DE69433497T2 - Ultraschallsystem zur Messung einer Strömung unter Verwendung des Puls-Dopplereffekts mit zweidimensionaler Autokorrelationsverarbeitung - Google Patents

Ultraschallsystem zur Messung einer Strömung unter Verwendung des Puls-Dopplereffekts mit zweidimensionaler Autokorrelationsverarbeitung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschalldiagnosesysteme, die die Strömung von Flüssigkeiten durch Impuls-Dopplerabfrage messen, und im Besonderen auf die Verarbeitung von Impuls-Doppler-Informationssignalen unter Verwendung zweidimensionaler Autokorrelation.
  • In der Patentschrift US 5.228.009 (Forestieri et al) werden ein Gerät und ein Verfahren zur Beseitigung von unerwünschten Störsignalen aus erwünschten Signalen beschrieben. Diese erfolgt ohne die Verwendung von Filtern durch Subtraktion orthogonaler Basisfunktionen von abgetasteten Signalen, bis der geeignete Grad der Störsignalbeseitigung erzielt ist. Schätzwerte von Doppler-Frequenzverschiebungen aufgrund der Flüssigkeitsströmung können mit einer besseren Unterscheidung zwischen echten Strömungssignalen und Quellen von Störsignalen oder Artefakten, einer größeren Empfindlichkeit für geringe Strömungsgeschwindigkeiten, einem minimalen Rechenaufwand und mit wenigen Abtastwerten erzielt werden.
  • Ultraschalldiagnosesysteme, die die Strömung von Flüssigkeiten durch Doppler-Abfrage messen, werden weit verbreitet für die Erfassung von medizinischen Patientendaten verwendet, die die Strömung von Blut und anderen Flüssigkeiten im Körper betreffen. Doppler-Strömungsmesssysteme können auf der Basis der angewendeten Technik der Ultraschallwellenübertragung beschrieben werden, die entweder kontinuierlich oder gepulst sein kann. Bei einem Dauerstrich-Dopplersystem wird eine Ultraschallwelle kontinuierlich zum Zielbereich übertragen. Zurückgesendete Echosignale werden bezüglich Phase oder Frequenz mit der übertragenen Welle verglichen, wobei die Verschiebung der Phase oder Frequenz proportional zur Geschwindigkeit des Ziels entlang der Übertragungsachse ist. Bei einem Impuls-Dopplersystem wird eine Folge von Ultraschallwellenimpulsen zum Zielbereich übertragen, und die relative Verschiebung der Phase oder Frequenz von einem Echo zu einem anderen wird berechnet und ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Die Doppler-Frequenzverschiebung fD ergibt sich aus der Doppler-Geschwindigkeitsgleichung
    Figure 00020001
    wobei fo die Frequenz der dem Ziel zugeführten Ultraschallwelle ist, V die Geschwindigkeit des Ziels ist, das das Echo erzeugte, θ der Winkel der Übertragungsachse zur Bewegungsrichtung des Ziels ist und C die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Impulses ist. Aus dieser Gleichung ist zu ersehen, das die Doppler-Frequenzverschiebung fD proportional zur Geschwindigkeit V des sich bewegenden Ziels ist.
  • Bei Impuls-Dopplersystemen werden die zurückgesendeten Echosignale im Allgemeinen nicht bezüglich der Phase oder Frequenz mit einem speziellen kontinuierlichen Bezugssignal verglichen. Stattdessen zeigen sich die Doppler-Frequenzinformationen selbst in der Wiederholung der übertragenen Impulse, die mit Abtastzeiten Ts übertragen werden und eine Wiederholfrequenz aufweisen, die als Impulsfolgefrequenz (pulse repetition frequency, PRF) bekannt ist. Eine Folge oder ein Ensemble von Impulsen erzeugt eine entsprechende Zeitfolge von Datenwerten für die Analyse. Zum Extrahieren der Doppler-Frequenzinformationen werden die empfangenen Echosignale in Abhängigkeit von Ts analysiert. Zwei übliche Prozessoren, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, sind Prozessoren, die mit schneller Fourier-Transformation und mit Autokorrelation arbeiten. Diese Prozessoren sind eindimensional, da die von jedem Abtastvolumen empfangenen Echos auf einen Datenwert pro Impulsintervall Ts reduziert werden. Beispiele für die Autokorrelationsverarbeitung von Doppler-Signalen sind in den US-amerikanischen Patentschriften 4.573.477, 4.905.206 und 4.930.513 aufgeführt.
  • Eine aktuelle Anwendung von Doppler-Messverfahren, die die Doppler-Signalverarbeitung intensiv nutzt, ist das Color-Flow-Mapping (Farbströmungsabbildung). Beim Color-Flow-Mapping wird ein Bereich des Körpers, beispielsweise das Herz, wiederholt durch Ultraschallwellen abgefragt, und die zurückgesendeten Echosignale werden verglichen, um die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes zu ermitteln. Diese Abfrage erfolgt über einen zweidimensionalen Sektor des Herzens, um die Strömungsgeschwindigkeiten an allen Strömungspunkten in dem Sektor, genannt Abtastvolumina, in dem gesamten abgefragten Bereich zu ermitteln. Die resultierenden Werte der Strömungsgeschwindigkeit werden dann in einem Farbbildformat als Funktion der Messposition angezeigt, wobei unterschiedliche Schattierungen und Intensitäten der Farbe die Blutströmung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen an jedem Punkt des Bildes darstellen, an dem die Strömung auftritt. Color-Flow-Mapping-Systeme bieten eine farbcodierte Echtzeitanzeige der mittleren axialen Geschwindigkeitskomponente der Strömung in jedem Abtastvolumen in dem Bild.
  • Zur Erzielung eines genauen Schätzwertes der Strömungsgeschwindigkeit in der oben aufgeführten Doppler-Geschwindigkeitsgleichung ist es wünschenswert, so genau wie möglich die Frequenz des übertragenen Impulses, fo, zu kennen. Da diese Frequenz die Mittenfrequenz des Impulses sein soll, die das Abtastvolumen tatsächlich echofrei macht, ist die Länge des übertragenen Impulses im Allgemeinen lang, woraus sich eine schmale, scharf definierte Bandbreite für den übertragenen Impuls ergibt. Dieses herkömmliche Schmalbandverfahren bei der Doppler-Signalübertragung steht jedoch im Widerspruch zu den Anforderungen der B-Mode-Bildgebung, bei der für eine gute axiale Auflösung und eine genaue Gewebesignaturidentifizierung große Bandbreiten mit hohem Frequenzgehalt gewünscht werden.
  • Es wurden einige Breitbandverfahren vorgeschlagen, um die oben genannte Unzulänglichkeit von Schmalband-Verarbeitungsverfahren zu umgehen. Bei diesen Verfahren wird die Axialgeschwindigkeit von beweglichen Zielen geschätzt, indem ein zweidimensionaler Datensatz der empfangenen Echosignale verwendet wird. Bei einem dieser Verfahren, das in den US-amerikanischen Patentschriften 4.803.990 und 4.928.698 beschrieben wird, wird im Zeitbereich gearbeitet, indem eine Kreuzkorrelation von aufeinander folgenden Echolinien durchgeführt wird, die schnell auf einer gemeinsamen Übertragungsachse erfasst werden. Bei diesem Verfahren wird nach dem Spitzenwert der Kreuzkorrelationsfunktion gesucht, die der besten Übereinstimmung der beiden Echolinien nach einer relativen Zeitverschiebung der beiden Linien entspricht. Dieses Verfahren ist zwar im Allgemeinen genau, wenn eine einzige Strömungsgeschwindigkeit erfasst wird, erzeugt jedoch falsche Spitzenwerte, wenn eine Anzahl unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeitskomponenten in dem Abtastvolumen vorliegt. Ein weiteres zweidimensionales Verfahren ist in den US-amerikanischen Patentschriften 4.930.513 und 5.048.528 dargelegt, bei dem aufeinander folgende Echolinien mittels zweidimensionaler Fourier-Transformation verarbeitet werden. Eine zweidimensionale Matrix aus Echodaten wird einer Fourier-Transformation als Funktion der Doppler-Frequenz und der Hochfrequenz unterzogen, um eine Matrix aus diskreten Fourier-Transformations-Abtastpunkten in dem Frequenzbereich zu erhalten. In diesem Fourier-Frequenzbereich werden Doppler-Spektralkomponenten mit konstanter Geschwindigkeit als radiale Linien dargestellt, und die transformierten Echos werden als im Allgemeinen elliptische Streuung von Abtastpunkten abgebildet. Zur Be rechnung der Geschwindigkeit erfolgt eine radiale Projektion durch die Hauptachse der elliptischen Streuung der Punkte, wobei der Winkel der radialen Projektion der Geschwindigkeit des Ziels zugeordnet wird. Das Verfahren der zweidimensionalen Fourier-Transformation ist zwar ein Breitbandverfahren, aber auch rechenintensiv, ein Nachteil bei wirtschaftlichen Echtzeitsystemen. Außerdem erfordert das Fourier-Verfahren zusammengesetzte Schätzungen, nämlich eine Fourier-Transformation gefolgt von einer radialen Projektion im Fourier-Raum.
  • Weitere Breitband-Verarbeitungsverfahren, die in der Literatur beschrieben werden, sind Schätzfunktionen für die maximale Wahrscheinlichkeit, die auf einem signalangepassten Filterverfahren basieren, das alle in dem Signal vorliegenden Geschwindigkeiten berücksichtigt; Interpolationsverfahren, die auf einem Modell der erwarteten Korrelation zwischen den Hochfrequenz-Echolinien und ein paar gemessenen Abtastintervallen beruhen, um die mittlere Zeitverschiebung zu schätzen; und winkelunabhängige Geschwindigkeitsschätzverfahren.
  • Breitband-Impulsverfahren unterliegen zwei weiteren Phänomenen, die zu Ungenauigkeit bei der Schätzung der Doppler-Frequenzverschiebung führen können. Das eine ist die Dämpfung von höheren Übertragungsfrequenzen in Abhängigkeit von der Gewebetiefe. Diese Dämpfung des Gehalts höherer Frequenzen von empfangenen Echos mit zunehmender Tiefe kann zu einer kontinuierlichen Verschiebung der Mittenfrequenz der empfangenen Echos hin zu niedrigeren Frequenzen führen, und zwar in Abhängigkeit von der Tiefe, von der sie empfangen wurden. Ein zweites Phänomen ist auf die Kohärenz von Ultraschallwellen zurückzuführen. Echos, die von Streuern in der Nähe des Zielbereichs zurückgesendet werden, können sich destruktiv überlagern und zur Beseitigung von Komponenten des empfangenen Signalspektrums führen. So können Komponenten mit der Mittenfrequenz aufgehoben werden, wodurch das Spektrum der empfangenen Echosignale verzerrt oder verändert wird. Ein Doppler-Verarbeitungssystem sollte Mittel zur genauen Bestimmung der tatsächlichen Mittenfrequenz der von dem Abtastvolumen ausgehenden Echosignale bei jedem unterschiedlichen Abtastvolumen im Color-Flow-Mapping umfassen, trotz der Auswirkungen dieser Phänomene.
  • Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird ein Verarbeitungsverfahren für Impuls-Doppler-Echoinformationen geschaffen, das eine erhöhte Genauigkeit bei der Breitband-Impulsübertragung aufweist. Eine Anzahl von Impulsen wird mit regel mäßigen Abtastintervallen Ts zu einem Abtastvolumen übertragen, und die empfangenen Linien mit Echosignalen werden in Abhängigkeit von der Tiefe abgetastet, gespeichert und in einem zweidimensionalen Matrixformat verarbeitet, wobei die eine Dimension der Tiefe entspricht und die andere Dimension den Impulsintervallen entspricht. Anschließend wird eine zweidimensionale Autokonelation in diesen beiden Dimensionen an der Matrix durchgeführt. Die Autokorrelationsverarbeitung in der Dimension der Tiefe ergibt eine Korrelationsfunktion, die sich auf die mittlere Mittenfrequenz fc der Echos des Abtastvolumens bezieht, und die Autokorrelationsverarbeitung in der Dimension des Impulsintervalls ergibt eine Korrelationsfunktion, die sich auf die mittlere Doppler-Frequenzverschiebung fD bezieht. Die mittlere axiale Geschwindigkeit wird dann geschätzt, indem die analytisch abgeleiteten Werte von fC und fD in die Doppler-Geschwindigkeitsgleichung eingesetzt werden. Das Verfahren nutzt vorteilhaft Autokorrelationsfunktionen, die wirksam auf die Doppler-Geschwindigkeitsschätzung angewendet werden, und überwindet die Unzulänglichkeit des Verfahrens im Zeitbereich, nämlich die falsche Schätzung der Geschwindigkeitsspitzenwerte. Im Vergleich zu den Autokorrelationsverfahren nach dem Stand der Technik bietet das vorliegende Verfahren ein besseres Leistungsvermögen bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten, eine bessere zeitliche und räumliche Auflösung und eine verbesserte Rauschempfindlichkeit.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Dopplersystems mit zweidimensionaler Autokorrelationsverarbeitung;
  • 2 die räumliche Anordnung von Abtastvolumina in einer Abtastebene eines Schallkopfes;
  • 3 eine zweidimensionale Matrix komplexer Abtastwerte mit Echoinformationen von einer Anzahl von Abfrageimpulswiederholungen; und
  • die 4a und 4b Signalabtastwert-Matrixfenster, die eine unterschiedliche räumliche und zeitliche Auflösung schaffen, wenn die Verarbeitung erfindungsgemäß erfolgt.
  • Die Autokorrelationsverarbeitung ist seit einigen Jahren ein primäres Verfahren zur Schätzung von Doppler-Frequenzverschiebungen, das im Color-Flow-Mapping eingesetzt wird. Die Autokorrelationsverarbeitung wird oft bei dem rechenintensiven Color-Flow-Mapping dem spektralen Schätzverfahren mit schneller Fourier-Transformation (engl. fast Fourier transform, FFT) vorgezogen, das lange Zeit in Doppler-Messsystemen vor der Einführung des Color-Flow-Mapping eingesetzt wurde. Die Prinzipien der Autokorrelationsverarbeitung von Doppler-Signalen sind gut bekannt. Ein Schmalband-(Langzeit-) Ultraschallimpuls wird zu einem Ziel oder einem diskreten Abtastvolumen innerhalb des Körpers übertragen. Das von dem Abtastvolumen zurückgesendete Echosignal wird empfangen und normalerweise zu I- und Q-Quadraturkomponenten demoduliert. Auf diese Übertragungs-/Empfangsfolge folgt eine Anzahl ähnlicher Folgen, die von der ersten Folge und voneinander durch Zeitintervalle TS getrennt sind; die Frequenz der Impulse mit den Intervallen TS ist die Impulsfolgefrequenz (engl. pulse repetition frequency, PRF). Die Gruppe von zu einem speziellen Abtastvolumen übertragenen Impulsen wird ein Ensemble genannt, und die Anzahl von Impulsen in der Gruppe wird hier als Ensemblelänge bezeichnet. Die Signale von dem Abtastvolumen werden dann durch eindimensionale Autokorrelation in der Reihenfolge verarbeitet, wie sie empfangen wurden. Wird die empfangene Folge durch tief gestellte Indices dargestellt, ergibt sich
    I1, Q1 I2, Q2 I3, Q3 ... In, Qn
  • Die Autokorrelation wird dann durch Multiplikation benachbarter Abtastwerte in der Folge in konjugiert-komplexer Form und Addition der Produkte durchgeführt, um ein Ergebnis in Form von I' + jQ' zu erzielen. Mathematisch kann der Vorgang folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00060001
    wobei Xk = Ik + jQk und n die Anzahl der Abtastwerte in der Folge ist. Aus dem komplexen Ergebnis wird die Doppler-Phasenverschiebung ØD als Arkustangens des Quotienten von Q' und I' oder
    Figure 00060002
    berechnet. Die Doppler-Frequenzverschiebung fD wird durch Division der Phasenverschiebung ØD durch das Produkt des Impulsintervalls TS und 2π ermittelt. Die Geschwindigkeit des Ziels wird dann aus der Doppler-Geschwindigkeitsgleichung geschätzt, indem der Schätzwert für fD verwendet und angenommen wird, dass fo die Mittenfrequenz der übertragenen Impulse ist.
  • Die Verwendung der eindimensionalen Autokorrelationsverarbeitung ist jedoch ungenau und in mancher Hinsicht einschränkend. Schmalband-Übertragungsimpulse von langer Dauer werden eingesetzt, um möglichst weitgehend eine Äquivalenz zwischen der Impulsübertragungsfrequenz und der Frequenz der vom Zielbereich ausgehenden Echoimpulse aufrecht zu erhalten. Dadurch kann der Annahme minimaler Glauben geschenkt werden, dass fo gleich der Impulsfrequenz ist, die das Ziel tatsächlich echofrei macht. Aufgrund der tiefeabhängigen Dämpfung nehmen die höherfrequenten Komponenten des Echosignals und die Mittenfrequenz der empfangenen Echosignale jedoch kontinuierlich ab, wenn die Echos aus immer größerer Tiefe empfangen werden. Auch bei geringen Tiefen kann das Band der Echofrequenzen Unregelmäßigkeiten des Signalinhalts aufgrund der kohärenten Interferenz von Signalkomponenten aufweisen, die gleichzeitig von einer Anzahl von Streuern im Zielbereich zurückgesendet werden. Diese Faktoren widerlegen die Annahme der Gleichheit der Wandlerfrequenz und der das Ziel echofrei machenden Frequenzen, die tatsächlich das Abtastvolumen erreichen. Wenn Breitbandimpulse mit höherer Frequenz für eine größere Auflösung oder die Kompatibilität mit Bilddarstellungsimpulsverfahren eingesetzt werden, verschlimmert sich das Dilemma. Da die Impulse verkürzt werden und ihre Bandbreite größer wird, nimmt die Genauigkeit des eindimensionalen Autokorrelators ab. Ferner nimmt das Leistungsvermögen der eindimensionalen Autokorrelation unter Rauschbedingungen erheblich ab, insbesondere bei kleinen Frequenzverschiebungen, die einer geringen Strömungsgeschwindigkeit entsprechen. Außerdem hängt die Genauigkeit der eindimensionalen Autokorrelation von der Verwendung einer bedeutenden Anzahl von Abtastwerten ab, die über eine gleiche Anzahl von Impulsintervallen TS erfasst werden. Wenn die Anzahl der Abtastintervalle reduziert wird, nimmt die Genauigkeit des Verfahrens entsprechend ab. Dadurch werden das Leistungsvermögen und die Flexibilität der Bildfrequenz bzw. Zeilendichte des Color-Flow-Mapping-Systems beschränkt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung überwindet diese Einschränkungen, indem eine zweidimensionale Matrix aus Signalabtastwerten für ein Abtastvolumen anstelle einer einzigen Folge von Abtastwerten erfasst wird. Die beiden Dimensionen der Matrix sind die Tiefe oder die Abtastintervallrichtung der Echosignale und die Impulszeit, die Richtung der Zeitintervalle TS. Es werden zwei Autokorrelationsberechnungen durchgeführt, eine in jeder dieser orthogonalen Dimensionen der Matrix aus Signalabtastwerten. Die Autokorrelation in der Dimension Impulszeit ergibt eine auf die Doppler-Frequenz bezogene Autokorrelationsfunktion, und die Autokorrelation der Dimension Tiefe ergibt eine auf die Frequenz der empfangenen Echosignale bezogene Autokorrelationsfunktion. Die beiden empirisch ermittelten Frequenzen werden dann bei der Doppler-Geschwindigkeitsschätzung verwendet, um einen Schätzwert der Bewegungsgeschwindigkeit in dem gegebenen Abtastvolumen zu ergeben.
  • Im Gegensatz zu dem eindimensionalen Autokorrelationsverfahren werden bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Breitbandübertragungsimpulse benutzt, die mit den üblicherweise in der Ultraschall-Bildgebung verwendeten Impulsen kompatibel sind. Da eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vollständigen Informationen nutzt, die in der Bandbreite des empfangenen Echosignals enthalten sind, verbessert sich ihr Leistungsvermögen mit zunehmender Bandbreite. Statt einen konstanten Wert für die Impulse echofrei machende Frequenz anzunehmen, schätzt die Autokorrelation in der Dimension Tiefe die wahre Mittenfrequenz der von dem betreffenden Abtastvolumen empfangenen Echosignale empirisch. Diese Schätzung berücksichtigt jegliche von der Tiefe abhängige Frequenzabnahme oder Aushebung kohärenter Signalkomponenten. Außerdem schafft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine bessere Leistung bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und eine bessere Rauschempfindlichkeit im Vergleich zur entsprechenden eindimensionalen Autokorrelation. Ferner kann die Form des Fensters mit Matrixabtastwerten verändert werden, wie es weiter unten ausführlicher erläutert wird, um einen Leistungskompromiss bei der Bildfrequenz gegenüber der axialen Auflösung zu bieten und gleichzeitig eine konstante Doppler-Genauigkeit aufrechtzuerhalten.
  • In mathematischer Hinsicht lässt sich die vorliegende Erfindung folgendermaßen beschreiben: Ein Zielbereich wird durch eine Anzahl übertragener Impulse mit einem Folgeintervall TS abgefragt. Die Linie der nach jeder Impulsübertragung zurück gesendeten Echosignale wird mit Abtastintervallen ts entweder im Hochfrequenzbereich oder nach der Demodulation abgetastet. Jede Linie mit Abtastwerten wird als eine Spalte eines zweidimensionalen Matrixspeichers parallel zu den vorher empfangenen Linien gespeichert. Die Zeilen werden in Abhängigkeit von der Tiefe ausgerichtet, so dass eine Reihe mit Abtastwerten über die Spalten hinweg einer gemeinsamen Tiefe entspricht. Diese Entsprechung kann erzielt werden, indem eine konstante Beziehung zwischen den Abtastzeiten und der Tiefe der zurück gesendeten Echos für jede Linie aufrechterhalten wird. Die zweidimensionale Matrix aus Abtastwerten hat somit die orthogonalen Dimensionen Zeilenabtastintervalle ts und Impulsfolgeintervalle TS.
  • Die Matrix ist vertikal in zwei oder mehr Fenster mit Abtastwerten unterteilt, die dem gewünschten Abtastvolumen oder den Volumina entsprechen. Das Abtastvolumen wird somit durch die zweidimensionale Matrix von Abtastwerten in dem Fenster definiert, das als vertikale Dimension der Abtastwerte die Tiefe und als horizontale Dimension die Anzahl der über die Impulsfolgeintervalle TS erfassten Linien aufweist. An den Abtastwerten des Abtastvolumenfensters werden dann zwei orthogonale Autokorrelationen in den beiden Dimensionen vorgenommen, um die mittlere Mittenfrequenz fc des empfangenen Echosignals und die mittlere Doppler-Frequenzverschiebung fD am Abtastvolumen zu berechnen. Bei den Autokorrelationen werden folgende Operationen durchgeführt:
    Figure 00090001
    wobei ts der Autokorrelationsabstand in der vertikalen oder Tiefendimension und TS der Autokorrelationsabstand in der horizontalen oder Ensemblezeitdimension ist. Jede resultierende Autokorrelationsfunktion kann in komplexer Schreibweise sowohl mit realen als auch mit imaginären Termen ausgedrückt werden.
  • Die Echomitten- und Doppler-Frequenzen werden dann geschätzt, indem der Arkustangens des Quotienten der betreffenden imaginären und realen Terme der Korrelationsfunktionen dividiert durch das betreffende Abtastintervall berechnet werden:
  • Figure 00090002
  • Die Bewegungsgeschwindigkeit in Richtung der Impulsübertragung am Abtastvolumen wird dann geschätzt, indem fC und fD in die Geschwindigkeitsgleichung v = c·fD/2·fC eingesetzt werden. Falls gewünscht kann eine Winkelkorrektur in der Schätzung der achsenfernen Geschwindigkeit verwendet werden, wie es in der Technik gut bekannt ist.
  • Wird das erfindungsgemäße Verfahren auf demodulierte Signale angewendet, muss die Demodulationsfrequenz fdem zu der gemessenen mittleren Hochfrequenz addiert werden, um der Demodulationsfrequenzverschiebung von fdem Rechnung zu tragen. Die vollständige Geschwindigkeitsgleichung sähe dann folgendermaßen aus: ν = {c/2}·{tan–1[Im(RTs)/Re(RTs)]/Ts}/{(2π⨍dem + tan–1[Im(Rts))/Re(Rts)]/ts}
  • Ein erfindungsgemäßes Ultraschallsignal-Verarbeitungssystem ist als Blockschaltbild in 1 dargestellt. Ein Schallkopf 10, der einen Wandler 10a mit mehreren Elementen enthält, überträgt Ultraschallimpulse in einen Sektorbereich 26 des Körpers eines Patienten. Ein Treiber 12 betätigt die einzelnen Elemente des Wandler zu vorher festge legten Zeitpunkten, die von der Impulszeitsteuerschaltung 15 bestimmt werden, zur Übertragung von Impulsen mit den gewünschten Frequenzen, Längen und Impulsformen, wie sie von dem Impulsformer 13 bestimmt werden. Die Eigenschaften der Impulsformung und Impulszeitsteuerung werden so von einem Strahlenbündler 16 gesteuert, dass die Impulse die geeignete Form aufweisen und auf vorher festgelegten Linien oder Vektoren in den Sektor 26 gelenkt werden. 2 stellt einen räumlichen Vektor Vn dar, auf dem Impulse übertragen werden, um eine Folge von Abtastvolumina C1, C2, C3 ... Cn echofrei zu machen, die räumlich auf diesem Vektor liegen.
  • Von den Abtastvolumina in Reaktion auf jede Impulsübertragung zurück gesendete Echos werden vom Wandler 10a in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Echosignale werden von einem Empfänger 14 verstärkt und zu diskreten Echoabtastwerten digitalisiert. Die digitalisierten Echosignale werden von dem Strahlenbündler 16 in geeigneter Weise verzögert, gewichtet und verknüpft, um eine sequentielle Linie kohärenter Echoinformationsabtastwerte auf dem Vektor Vn in Reaktion auf jeden übertragenen Impuls zu bilden.
  • Die von dem Strahlenbündler 16 erzeugten Echoinformationsabtastsignale sind anfangs hochfrequent. Die Informationen werden von einem Demodulator und Filter 18 in komplexe Form umgewandelt und auch in einen niedrigeren Frequenzbereich demoduliert. Es ist anzumerken, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf demodulierte Doppler-Informationssignale oder nicht demodulierte (Hochfrequenz-)Dopplerinformationssignale angewendet werden können, indem die analytische (komplexe) Form des HF-Signals verwendet wird; die Anwendung der Demodulation in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch die Anforderungen der Datenhandhabung und andere Betrachtungen diktiert, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehören. Da die Strömungsgeschwindigkeitsinformationen oft durch Artefakte der Gewebebewegung und relative Bewegungseffekte zwischen dem Körper und dem Schallkopf kontaminiert sind, wird die Folge von Echoinformationsabtastwerten anfangs durch einen Prozessor mit Wandfilter und Bewegungseliminierung 20 verarbeitet. Einzelheiten über den Prozessor mit Wandfilter und Bewegungseliminierung sind in der US-amerikanischen Patentschrift 5.197.477 beschrieben.
  • Jede Linie mit auf einem räumlichen Vektor Vn erfassten Echoinformationsabtastwerten wird in einer vertikalen Spalte eines zweidimensionalen Matrixspeichers 22 gespeichert. Ein Teil der Linienfolge von Abtastwerten kann durch ein tiefenabhängiges Bereichsauftastsignal, das den Matrixspeicher aktiviert, als ein eindeutiges Abtastvolumen ermittelt werden, und die aufgetasteten Abtastsignale werden durch einen I,Q-Abtasttakt in den Speicher 22 getaktet. Die verschiedenen Linien im Speicher 22 werden horizontal in Abhängigkeit von der Tiefe ausgerichtet, so dass jede horizontale Reihe über die Spalten hinweg Abtastwerten entspricht, die auf dem Vektor Vn in derselben Tiefe erfasst wurden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die vollständige Linie mit Abtastwerten gespeichert und später in Abtastvolumenbereiche unterteilt, die die Ausrichtung nach der Tiefe erfolgt durch die Abtastung jeder zurück gesendeten Linie mit denselben tiefenabhängigen Abtastzeiten.
  • Die vom Vektor Vn durch getrennte Impulse Pm erfassten Abtastwerte werden in dem zweidimensionalen Matrixspeicher 22 gespeichert, wie es in 3 dargestellt ist. Der Speicher 22 entspricht insofern räumlich und zeitlich dem Vektor Vn, als die vertikale Dimension des Speichers der Tiefe entlang dem Vektor und die horizontale Dimension des Speichers den Impulsinsonifizierungen des Vektors entspricht. In diesem Beispiel wurden acht Linien durch die Übertragung von acht Impulsen nummeriert von P1 bis P8 erfasst. Die Spalte von I- und Q-Abtastwerten unter jeder Impulsnummer stellt die Abtastwerte dar, die für die spezielle Linie erfasst wurden. Die Impulse wurden mit den Impulsintervallen TS übertragen. Die Abtastwerte in jeder Spalte nach unten, die mit zunehmender Tiefe z auf dem Vektor Vn erfasst wurden, wurden durch einen Abtasttakt t erfasst, durch den jeder nachfolgende Abtastwert zeitlich durch die Abtastperiode ts von dem vorhergehenden Abtastwert getrennt wird.
  • 3 zeigt einen Teil des zweidimensionalen Matrixspeichers 22, der in benachbarte Abtastvolumina unterteilt wurde. Ein Teil der Abtastwerte der Abtastvolumina C1 und C3 ist dargestellt, und die gesamte Teilmatrix mit Abtastwerten, die das Abtastvolumen C2 beinhaltet, ist dargestellt. Jeder Abtastwert weist eine I- und eine Q-Komponente mit den gleichen tief gestellten Indices in der Form Iyx, Qyx auf, wobei y die Linienabtastzeit (mit den Intervallen ts) und x die Impulsnummer (m von Pm) bezeichnet.
  • Die Ränder der Abtastvolumina sind zwar so dargestellt, als wären sie benachbart, es versteht sich jedoch von selbst, dass die Abtastvolumina so unterteilt sein können, dass sie sich überlappen. So könnten beispielsweise die oberen acht Abtastwerte in der Matrix aus 3 das Abtastvolumen C1, die unteren acht Abtastwerte das Abtastvolumen C3 und die mittleren acht Abtastwerte das Abtastvolumen C2 umfassen (das sich somit mit der unteren Hälfte von C1 und der oberen Hälfte von C3 überlappt). Bei der in 3 dargestellten Unterteilung ist das Abtastvolumen C2 ein zweidimensionales Fenster mit Ab tastwerten, das als vertikale Dimension die Tiefe und als horizontale Dimension die Impulszeit aufweist. Das C2-Fenster ist hier eine 8 × 8-Matrix aus vierundsechzig Abtastwerten.
  • Die Abtastwerte des C2-Fensters werden dazu verwendet, die Strömungsgeschwindigkeit am Abtastvolumen C2 zu schätzen, indem eine zweidimensionale Autokonelation durchgeführt wird. Ein Reihenautokorrelator 32 wird auf die Abtastwerte im C2-Fenster angewendet, um eine Autokorrelationsfunktion für die Doppler-Frequenzverschiebung zu ermitteln, die folgendermaßen ausgedrückt wird:
    Figure 00120001
    wobei WL die Länge des C2-Fensters (ausgedrückt als Allgemeinfall, CL) in der Dimension Tiefe und EL die Anzahl der Abtastwerte in der Zeit oder die Dimension Ensemblelänge ist. Der Index k zählt die Impulse, die in Richtung des Vektors vn übertragen werden, und der Index i zählt die Abtastwerte in der Dimension Tiefe des Abtastvolumens CL.
  • Auf die gleiche Weise wird ein Zeilenautokorrelator 34 auf die vierundsechzig Abtastwerte in dem C2-Fenster angewendet, um eine Autokorrelationsfunktion für die Impulsfrequenz des Abtastvolumens zu ermitteln. Diese zweite Autokonelation kann folgendermaßen ausgedrückt werden:
    Figure 00120002
    Im Wesentlichen bildet der Reihenautokorrelator 32 Produkte aus benachbarten oder gleichmäßig voneinander entfernten Abtastwerten in jeder horizontalen Reihe der Matrix, wobei die Anzahl derartiger Produkte pro Reihe um Eins geringer ist als die Anzahl der verwendeten Abtastwerte. Die Produktterme jeder Reihe werden addiert, und diese Summen werden von allen Reihen gesammelt, um eine erste Autokorrelationsfunktion aufzustellen. In entsprechender Weise bildet der Zeilenautokorrelator 34 Produkte von benachbarten oder gleichmäßig voneinander entfernten Abtastwerten in jeder vertikalen Spalte der Matrix, wobei die Anzahl derartiger Produkte pro Spalte um Eins geringer ist als die Anzahl der verwendeten Abtastwerte. Die Produktterme jeder Spalte werden addiert, und diese Summen werden von allen Spalten gesammelt, um eine zweite Autokorrelationsfunktion aufzustellen. Falls gewünscht können die den Autokorrelatoren zugeführten Signalabtastwerte gewichtet werden, um die Reaktion weiter zu formen, beispielsweise durch eine stärkere räumliche Gewichtung der Abtastwerte zur Mitte des Fensters hin als derjenigen an den äußeren Rändern.
  • Jede Autokorrelationsfunktion ist in komplexer Form I + jQ mit sowohl einem realen als auch einem imaginären Term. Im Geschwindigkeitsprozessor 36 werden die Doppler-Frequenzverschiebung fD und die Echomittenfrequenz fC berechnet, indem der Arkustangens des Quotienten der imaginären und realen Terme dividiert durch das entsprechende Abtastintervall errechnet wird: ⨍D = tan–1{Im(RD)/Re(RD)}/(2πTs) und ⨍C = tan–1{Im(Rz)/Re(Rz)}/(2πts)Ausgehend von diesen Frequenzwerten schätzt der Geschwindigkeitsprozessor 36 die Geschwindigkeit am Abtastvolumen C2 aus v = c·fD/2fC. Der geschätzte Geschwindigkeitswert für das Abtastvolumen C2 wird dann für die nachfolgende Verarbeitung und Bilddarstellung zur Verfügung gestellt.
  • Es kann für gewisse Anwendungen wünschenswert sein, dass die Autokorrelationen für Verschiebungen höherer Ordnung als den einfachen Abtastwertabstand berechnet werden. Der verallgemeinerte Ausdruck für Verschiebungen höherer Ordnung bei der Bestimmung der Doppler-Frequenzverschiebung lautet:
    Figure 00130001
    wobei der Term P den inkrementellen Abstand für Verschiebungen höherer Ordnung darstellt. Der Ausdruck für die Berechnung der Impulsfrequenz mit einer Verschiebung höherer Ordnung würde entsprechend das zusätzliche Inkrement in der Dimension Tiefe aufweisen.
  • Bei der herkömmlichen eindimensionalen Autokorrelationsgeschwindigkeits-Schätzfunktion wird die Genauigkeit der Schätzung hauptsächlich durch die Anzahl der Impulse in dem Impulsensemble bestimmt, das das Abtastvolumen abfragt. Jeder Impuls und jeder daraus folgende Abtastwert fügt einen weiteren Abtastwert zu der Folge von Abtastwerten hinzu, für die die Autokorrelation durchgeführt wird. Eine Zunahme der Anzahl der Impulse in dem Ensemble verbessert die Genauigkeit; eine Abnahme der Anzahl der Impulse verringert die Genauigkeit. Eine erhöhte Genauigkeit ist jedoch mit einer längeren Erfassungszeit verbunden und führt zu langsameren Bildfrequenzen.
  • Bei der zweidimensionalen Autokorrelationsverarbeitung kann jedoch ein Kompromiss bei der zeitlichen und räumlichen Auflösung gefunden werden, ohne dass die Genauigkeit der Geschwindigkeitsschätzung leidet. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Genauigkeit durch die Anzahl der Abtastwerte in dem Abtastvolumenfenster bestimmt wird und nicht nur durch die Impulsensemblelänge. Somit kann die Form des Fensters optimal an spezielle anwendungsspezifische Anforderungen angepasst werden. In den 4a und 4b sind zwei unterschiedliche Abtastwertfenster für ein Abtastvolumen C dargestellt. Das in 4a gezeigte Abtastwertfenster enthält vier Abtastwerte in jeder Zeile in der Dimension Tiefe und wurde in acht Linien in Reaktion auf acht Impulsübertragungen erfasst. Das in 4b gezeigte Abtastwertfenster enthält acht Abtastwerte in der Dimension Tiefe und wurde in vier Impulsintervallen erfasst. Ein Color-Flow-Map bestehend aus Abtastvolumenfenstern wie in 4a gezeigt bietet eine größere räumliche Auflösung als die in 4b gezeigte Ausführung, da die Abtastlänge in der Dimension Tiefe geringer ist. Ein Color-Flow-Map bestehend aus Abtastvolumenfenstern wie in 4b gezeigt bietet eine größere zeitliche Auflösung als die in 4a gezeigte Ausführung, da weniger Impulse übertragen werden, woraus sich eine höhere Bildfrequenz ergibt. In jedem Fall wurde ein Kompromiss gefunden, der entweder die räumliche oder die zeitliche Auflösung favorisiert. Die Genauigkeit der Geschwindigkeitsschätzung ist in jedem Fenster jedoch gleich, da die Anzahl der Abtastwerte in jedem Fenster konstant ist.
  • Das zweidimensionale Autokorrelationsverfahren der vorliegenden Erfindung kann eine verbesserte Genauigkeit und Rauschleistung im Vergleich zur herkömmlichen eindimensionalen Doppler-Autokorrelation bieten, da das erfindungsgemäße Verfahren die vollständigen Informationen nutzt, die in der Bandbreite der empfangenen Echosignale vorliegen. Im Gegensatz zur eindimensionalen Autokorrelation verbessert sich die Genauigkeit und Rauschleistung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung bei Impulsen mit größerer Bandbreite. Im Vergleich zur zweidimensionalen Fourier-Transformation ist das zweidimensionale Autokorrelationsverfahren weniger rauschempfindlich, erfordert keine zwei aufeinander folgenden Schätzungen (Fourier-Transformation und anschließende radiale Projektion) und erfordert einen geringeren Rechenaufwand. Dementsprechend ist es besser für Color-Flow-Mapping und M-Mode-Doppler-Anwendungen geeignet als andere Verfahren nach dem Stand der Technik.
  • Dem Fachkundigen ist ersichtlich, dass alternative Analyseverfahren auf die zweidimensionale Matrix aus Abtastwerten aus den 3, 4a oder 4b angewendet werden können, um Schätzwerte der Hochfrequenz- und Doppler-Frequenzverschiebungsterme zu berechnen. Es könnte beispielsweise ein Analyseverfahren eingesetzt werden, das die momentane Phasenverschiebung von einem Abtastwert zum nächsten in der Matrix berechnet, beispielsweise durch Messen der momentanen Phase bei jedem Abtastwert, Ermitteln der Differenzen zwischen benachbarten Abtastwertphasen in jeder Reihe, Akkumulieren der Differenzen und Bilden des Mittelwerts der Akkumulation, um einen Schätzwert der Doppler-Verschiebung zu berechnen. Auf die gleiche Weise werden die Differenzen zwischen benachbarten Abtastwertphasen in jeder Spalte ermittelt, diese Differenzen akkumuliert und ihr Mittelwert gebildet und ein Schätzwert der Hochfrequenz berechnet. Die Schätzwerte aus der Matrix von Doppler-Verschiebung und Hochfrequenz werden dann in die Geschwindigkeitsgleichung eingesetzt, um eine Geschwindigkeit an dem Abtastvolumen zu berechnen, von dem die Matrix aus Abtastwerten erfasst wurde. TEXT IN DER ZEICHNUNG Figur 1
    Pulse shaper Impulsformer
    Driver Treiber
    pulse timing Impulszeitsteuerung
    receiver Empfänger
    beam former Strahlenbündler
    range Bereich
    demod. & filter Demodulator und Filter
    wall filter motion eliminate Wandfilter und Bewegungseliminierung
    I, Q sample clock I-, Q-Abtasttakt
    image processing & Bildverarbeitung
    scan conversion Abtastsignalumwandlung
    row autocorrelator Reihenautokorrelator
    line autocorrelator Zeilenautokorrelator
    2D array store 2D-Matrixspeicher
    Figur 2
    scanhead Schallkopf
    Figur 3
    depth Tiefe

Claims (20)

  1. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem zum Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit an einem Abtastvolumen eines Körpers durch Dopplerschätzung, das Folgendes umfasst: Mittel (10) zum wiederholten Echofreimachen (Insonifizieren) des genannten Abtastvolumens (26) mit Impulsen von Ultraschallwellen, Mittel (10, 14, 16, 22) zum Erfassen von Ultraschall-Echoinformationen, in Abhängigkeit von der Insonifizierungstiefe innerhalb des genannten Abtastvolumens, genannt erste Dimension, und in Abhängigkeit von der Insonifizierungswiederholung von einer Vielzahl von Insonifizierungen des genannten Abtastvolumens, genannt zweite Dimension, Mittel (32, 34) zum Durchführen einer zweidimensionalen Autokonelation der genannten Ultraschall-Echoinformationen, die der genannten Tiefe und der genannten Insonifizierungswiederholung entsprechen, und Mittel (36), die auf die genannten Autokorrelationsmittel reagieren und einen Schätzwert der Geschwindigkeit erzeugen.
  2. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die genannten zweidimensionalen Autokorrelationsmittel (32, 34) so ausgelegt sind, dass sie Autokorrelationsfunktionen erzeugen, die sich auf die Dopplerfrequenz (fD) und die Insonifizierungswellenfrequenz (fC) beziehen.
  3. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeitsschätzmittel (36) so ausgelegt sind, dass sie die genannten Autokorrelationsfunktionen der Dopplerfrequenz (fD) und der Insonifizierungswellenfrequenz (fC) bei der Erzeugung der Geschwindigkeitsschätzung nutzen.
  4. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Abfragen eines Feldes innerhalb des Körpers, wobei die Mittel (10, 14, 16, 22) zum Erfassen von Ultraschall-Echoinformationen so ausgelegt sind, dass sie eine zweidimensionale Matrix von Ultraschallecho-Abtastwerten erfassen, die einer Position innerhalb des genannten Feldes zugeordnet sind, wobei die erste Dimension der Tiefe innerhalb des Körpers von Echoabtastwerten entspricht, die über die Zeit in Reaktion auf einen übertragenen Ultraschallimpuls empfangen werden, und die zweite Dimension Echoabtastwerten entspricht, die in Reaktion auf eine Vielzahl von über die Zeit übertragenen Impulsen empfangen werden, die Mittel (34) zum Durchführen einer zweidimensionalen Autokorrelation so ausgelegt sind, dass sie die Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix in der genannten ersten Dimension durchführen, um eine erste Korrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Echofrequenz bezieht, die Mittel (32) zum Durchführen einer zweidimensionalen Autokorrelation so ausgelegt sind, dass sie die Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix in der genannten zweiten Dimension durchführen, um eine zweite Korrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Doppler-Frequenzverschiebung bezieht, und die auf die genannten Autokorrelationsmittel reagierenden Mittel (36) auf die genannten Autokorrelationsfunktionen reagieren, indem sie die Bewegungsgeschwindigkeit an der genannten Position bestimmen.
  5. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 4, das so ausgelegt ist, dass es Breitband-Übertragungsimpulse nutzt.
  6. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 5, das ferner Mittel (18) zum Umwandeln der empfangenen Echosignale in analytische Form umfasst.
  7. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 6, wobei die genannten Erfassungsmittel ferner Mittel (34) zum Erfassen von Ultraschallechoabtastwerten in der genannten ersten Dimension umfassen, die durch Linienabtastintervalle (ts) getrennt sind, und Mittel (32) zum Erfassen von Ultraschallechoabtastwerten in der genannten zweiten Dimension umfassen, die durch Impulsfolgeintervalle (Ts) getrennt sind.
  8. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 7, wobei die genannten Autokorrelationsmittel für die erste Dimension so ausgelegt sind, dass sie einen Autokorrelationsabstand von Linienabtastintervallen (ts) nutzen, und wobei die genannten Autokorrelationsmittel für die zweite Dimension so ausgelegt sind, dass sie einen Autokorrelationsabstand von Impulsfolgeintervallen (Ts) nutzen.
  9. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Abfragen eines Feldes innerhalb des Körpers, das Folgendes umfasst: Mittel (10, 14, 16, 22) zum Erfassen einer zweidimensionalen Matrix von Ultraschall-Echoabtastwerten, die zu einer Position in dem genannten Feld gehören, wobei eine erste Dimension der Tiefe in dem genannten Feld und eine zweite Dimension der Ensemblelänge einer Vielzahl von zu der genannten Position übertragenen Impulsen entspricht, Mittel (34) zum Durchführen einer Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix in der genannten ersten Dimension, um eine erste Korrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Echofrequenz bezieht, Mittel (32) zum Durchführen einer Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix in der genannten zweiten Dimension, um eine zweite Korrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Doppler-Frequenzverschiebung bezieht, und Mittel (36), die auf die genannten Autokorrelationsfunktionen reagieren, um die Bewegungsgeschwindigkeit an der genannten Position zu bestimmen.
  10. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 9, wobei die genannten Erfassungsmittel ferner Folgendes umfassen: Mittel zum Erfassen von Ultraschall-Echoabtastwerten in Abhängigkeit von der Tiefe mit den Abtastintervallen (ts) und Mittel zum Erfassen von Ultraschall-Echoabtastwerten in der genannten zweiten Dimension mit Zeitintervallen (Ts), die das genannte Impulsensemble trennen.
  11. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 10, wobei die genannten Autokorrelationsmittel (34) für die erste Dimension einen ersten Autokorrelationsabstand (ts) nutzen und wobei die genannten Autokorrelationsmittel (32) für die zweite Dimension einen zweiten Autokorrelationsabstand (Ts) nutzen.
  12. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Abfragen eines Feldes innerhalb des Körpers, das Folgendes umfasst: Mittel (10, 14, 16, 22) zum Erfassen einer zweidimensionalen Matrix von Ultraschall-Echoabtastwerten, die zu einer Position in dem genannten Feld gehören, wobei Spalten mit Abtastwerten der genannten Matrix der Tiefe in dem genannten Feld und Reihen mit Abtastwerten der genannten Matrix der Ensemblelänge einer Vielzahl von zu der genannten Position übertragenen Impulsen entsprechen, Mittel (34) zum Durchführen einer Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix durch Bilden von Produkten der Abtastwerte mit gleichem Abstand in jeder Spalte und Addieren der genannten Produkte, um eine Autokorrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Echofrequenz bezieht, Mittel (32) zum Durchführen einer Autokorrelation der genannten Abtastwerte der genannten Matrix durch Bilden von Produkten der Abtastwerte mit gleichem Abstand in jeder Reihe und Addieren der genannten Produkte, um eine zweite Autokorrelationsfunktion zu erzielen, die sich auf die Doppler-Frequenzverschiebung bezieht, und Mittel (36), die auf die genannten Autokorrelationsfunktionen reagieren, um die Bewegungsgeschwindigkeit an der genannten Position zu bestimmen.
  13. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 12, wobei die genannten Erfassungsmittel ferner Folgendes umfassen: Mittel zum Erfassen von Ultraschall-Echoabtastwerten in Abhängigkeit von der Tiefe mit den Abtastintervallen (ts) mit gleichmäßigem Abstand und Mittel zum Erfassen von Ultraschall-Echoabtastwerten in den genannten Reihen mit Zeitintervallen (Ts) mit gleichmäßigen Abstand, die das genannte Impulsensemble trennen.
  14. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei die genannten Erfassungsmittel ferner Mittel (16) zum relativen Gewichten der genannten Abtastwerte vor der Autokorrelation umfassen.
  15. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 14, wobei die genannten Gewichtungsmittel den Abtastwerten in der Mitte der genannten Matrix eine relativ größere Gewichtung zuordnen.
  16. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 13, wobei der genannte gleichmäßige Abstand zwischen den Abtastwerten eines der genannten Autokorrelationsmittel einer Verschiebung höherer Ordnung bewirkt als der entsprechende Abstand zwischen den Abtastwerten der genannten Erfassungsmittel.
  17. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit an einem Abtastvolumen in einer Tiefe in dem Körper durch Doppler-Schätzung, das Folgendes umfasst: Mittel (10) zum wiederholten Echofreimachen des genannten Abtastvolumens mit Impulsen von Ultraschallwellen, Mittel (10, 14, 16, 22) zum Erfassen einer zweidimensionalen Matrix von Ultraschall-Echoabtastwerten in Abhängigkeit von der Tiefe und der Insonifizierungszeit von den genannten wiederholten Insonifizierungen des genannten Abtastvolumens, Mittel (34) zum analytischen Bearbeiten der genannten Matrix mit Abtastwerten in der Dimension, die die Insonifizierungszeit darstellt, um einen Schätzwert der Doppler-Frequenzverschiebung zu erzielen, Mittel (32) zum analytischen Bearbeiten der genannten Matrix mit Abtastwerten in der Dimension, die die Tiefe darstellt, um einen Schätzwert der Frequenz der echofrei machenden Impulse zu erzielen, und Mittel (36) zum Nutzen der genannten Doppler-Frequenzverschiebung und der Frequenz der echofrei machenden Impulse, um einen Geschwindigkeitsschätzwert zu berechnen.
  18. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 17, wobei mindestens eines der genannten analytisch arbeitenden Mittel Phasenverschiebungsinformationen in ihrer Dimension berechnen.
  19. Impulsecho-Ultraschallverarbeitungssystem nach Anspruch 18, wobei jede der genannten analytisch arbeitenden Mittel Phasenverschiebungsinformationen in einer anderen orthogonalen Dimension der genannten Matrix mit Abtastwerten berechnen.
  20. Ultraschalldiagnosegerät, das ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 19 enthält.
DE69433497T 1993-10-25 1994-10-13 Ultraschallsystem zur Messung einer Strömung unter Verwendung des Puls-Dopplereffekts mit zweidimensionaler Autokorrelationsverarbeitung Expired - Fee Related DE69433497T2 (de)

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