oder auf einem auf dem Bildschirm vorhandenen Menü aufgerufen oder eingegeben werden. Die Schalter, die Tastatur und das Menü werden auf bekannte Art und Weise auf der herkömmlichen Hardware betrieben.
Der erste Schritt der Operation Trace ist das Wiedergewinnen der Daten von der spezifizierten Quelle, wie es in einem Schritt 38 von Fig. 3A gezeigt ist. Jedes Pixel in dem Rasterabtastungsultraschallbild ist im Speicher durch eine Anzahl von Parametern einschließlich der Koordinatenpositionen des Intensitätswert definiert. Die Intensitätswerte für jedes Pixel innerhalb der interessierenden Region, wie sie durch die Variablen ROIPOSITION, ROISIZE und ROISHAPE definiert ist, werden aus dem Quellenspeicher extrahiert, wie es durch die Variable SOURCE definiert ist, und zwar in dem Zeitintervall, das durch die Variable TRIGGER definiert ist. Unter der Steuerung eines Digitalprozessors, welcher typischerweise ein Mikroprozessor innerhalb des Teilsystems 20 ist, wird ein Durchschnittsintensitätswert für alle Pixel innerhalb der interessierenden Region berechnet und in einer Variable INTENSITY (INTENSITY = Intensität) gespeichert, wie es durch einen Schritt 40 in dem Flußdiagramm von Fig. 3A angezeigt ist. Der Wert der Variable INTENSITY wird ferner verarbeitet, um irgendeine Skalierung, Kompression oder Abbildung zu kompensieren, und zwar abhängig von dem Wert der Variable DATATYPE (DATATYPE = Datentyp), wie es nachfolgend erklärt wird.
Sobald der Wert der Variable INTENSITY in seine Endform verarbeitet worden ist, wird der Wert in der Graphikebene, welche vorher durch den Benutzer definiert wurde, graphisch dargestellt, wie es in dem Schritt 42 von Fig. 3A gezeigt ist. Optional kann der numerische Wert der Variable INTENSITY auf dem Anzeigeelement 18 zum Betrachten zusammen mit dem Ultraschallbild angezeigt werden.
Die Erfassung von Daten, die Berechnung eines Intensitätswerts und das graphische Darstellen dieses Werts, wie es durch die Schritte 38, 40 bzw. 42 dargestellt ist, werden in dem Zeitintervall, das durch die Variable TRIGGER spezifiziert ist, und für die Dauer der Operation Trace wiederholt, wie es durch einen Entscheidungsschritt 36 und seine entsprechende Schleife in Fig. 3A angedeutet ist. Die Dauer der Operation Trace hängt von der Prozedur, welche gerade läuft, ab.
Die aufeinanderfolgenden Werte des Werts INTENSITY, die während der Operation Trace graphisch dargestellt werden, bilden eine Zeit-Intensitäts-Kurve, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, welche lediglich Darstellungsgründen dient. Die Kurve gibt die Änderung der Durchschnittsintensität des Schallsignals für eine spezifizierte Region dar, wie es beispielsweise die Charakteristik in einer Kontrastechokardiographieprozedur sein würde. Wenn die Intensität des Schallsignals für die interessierende Region nicht während der Operation Trace verändert würde, wird die Zeit-Intensitäts-Darstellung eine gerade horizontale Linie sein. Bei Anwendungen, wie sie die Kontrastechokardiographie ist, bei denen ein Kontrastmittel, das innerhalb des Herzmuskels vorhanden ist, zeitlich variierende Änderungen der Intensität des Durchschnittsschallsignals bewirkt, ist die resultierende Zeit- Intensitäts-Darstellung bezüglich ihrer Form gekrümmt. Aufgrund der Dekomprimierung, der Deskalierung und der umgekehrten Abbildungsverfahren, welche während der Berechnung der Variable INTENSITY vor dem graphischen Darstellen derselben auftraten, ist die resultierende Zeit-Intensitäts- Kurve linear auf die wahren Herzmuskeldurchflutungscharakteristika bezogen.
Wie es offensichtlich werden wird, liefert die Zeit-Intensitäts-Kurve Informationen, die beim genauen Diagnostizieren der Herzmuskeldurchflutungscharakteristika insbesondere bezüglich der Anwesenheit einer Verschließung oder eines Verengungsschadens innerhalb des Herzmuskels, nützlich sind, aufgrund, wie es gewürdigt werden wird, der Liniarität der erzeugten Zeit-Intensitäts-Kurve mit dem Duchschnittsschallsignal und daher der Anwesenheit des Kontrastmittels innerhalb des Herzmuskels.
Nachfolgend werden spezielle Schlüsselcharakteristika der Zeit-Intensitäts-Kurve unter Verwendung der tatsächlichen Werte, die die Kurve bilden, berechnet. Die Berechnung dieser Charakteristika und die Anzeige ihrer numerischen Werte auf dem Bildschirm werden durch den Schritt 44 von Fig. 3B gezeigt. Diese Charakteristika umfassen die Spitzenintensität der Kurve, die Fläche unter der Kurve, die mittlere Übergangszeit der Kurve und die halbe Zeit des Kurvenabfalls, wobei die Gleichungen und Prozeduren, die verwendet werden, um diese Charakteristika zu erzeugen, nachfolgend erklärt werden.
Ein Schritt 45 überprüft bezüglich der Anwesenheit eines neuen "Basislinien"-Werts. In der Zeit-Intensitäts-Kurve werden insbesondere der niedrigste Wert oder die niedrigsten Werte als der Basislinienwert bezeichnet. Das erfindungsgemäße Werkzeug schafft eine Einrichtung zum Neucharakterisieren der Kurve durch Ermöglichen, daß einer der Punkte innerhalb der Kurve als der neue Basislinienwert ausgewählt wird. Die variable BASELINE (BASELINE = Basislinie) wird automatisch auf einen vorgegebenen Wert, typischerweise auf den niedrigsten Intensitätspunkt in der Kurve, eingestellt, und derselbe kann durch den Benutzer neu definiert werden, indem er lediglich auswählt, welcher der numerisch angezeigten Werte die neue Basislinie sein soll. Dieser neue Wert wird mit dem vorherigen Wert in dem Schritt 45 verglichen, und, wenn eine neue Basislinie erfaßt worden ist, springt die Routine zu einem Schritt 46 von Fig. 3B.
Nach der Auswahl einer neuen Basislinie wird die Zeit-Intensitäts-Kurve neu graphisch dargestellt, wobei alle Intensitätswerte mit einem Wert kleiner als der Wert der Variable BASELINE von dem Graphen weggelassen werden. Die Neudarstellung der Zeit-Intensitäts-Kurve ist durch Schritte 46 angezeigt, in denen die Daten unter der neuen Basislinie weggelassen werden, und durch einen Schritt 48, in dem die Kurve neu dargestellt wird. An diesem Punkt springt die Routine zu dem Schritt 44 zurück, wo die Zeit-Intensitäts-Kurvencharakteristika von Spitze, Fläche, usw., für die neue Zeit-Intensitäts-Kurve neu berechnet werden.
Wenn an einem Schritt 45 ein Vergleich der Basislinienwerte anzeigt, daß die Basislinie nicht verändert worden ist, kann der Benutzer das interaktive Tool verlassen oder alle Variablen löschen, was typischerweise durch einen Rücksetzschalter geschieht, und der Benutzer kann ferner eine neue Operation Trace an derselben Position des Herzmuskels oder an einer anderen Position des Herzmuskels, wenn erwünscht, einstellen, wie es durch den Entscheidungsschritt 50 in Fig. 3B gezeigt ist.
Die tatsächliche Verarbeitung des Intensitätswerts, welche in dem Schritt 40 von Fig. 3 auftritt, wird nachfolgend bezüglich unterschiedlicher Hardwarearchitekturen, welche für herkömmliche Hüllkurven-erfaßte Schalldaten und für integrierte Rückstreudaten verwendet werden, sowohl für Echtzeit- als auch Videoschleifenspeicher erklärt werden.

Systemarchitektur und Linearisierungsverfahren

Bezugnehmend auf Fig. 5 ist ein detaillierteres Diagramm des Digitalverarbeitungssystems 20 (Fig. 2) in dem Ultraschallbilderzeugungssystem dargestellt, das in der Lage ist, herkömmliche Hüllkurven-erfaßte Schalldaten sowie integrierte Rückstreu- (IBS-; IBS = Integrated Backscatter) Daten zu erzeugen. Ein Bilderzeugungssystem, das in der Lage ist, herkömmliche Ultraschalldaten sowie IBS-Daten zu erzeugen, und das zur Verwendung mit der Erfindung geeignet ist, ist ein Ultraschallbilderzeugungssystem HP SONOS 1500, das von der Hewlett-Packard Company, 300 Minuteman Drive, Andover, Massachusetts 01810, kommerziell verfügbar ist.
Im allgemeinen werden während des Betriebs Pulse von Ultraschalldruckwellen in Sequenz entlang einer Mehrzahl von Linien, die sich durch einen abzubildenden Querschnittsbereich erstrecken, gestartet. Reflexionen der Pulse werden durch einen Wandler zum Erzeugen elektrischer Signale empfangen, welche dann einem Digitalverarbeitungsteilsystem, wie z. B. einem Teilsystem 20 von Fig. 5, zugeführt werden. Das Digitalverarbeitungsteilsystem 20 umfaßt einen Analog-zu-Digital-Wandler 50, eine Kompressionsverarbeitungshardware 54, ein Kompressions-ROM 56, eine Polar-in-rechtwinklig-Umwandlungs-ROM 58, einen Echtzeitspeicherpuffer 60, ein Graustufen-ROM 62, einen Videoschleifenspeicherpuffer 64 und ein Farbtabellen-ROM 70. Ebenfalls dem Echtzeitspeicherpuffer 60 zugeordnet sind eine Mikroprozessorsteuerung 52, ein Dekompressions-RAM 66 und ein Deskalierungs-ROM 68 sowie die Busse, die diese Elemente miteinander verbinden, und der Rest des Bilderzeugungssystems. Für IBS-Daten ist ferner ein spezieller IBS-Tabellen-ROM 72 auf einem alternativen Datenweg vorgesehen.
Bei einem herkömmlichen Hüllkurven-erfaßten Ultraschallsystem werden bilderzeugende Schallsignale empfangen, verstärkt, verarbeitet und in einen Strahl im Abtastgerät 14 gebildet, wobei der Aufbau und die Funktion einer solchen Vorrichtung bekannt sind und im Bereich eines Fachmanns liegen. Die Ultraschalldaten werden dann einem Analog-zu- Digital (A/D-) Wandler 50 des Teilsystems 20 zugeführt. Das digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers 50 wird wiederum einer Kompressionshardware 54 zugeführt.
Abhängig von dem Kompressionsalgorithmus, der auf die digitalisierten Ultraschalldaten angewendet wird, wird die Kompressionshardware variieren, wie es auch der Bedarf nach einem Kompressions-ROM 56 wird. Die meisten Ultraschallbilderzeugungssysteme verwenden komplexe logarithmische Kompressionstechniken, deren tatsächliche Implementation die Hardwarekonfiguration sowie den Inhalt des ROM 56 bestimmt. Im allgemeinen ist der ROM 56 ein Direktzugriffstabellenspeicher, der eine Mehrzahl von Kompressionstabellen enthält, welche mit der Variable COMPRESSION ausgewählt werden. Solche Kompressionsalgorithmen befinden sich nicht im Bereich dieser Beschreibung, dieselben sind dagegen herkömmlich und bekannt.
Nach der Kompression werden die komprimierten Ultraschalldaten dem ROM 58 zugeführt, welcher die Daten aus dem Polarkoordinatensystem, in dem sie von dem Abtastgerät empfangen wurden, in ein rechtwinkliges Koordinatensystem umformatiert, wonach sie auf einem Videomonitor angezeigt werden können. Das Digitalwortausgangssignal des ROM 58 wird einem Echtzeitpufferspeicher 60 zugeführt. Der Speicher 60 speichert die Digitalworte für einen vollständigen Rahmen von Videoinformationen unter der Steuerung des Mikroprozessors 52. Ebenfalls unter einer Steuerung des Mikroprozessors 52 werden Digitalworte aus dem Speicher 60 herausgelesen und an den Graustufen-ROM 62 angelegt, welcher ein Direktzugriffstabellenspeicher ist, der eine Mehrzahl von Skalierungstabellen enthält, welche durch den Wert der Variable GRAYSCALE auswählbar sind, wie es durch den Benutzer definiert wird. Das Ausgangssignal des ROM 62 wird dann dem Farbtabellen-ROM 70 zugeführt. Das ROM 70 ist ein Direktzugriffstabellenspeicher, der eine Mehrzahl von Farbabbildungstabellen enthält, die durch den Wert einer Variable COLORMAP (COLORMAP = Farbtabelle) auswählbar sind, wie es durch den Benutzer definiert wird.
Das Ausgangssignal des ROM 70 wird wiederum dem Anzeigegerät (nicht gezeigt), wie z. B. einem Videomonitor, zugeführt, welcher die Daten als herkömmliches zweidimensionales Ultraschallbild anzeigt. Alternativ kann das Ausgangssignal des ROM 62 vor seinem Anlegen an das Farbtabellen-ROM 70 direkt in dem Videoschleifenspeicher 64 zusammen mit den entsprechenden Werten der Variablen COMPRESSION und GRAYSCALE gespeichert werden, welche mit den tatsächlichen Ultraschallbilddaten in einem Anfangsblock-Typ-Format gespeichert sind. Auf diese Art und Weise sind die einhergehenden Kompressionspegel- und Grauskalenpegel-Daten ebenfalls verfügbar, wenn die Ultraschallbilddaten von dem Videoschleifenspeicher 64 zurückgewonnen werden, und dieselben können zum Dekomprimieren und Deskalieren der Bilddaten verwendet werden, wie es nachfolgend erörtert ist.
Bei Ultraschallbilderzeugungssystemen mit intergrierter Rückstreuung (IBS) wird ein Signal, das der Leistung der Rückstreuung von einem Puls von Ultraschallträgerwellen entspricht, die sich entlang eines einzigen Wegs ausbreiten, unter Verwendung der Vorrichtung und Technik abgeleitet, welche in dem U.S. Patent Nr. 4,873,984 von Hunt u. a. beschrieben ist, wobei die Offenbarung dieses Patents hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Insbesondere wird das abgetastete digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers 50 an den IBS-Abbildungs-ROM 72 statt an die Kompressionshardware 54 angelegt. Das IBS-Abbildungs-ROM 72 erzeugt ein Signal, welches einen Wert erzeugt, der den mittleren Rückstreuwert für jedes Eingabeexemplar darstellt. Das Ausgangssignal des IBS-ROM 72 wird wiederum an den ROM 58 angelegt, welcher, wie es vorher erwähnt wurde, die Daten von dem Polarkoordinatensystem in ein rechtwinkliges Koordinatensystem neu formatiert, welche auf herkömmlichen Anzeigemonitoren angezeigt werden können (nicht gezeigt in Fig. 5).
Für IBS-Daten kann das Ausgangssignal des Grauskalen-ROM 62 auf vorteilhafte Art und Weise einem Videoschleifenspeicher 64 zusammen mit dem Wert der Variable GRAYSCALE zugeführt werden. Der Variablenwert GRAYSCALE wird im Anfangsblockformat zusammen mit den IBS-Videobilddaten gespeichert, um eine Deskalierung der IBS-Daten zu ermöglichen, wenn dieselben zu einem späteren Zeitpunkt von dem Videoschleifenspeicher zurückgeholt werden sollen, wie es nachfolgend erläutert ist.
Bezugnehmend auf Fig. 3C ist ein detaillierteres Flußdiagramm der Verfahrensschritte zum Linearisieren der Ultraschalldaten, wie es in schematischer Form in dem Schritt 40 von Fig. 3A dargestellt ist, veranschaulicht. Wie es vorher erläutert wurde, berechnet der Mikroprozessor 52 die Durchschnittsintensität aller Pixel, die in der interessierenden Region enthalten sind, wie es durch den Verfahrensschritt 80 von Fig. 3C angezeigt ist. Der resultierende Durchschnittsintensitätswert wird in die Variable INTENSITY geschrieben.
Anschließend bestimmt der Prozessor 52, ob der zugegriffene Datentyp IBS-Daten oder herkömmliche Ultraschalldaten aufweist, und zwar aus dem Wert der Variable DATATYPE, wie es in dem Entscheidungsschritt 82 von Fig. 3C angezeigt ist. Wenn der Wert der Variable DATATYPE IBS-Daten anzeigt, bestimmt der Prozessor als nächstes, ob der Wert der Variable SOURCE den Echtzeitspeicherpuffer 60 oder den Videoschleifenspeicher 64 bezeichnet, wie es in dem Entscheidungsschritt 84 von Fig. 3C gezeigt ist. Wenn die Datenquelle ein Echtzeitspeicherpuffer 60 ist, ist keine weitere Verarbeitung der Durchschnittsintensität, wie sie durch die Variable INTENSITY dargestellt ist, erforderlich, da die Durchschnittsintensität die lineare Beziehung der integrierten Rückstreudaten, die von dem Systemscanner empfangen werden, wiedergibt. Wenn die Quelle der IBS-Daten jedoch der Videoschleifenspeicher 64 ist, müssen die Daten Graustufen-skaliert werden, wobei eine weitere Verarbeitung der Variable INTENSITY erforderlich ist. In diesem Fall wird der Wert der Variable GRAYSCALE von den Anfangsblockinformationen für die spezifizierten Videodatenrahmen in dem Videoschleifenspeicher 64 gelesen. Der Wert der Variable GRAYSCALE wird verwendet, um auf eine der Mehrzahl von Graustufentabellen innerhalb des Deskalierungs-ROM 68 zuzugreifen. Der Mikroprozessor 52 findet dann einen Eintrag in die ausgewählte Tabelle des ROM 68, welcher gleich dem Wert der Variable INTENSITY ist, und zwar auf eine Art und Weise, die der vorher beschriebenen ähnlich ist. Die Variable INTENSITY wird dann gleich der zugehörigen nicht skalierten Variable INTENSITY des angepaßten Eintrags gleichgesetzt, wie es in dem Verarbeitungsschritt 86 von Fig. 3C angezeigt ist. Der gegenwärtige Wert der Intensität wird dann linear auf das empfangene IBS-Signal bezogen und erfordert keine Weiterverarbeitung. Der Wert INTENSITY wird dann graphisch dargestellt. In einem Entscheidungsschritt 82, wenn die Variable DATATYPE herkömmliche Ultraschalldaten anzeigt, tritt ein anderer Linearisierungsprozeß auf. Der Mikroprozessor 52 bestimmt, ob der Wert der Variable SOURCE anzeigt, daß die Daten von dem Echtzeitspeicherpuffer 60 oder von dem Videoschleifenspeicher 64 genommen werden, wie es in dem Entscheidungsschritt 90 von Fig. 3 gezeigt ist. Wenn die Datenquelle der Videoschleifenspeicher 64 ist, umf abt der gegenwärtige Wert der Variable INTENSITY einen Grauskalierungsfaktor, der notwendig ist, um die Daten zur Ansicht zu formatieren. In diesem Fall wird der Wert der Variable GRAYSCALE von den Anfangsblockinformatiqnen für die spezifizierten Videodatenrahmen in dem Videoschleifenspeicher 64 gelesen. Der Wert der Variable GRAYSCALE wird verwendet, um auf eine der Mehrzahl von Graustufentabellen innerhalb des Deskalierungs-ROM 68 zuzugreifen. Der Mikroprozessor 52 findet dann einen Eintrag in der ausgewählten Tabelle des ROM 68, welcher wertemäßig gleich der Variable INTENSITY auf eine Art und Weise ist, die der vorher beschriebenen ähnlich ist. Die Variable INTENSITY wird dann gleich der zugeordneten unskalierten Variable INTENSITY des angepaßten Eintrags gesetzt, wie es in dem Schritt 92 von Fig. 3C gezeigt ist.
Anschließend wird der gegenwärtige Wert der Variable INTENSITY, unabhängig davon, ob die Datenquelle der Echtzeitpuffer 60 ist oder von der Ausgabe des ROM 68 stammt, dem Dekompressions-RAM 66 zusammen mit dem Wert der Variable COMPRESSION zugeführt. Wenn die Daten von dem Echtzeitspeicher 60 sind, kann der Wert der Variable COMPRESSION von dem RAM-Speicher wiedergewonnen werden, der dem Mikroprozessor 52 zugeordnet ist. Wenn die Datenquelle der Videoschleifenspeicher 64 ist, wird der Wert der Variable COMPRESSION von dem Anfangsblock wiedergewonnen, der dem Rahmen oder den Rahmen zugeordnet ist, von dem die Videoinformationen wiedergewonnen werden. Das Dekompressions-RAM 66 ist ein Direktzugriffstabellenspeicher, der eine Mehrzahl von Tabellen enthält, welche durch den Wert der Kompressionsvariable einzeln auswählbar sind. Jede Tabelle innerhalb des Dekompressions-ROM enthält einen Eintrag und einen zugeordneten dekomprimierten Intensitätswert, welcher den Wert der Ultraschalldaten vor ihrer Kompression darstellt, und daher eine linearere Beziehung mit dem Schallsignal, das von dem Scanner empfangen wird, darstellt. Der Mikroprozessor 52 findet dann den geeigneten Tabelleneintrag für den gegenwärtigen Wert der Variable INTENSITY und stellt die Variable INTENSITY auf die zugeordnete unkomprimierte Intensität ein, wie es in dem Verfahrensschritt 94 von Fig. 3C angezeigt ist. Der Wert der Variable INTENSITY stellt nun einen Intensitätspegel dar, der auf die Schalldaten linear bezogen ist, die von dem System Scanner empfangen worden sind.
Wie es aus den obigen Erklärungen gesehen werden kann, liefert das diagnostische Werkzeug der vorliegenden Erfindung Möglichkeiten zum Speichern von Informationen, die sich auf die Pegel der Abbildung, Kompression und Grauskalierung in einem Ultraschallbilderzeugungssystem beziehen, und dasselbe verwendet diese Informationen, um das Kompressions-, das Skalierungs- und das Abbildungsverfahren umzukehren, um Daten zu erhalten, die linear auf die Schallsignale bezogen sind, die von dem Systemwandler empfangen werden, ohne die Nichtlinearitäten, die eingeführt werden, wenn die Daten für ein Videoformat verarbeitet werden.

Zeit-Intensitäts-Kurven-Charakteristika

Die Verfahren zum Berechnen der Zeit-Intensitäts-Kurven-Charakteristika, wie sie vorher bezugnehmend auf den Verfahrensschritt 44 von Fig. 38 beschrieben wurden, werden detailliert nachfolgend beschrieben. Die Zeit-Intensitäts-Kurve, die aus der Operation Trace resultiert, kann durch das Gamma-Variate-Modell von Gleichung 1, die wie folgt lautet, beschrieben werden:
Gl. (1) Y = βte-αt
In Gleichung 1 ist Y die Amplitude der Kurve, β ist ein konstanter Skalierungsfaktor, t ist die Zeitvariable, e ist die Basis des natürlichen Logarithmus und Alpha (α) ist die inverse Zeitkonstante. Das Ableiten von Y bezüglich der Zeit resultiert in der folgenden Gleichung 2:
Gl. (2) tmax = 1/α
In der Gleichung 2 ist tmax gleich der Zeit, zu der die Spitze der Zeit-Intensitäts-Kurve auftritt. Das Einsetzen eines Werts tmax in die Gleichung 2 und das Einsetzen der Gleichung 2 in die Gleichung 1 resultieren in der nachfolgenden Gleichung 3, aus der der Spitzenwert der Zeit-Intensitäts-Kurve berechnet werden kann. Der Spitzenwert der Zeit-Intensitäts-Kurve ist in Fig. 4 als Pegel 100 gezeigt.
Gl. (3) P = β/αe
Anschließend wird die Fläche unter der Zeit-Intensitäts-Kurve unter Verwendung des Verfahrens der Integration nach Teilen berechnet, wobei der Wert von Y von Null nach Unendlich läuft, was in der nachfolgenden Gleichung 4 resultiert, aus der die Fläche unter der Zeit-Intensitäts-Kurve berechnet werden kann.
Gl. (4) A = β/α²
Der Wert von Alpha (α) kann bezüglich der Spitze und der Fläche ausgedrückt werden, wie es in der nachfolgenden Gleichung 5 dargestellt ist:
Gl. (5) α = e P/A
Die mittlere Übergangszeit kann bezüglich α ausgedrückt und aus der nachfolgenden Gleichung 6 berechnet werden. Die mittlere Übergangszeit ist durch das Intervall 102 in Fig. 4 bezeichnet.
Gl. (6) TT = 2,0/α
Die Übergangs-Halbzeit kann genauso bezüglich α ausgedrückt werden, wie es in der nachfolgenden Gleichung 7 gezeigt ist. Die Durchschnittsübergangshalbzeit ist durch das Intervall 104 in Fig. 4 dargestellt.
Gl. (7) T1/2 = 1,677/α
Es ist aus der obigen Erklärung offensichtlich, daß das Diagnostikwerkzeug der vorliegenden Erfindung nicht nur die Erzeugung einer Zeit-Intensitäts-Kurve der Durchschnittsschallintensität als Funktion der Zeit für eine spezifizierte Region eines zweidimensionalen Ultraschallbilds erlaubt, sondern daß dasselbe ebenfalls eine Analyse der Charakteristika der Kurve ermöglicht. Derartige Charakteristika sind bei der weiteren Interpretation der Zeit-Intensitäts-Kurvendaten nützlich.
Die Einstellung von Punkten, die die Zeit-Intensitäts-Kurve aufweist, kann einer Kurvenanpassungsteilroutine zugeführt werden, derart, daß Zwischendatenpunkte zwischen dem ursprünglichen Datensatz interpoliert werden können. Auf diese Art und Weise kann die Kurve als durchgezogene Linie gezeigt werden, um eine bessere Visualisierung der Kurve und ihrer Charakteristika zu ermöglichen.
Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel der Erfindung können viele Zeit-Intensitäts-Kurven gleichzeitig angezeigt werden, wie sie beispielsweise aus sequentiellen Operationen Trace resultieren können. Dieser Betriebstyp erlaubt es dem Betreiber, Kurven zu vergleichen, die von unterschiedlichen interessierenden Regionen erzeugt wurden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erlaubt der Farbtabellen-ROM 70, daß der Benutzer die Farbe des Ultraschallvideobilds basierend auf den Intensitätswerten der einzelnen Pixel manipuliert. Bei einer typischen Graustufenanzeige sind der rote, der grüne und der blaue Wert jedes Pixels gleichgesetzt. Durch Versetzen der Intensität einer oder mehrerer Farben gemäß der Veränderung des Pixelwerts können Farben erreicht werden, welche sich mit einer Intensitätsänderung der Pixel verändern. Ein solches Gerät ist beim Bestimmen von Intensitätsänderungen gegenüber der schattierten Grauskala bei herkömmlichen Ultraschallbilderzeugungsvorgängen nützlich. Die Farbtabelle 70 enthält eine Mehrzahl von Farbtabellen in der Form eines Direktzugriffstabellenspeichers. Auf die einzelnen Farbtabellen kann durch den Wert der Farbvariable zugegriffen werden, wie es durch den Benutzer spezifiziert wird. Irgendeine Änderung der Farbe, die an den Ultraschallvideodaten auftritt, wird nur von dem Anzeigeelement 18 verwendet und resultiert nicht in irgendeiner Skalierung oder in Nichtlinearitäten, die in die Bilddaten eingeführt werden. Demgemäß wird kein Verfahren oder keine Prozedur benötigt, um die Auswirkungen der Farbabbildung rückgängig zu machen, da dieselben weder in den Videodaten, die in dem Videoschleifenspeicher 64 gespeichert sind, noch in den Daten, die in dem Echtzeitpuffer 60 gespeichert sind, vorhanden sein werden.
Aus der obigen Offenbarung ist es offensichtlich, daß die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung ein Werkzeug zur quantitativen Messung und Anzeige des durchschnittlichen Schallsignals in einer spezifizierten Region eines zweidimensionalen Ultraschallbilds liefern, wobei ein solches Werkzeug in der Lage ist, auf herkömmliche Ultraschalldaten oder auf Ultraschalldaten mit integrierter Rückstreuung von entweder Echtzeitspeichern oder von einem Videoschleifenspeicher zu arbeiten.
Demgemäß ist es offensichtlich, daß die detaillierte Offenbarung lediglich beispielhaft gegeben wurde und nicht begrenzend sein soll. Verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen werden für Fachleute ohne weiteres offensichtlich sein, und dieselben können gewürdigt werden, ohne von der Idee und dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Obwohl eine Anwendung der Erfindung zur Verwendung bei der Echokardiographie dient, ist dieselbe beispielsweise nicht auf solche Anwendungen begrenzt und kann mit jeder Ultraschallbilderzeugungsanwendung verwendet werden. Ferner müssen die Systemvariablen, die hierin beschrieben sind, nicht direkt in dem Digitalverarbeitungsteilsystem 20 gespeichert und verarbeitet werden, sondern dieselben können in anderen Speichern innerhalb des Bilderzeugungssystems 10 (wie z. B. in einer optischen Platte, usw.) gespeichert werden, und dieselben können ebenfalls durch die Digitalsteuerung 16 sowie durch den Prozessor 52 verarbeitet werden. Es wird ferner für Fachleute ebenfalls offensichtlich sein, daß die Variablen und Schritte, die notwendig sind, um den Datentyp zu bestimmen, weggelassen werden können, wenn nur eine Art von Daten oder die andere erforderlich ist, wenn von einem Bilderzeugungssystem ausgegangen wird, das in der Lage ist, nur entweder integrierte Rückstreudaten oder herkömmliche Ultraschalldaten zu erzeugen.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur quantitativen Messung des Durchschnittsschallsignals in einer ausgewählten Region eines Ultraschallbilds (18), mit folgenden Merkmalen:

einer Quelle (60) von Bilddatenelementen, wobei jedes der Datenelemente einen Wert aufweist, der die Intensität eines Schallsignals nach einer Verarbeitung des Intensitätswerts in einer Verarbeitungseinrichtung (14, 54, 58, 72) darstellt;

einer Datenstruktur, die gemeinsam den Bilddatenelementen zugeordnet ist, wobei die Datenstruktur einen Typ und Pegel der Verarbeitung anzeigt, denen der Intensitätswert jedes Datenelements unterworfen wurde;

einer Einrichtung (52) zum Berechnen eines Durchschnittsintensitätswerts in der Form einer Intensitätsvariable aus dem Intensitätswert des Bilddatenelements, das der ausgewählten Region des Ultraschallbilds (18) entspricht;

einer Speichertabelle (66, 68), die durch die Datenstruktur auswählbar ist, wobei jeder Eintrag der Tabelle einem nicht verarbeiteten Intensitätswert zugeordnet ist;

einer Einrichtung (52) zum Gleichheitsprüfen des Durchschnittsintensitätswerts, der durch die Intensitätsvariable dargestellt ist, und eines Eintrags der ausgewählten Tabelle (66, 68) und zum Einstellen der Intensitätsvariable, die den Durchschnittsintensitätswert darstellt, gleich dem nicht verarbeiteten Intensitätswert, der dem gleichheitsgeprüften Eintrag zugeordnet ist; und

einer Einrichtung (18) zum Anzeigen des Durchschnittsintensitätswerts, der der modifizierten Intensitätsvariable entspricht.

2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine Graustufenvariable in der Datenstruktur anzeigt, ob eine Graustufenverarbeitung der Bilddatenelemente aufgetreten ist, und durch welchen einer Mehrzahl von Graustufenpegeln die Verarbeitung der Bilddatenelemente stattgefunden hat.

3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Speichertabelle (68) eine Direktzugriffsspeichertabelle ist, und bei der der nicht verarbeitete Intensitätswert, der jedem Tabelleneintrag zugeordnet ist, einen Wert aufweist, der eine Schallsignalintensität darstellt, die nicht einer Graustufenverarbeitung unterworfen worden ist.

4. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine Kompressionsvariable in der Datenstruktur anzeigt, ob eine Kompressionsverarbeitung der Bilddatenelemente aufgetreten ist, und durch welchen einer Mehrzahl von Kompressionspegeln die Verarbeitung der Bilddatenelemente stattgefunden hat.

5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Speichertabelle (66) eine Direktzugriffsspeichertabelle ist, und bei der der nicht verarbeitete Intensitätswert, der jedem Tabelleneintrag zugeordnet ist, einen Wert aufweist, der eine Schallsignalintensität darstellt, die nicht einer Kompressionsverarbeitung unterworfen worden ist.

6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Quelle von Bilddatenelementen einen Echtzeitspeicherpuffer (60) umfaßt.

7. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der jedes der Bilddatenelemente ein Bildelement aufweist, das einen Intensitätswert hat, der die Intensität eines Hüllkurven-erfaßten Schallsignals darstellt.

8. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der jedes der Bilddatenelemente ein Bildelement aufweist, das einen Intensitätswert hat, der die Intensität eines integrierten Rückstreuschallsignals darstellt.

9. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Quelle von Bilddatenelementen einen Videoschleifenspeicher (64) umfaßt.

10. Ein Verfahren zum qualitativen Messen des Durchschnittsschallsignals in einer Region eines Ultraschallbilds, mit folgenden Schritten:

a. Bereitstellen einer Quelle von Bilddatenelementen (30);

b. Auswählen einer Mehrzahl der Bilddatenelemente, die eine Region des Ultraschallbilds darstellen (32);

c. Spezifizieren von Zeitintervallen, in denen eine Durchschnittsschallintensität der ausgewählten Bilddatenelemente über einer Zeitdauer berechnet werden soll (34);

d. Berechnen eines Durchschnittsschallintensitätswerts aus den ausgewählten Bilddatenelementen (80) für jedes der Zeitintervalle;

e. Bestimmen, ob die Bilddatenelemente vorher durch eine Verarbeitungseinrichtung in ein Videoformat (82, 84, 90) verarbeitet worden sind;

f. umgekehrtes Verarbeiten des berechneten Durchschnittsschallintensitätswerts, um einen korrigierten Durchschnittsintensitätswert zu schaffen, der dem Durchschnitt des Intensitätswerts vor der Verarbeitung in der Verarbeitungseinrichtung entspricht;

g. graphisches Darstellen des korrigierten Durchschnittsintensitätswerts (42) als Funktion der Zeit; und

h. Wiederholen der Schritte d bis f, um eine Zeit-Intensitäts-Kurve (36) zu erzeugen.