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BEREICH DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Verbesserung bei der Detektion vor Ultraschallkontrastmitteln
durch Ultraschalluntersuchungssysteme, und insbesondere auf die
Detektion und Ausnutzung von Ultraschallsignalen, herrührend aus
der Benutzung von Kontrastmitteln mit beschichteten Mikroblasen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Aus dem US Patent Nr. A-5.040.537
ist bereits ein Verfahren und eine Anordnung zum Liefern eines Kontrastmittels
an einer bestimmten Stelle einer Schlagader (Herzkranzschlagader)
bekannt. Dieses Mittel ist verpackt innerhalb feiner Kapseln. Die Kapseln
werden in einer Flüssigkeit
im Zustand von Emulsion verteilt und werden in eine Ader eines Patienten
eingeführt.
Die Kapseln bewegen sich durch das System des Patienten hindurch
fort und insbesondere durch die Herzkranzschlagader. Ein externer
mechanischer Stoßwellengenerator,
wobei ein Sender extern auf der Haut des Patienten angeordnet wird,
wird dabei benutzt zum Zuführen
eines mechanischen Stoßes
in der Nähe
der Herzkranzschlagader zum Erzeugen einer Wellenfront ausreichenden
Drucks zum Zerbrechen der genannten Kapseln in der selektierten
Herzkranzschlagader. Die Kapseln bestehen aus fettem Säureester
oder Lezithin mit einem Material, wie Wasserstoffbikarbonatsoda,
das Gas erzeugt, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Wenn die mechanische
Stoßwelle ausgelöst wird,
werden viele Gasblasen in dem Blut in der selektierten Schlagader
erzeugt.
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Eine B-Mode Ultraschallanordnung
wird benutzt zum Erzeugen eines Bildes der Schlagader auf Basis
der durchaus bekannten sektoriellen Abtastung. Die vielen Gasblasen
dienen als Reflektoren zum Intensivieren des Echobildes der Schlagader. Die
Kapseln, die durch die durch den mechanischen Stoß verursachte
Welle nicht zerplatzt worden sind, bleiben in der Form von Kapseln
in dem Butsystem des Patienten, wodurch im Vergleich zu dem von
Mikroblasen schwächere
Echos erzeugt werden und deswegen hat der resultierende Echograph
das Bild nur der Herzkranzschlagader selektiv intensiviert. Die
Strömungsgeschwindigkeit
des Blutes in der genannten Herzkranzschlagader kann durch einen Standard-Doppler-Geschwindigkeitsmesser
gemessen werden. Es ist wichtig zu bemerken, dass laut dem genannten
Dokument, die B-Mode-Ultraschallanordnung und der Doppler-Geschwindigkeitsmesser ein
Sperrsignal liefern, geschaffen von einem Zeitregler, das gleichzeitig
mit dem Stoßwellentriggersignal
ansteigt und nach einer bestimmten Zeitlänge abfällt. Während der aktiven Periode des
Sperrsignals werden die B-Mode-Anordnung und der Doppler-Geschwindigkeitsmesser
gesperrt, um ihre interne Wiedergabespeicher einzuschreiben. Folglich
gestattet die durch das genannte Dokument beschriebene Anordnung
nicht das Echosignal zu detektieren zu einem Zeitpunkt der Zerstörung der
Kapseln. Ein spezielles Merkmal der Ausführungsform des genannten Dokumentes
D1 ist, dass die mechanische Stoßwelle zu einer geeigneten
Periode des Herzimpulses ausgelöst
werden muss, damit vermieden wird, dass der Patient darunter leidet
oder dadurch geschadet wird. Die Auslösung wird von dem Zeitcontroller
gesteuert, der ebenfalls das Sperrsignal steuert.
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Aus EP-A-022644 ist ebenfalls bereits
ein Ultraschallverfahren bekannt zum Schätzen der Strömungsgeschwindigkeit
des Blutes durch Messung der Verlagerung von Flecken.
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Bekannt ist ebenfalls aus dem US
Patent Nr. A-5.135.000 ein Verfahren zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit
von Schlagaderblut unter Verwendung eines als Lichtspurkugel bezeichneten Produktes,
das sich in der Schlagader fortbewegt. Um die Echointensitätsfunktionen
zu verbessern wird der Hintergrundwert gemessen, bevor das Produkt eingeführt wird
und hinterher wird der gemessene Wert von dem detektierten Echointensitätswert subtrahiert,
geschätzt
in dem Gebiet der Schlagader. Die mittlere Durchgangszeit der Lichtkugel
und des Blutvolumens werden in dem betreffenden Gebiet geschätzt, wodurch
es möglich
ist, eine quantitative Messung der Blutströmung durchzuführen.
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Aus dem US Patent Nr. A-5.255.683
ist ebenfalls bereits die Verwendung eines Kontrastmittels bekannt,
das aus Mikroblasen besteht, mit einer Größe der Größenordnung von roten Blutkörperchen oder
kleiner. Solche Mikroblasen gehen durch die Lungen in die Schlagadern
bei einer intravenösen
Injektion und erreichen folglich Organgewebe ohne die Notwendigkeit
einer Schlagaderkatheterisierung. Die Anzahl Kontrastmicroblasen
aber, die Organggewebe nach einer intravenösen Injektion erreichen, ist unzureichend
um seriös
die zerstreute Intensität
zu vergrößern. Außerdem wird
die Streuintensität
ebenfalls minimiert durch Dämpfung
wegen des Körpergewebes
in dem Raum zwischen dem Ultraschallwandler und den untersuchten
Geweben. Die Absicht dieses Dokumentes ist, die Durchdrängung oder
Verteilung von Blutlieferung innerhalb von Körpergewebe unter Anwendung
einer Schätzung
der Strömungsgeschwindigkeit
von Blut aus der Verlagerung von Butkörperchen zu studieren, verbessert
durch Kontrastmittel auf Basis der Schätzung von Änderungen durch die Fortbewegung
der genannten Kontrastmittel. Statt der Änderungen in der Streuintensität zur Bewertung
der relativen Durchdrängung,
benutzt dieses Dokument Änderungen
in einer Frequenzcharakteristik. Insbesondere lehrt dieses Dokument,
das Gewebe während
einer ersten Periode ohne Kontrastmittel und danach in einer zweiten
Periode mit Kontrastmittel in dem Gewebe zu bewerten um eine erste
und eine zweite Frequenzcharakteristik von Ultraschallenergie während der
ersten und der zweiten Periode zu detektieren zum Erhalten von Basis-Frequenzdaten
und von Frequenzdaten nach der Einführung, die dann benutzt werden
zum Erhalten einer Angabe des Vorhandenseins des Kontrastmittels
in dem Gewebe.
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Das Patent EP-A-0081045 beschreibt
eine Ultraschall-Diagnoseanordnung mit Mitteln zum Liefern eines
Doppler-Phasenverschiebungssignals zum erhalten der Strömungsgeschwindigkeit
von Blut.
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Das US Patent Nr. 5.172.343 beschreibt
ein Ultraschallsystem, wobei Phasenanordnung-Sektorabtastung angewandt
wird zum Schätzen
von Phasenfehlern durch Kreuzkorrelation, als eine Funktion von
einem Strahlwinkel. Diese Funktion wird Fourier-transformiert zum
Erzeugen von Phasenkorrektur.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ultraschalluntersuchungsbilderzeugungssysteme
sind im Stande /können
die Physiologie innerhalb des Körpers
auf eine völlig
nichtverbreitende Weise in Bild zu bringen und zu messen. Ultraschallwellen
werden von der Oberfläche
der Haut in den Körper
hineingesendet und werden an Gewebe und an Zellen in dem Körper reflektiert.
Die reflektierten Echos werden von dem Ultraschallwandler empfangen
und verarbeitet zum Erzeugen eines Bilder oder einer Messung vom
Blutstrom. Dabei ist Diagnose möglich
ohne in den Körper
des Patienten einzudringen.
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Stoffe, bekannt als Kontrastmittel,
können aber
in den Körper
eingeführt
werden zur Verbesserung der Ultraschalldiagnose. Kontrastmittel
sind Stoffe, die stark auf Ultraschallwellen reagieren, so dass
sie durch Reflexion einen größeren Teil
einer ausgestrahlten Ultraschallwelle als Echo reflektieren. Ein
Stoff, der sich als Ultraschallkontrastmittel besonders nützlich erwiesen
hat, ist Luft, in Form kleiner Blasen, die als Mikroblasen bezeichnet
werden. Luftblasen sind starke Reflektoren von Ultraschallenergie,
und zwar wegen des Unterschieds in Widerstand zwischen Luft und
dem Material, in dem die Blasen suspendiert worden sind. Zum Einführen von
Luft in den Körper
auf eine Art und Weise, die dem Patienten nicht schadet, und in
einer Form, in der die Luft durch den Körper geht und auf natürliche Art
und Weise abgeführt
wird, wird in Lösungen
Luft in Form winziger Mikroblasen suspendiert.
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Mikroblasen-Kontrasmittel sind nützlich zur Bilderzeugung
beispielsweise des Gefäßsystems,
da das Kontrastmittel in die Blutbahn injiziert werden kann und
mit dem Blutkreislauf durch die Adem und Schlagadern des Körpers gehen
wird, bis sie in den Nieren und in der Leber gefiltert werden.
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Ein Typ eines Mikroblasen-Kontrastmittels, das
zur Zeit untersucht wird, umfasst beschichtete Mikroblasen. Die
Mikroblasen des Kontrastmittels sind mit einer dünnen biologisch zerlegbaren
Polymerschicht oder Polymerhülle
bedeckt. Die Mikroblasen haben einen Durchmesser zwischen 0,1 und
4,0 μm und
eine spezifische Dichte von etwa 1/10 der Dichte von Wasser. Die
beschichteten Mikroblasen werden in einer wässerigen Lösung suspendiert zum Einflößen in die
Blutbahn.
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Beschichtete Mikroblasen bieten den
Vorteil, dass sie in dem Körper
eine bestimmte Periode lang stabil sind, da die Polymerhülle die
Mikroblase präserviert.
Die Größe der Mikroblasen
ist derart gewählt worden,
dass die Eigenschaft der Resonanz der beschichteten Mikroblasen
erhalten wird, wenn diese einer Ultraschallenergie ausgesetzt werden.
Die Resonanz der Mikroblasen lässt
sich durch Ultraschall-Doppler-Abfragung
relativ einfach detektieren.
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Bei relativ hohen Schalldruckamplituden kann
die Reaktion der Mikroblasen auf Ultraschallenergie weiterhin nicht
linear werden, wodurch die Hüllen
zerbrechen. Diese akustisch ausgelöste Zerlegung und das Zusammenfallen
der Mikroblasen erzeugt eine B-Mode Reaktion hoher Amplitude und eine
starke Doppler-Reaktion
und ein charakteristisch klares Muster in der Farb-Doppler-Mode.
Folglich ist Farb-Doppler die bevorzugte Modalität geworden zum Detektieren
des Kollapses der Hohlkörper von
Kontrastmitteln aus beschichteten Mikroblasen.
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Der Kollaps der beschichteten Mikroblasen in
Reaktion auf einen Ultraschallimpuls ist ein aber plötzliches,
meistens augenblickliches Geschehen. Die Echoreaktion der Destruktion
der Mikroblasenhülle
wird nur nach der einzelnen Doppler-Welle vorhanden sein, wodurch die Hülle kollabiert.
Bei Farb-Doppler-Untersuchung, was durch Untersuchung des Patienten
mit einer Reihe von Ultraschallimpulsen erfolgt, wird das Ergebnis
des Mikroblasenbruchs während
der Doppler-Untersuchungsperiode vorhanden sein. Die Erfinder haben
nun gefunden, dass während
Farb-Doppler auf
effektive Weise dieses Geschehen detektieren kann, diese Übergangsreaktionen
verwirrend ähnlich
sein können,
wie die Reaktion von Gewebe, das sich innerhalb des Körpers verlagert,
oder die Bewegung durch den Prüfkopf
selber. Diese Umstände
können
unerwünschte
Dopplerbildfehler, die als "Flash" bezeichnet werden verursachen,
und zwar so genannt wegen des plötzlichen
Blitzes der Doppler-Farbe, erzeugt durch den Prüfkopf oder durch Gewebebewegung.
Blitz-Bildfehler werden meistens vor der Farbflussverarbeitung aus
den Dopplersignalen entfernt und diese Entfernung kann auch die
Signale eliminieren, die von kollabierenden Blasen erhalten worden sind.
Es wäre
wünschenswert
imstande zu sein, das Ergebnis eines Mikroblasenzusammenbruchs auf eine
Art und Weise zu detektieren, wobei die Zerstörung der Mikroblase deutlich
unterschieden werden kann von Signalen, verursacht durch eine Bewegung.
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Entsprechend den Grundlagen der vorliegenden
Erfindung wird ein Ultraschalluntersuchungsystem geschaffen zum
Detektieren des Zusammenbruchs aus bedeckten Mikroblasen bestehender
Kontrastmittel. Nach dem Einbringen des Kontrastmittels in den Körper wird
ein Gebiet des Körpers
mit den Kontrast-Mikroblasen einer Ultraschallenergie ausgesetzt,
die ausreicht zum Zerstören
der Mikroblasen in der Bahn der Ultraschallwellen. Akustische Energie
ausgehend von der Mikroblasenzerstörung wird von einem Ultraschallwandler empfangen
und die resultierenden Signale werden durch Amplitudendetektion
der empfangenen Signalwellenform detektiert. Die von einer nachfolgenden Ultraschallausstrahlung
empfangenen Echos werden auf dieselbe Art und Weise empfangen und
die Signale von den beiden Empfangsperioden werden auf Raumbasis
differenziert. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Signale
der zweiten Empfangsperiode von denen der ersten Empfangsperiode
subtrahiert. Diese Differenzierung wird im Prozess der Nachverarbeitung
mit Schwellenbildung, die Signale darlegen, die von der Mikroblasenzerstörung herrühren unter
Ausschließung
anderer Signale. Eine nützliche
Anwendung von Detektion des Mikroblasenzusammenbruchs ist eine Aberrationskorrektur,
wodurch die Signale einzelner Kanäle eines Ultraschallstrahlerzeugungssystems
zur kohärenten
Timing miteinander verglichen werden und wobei die Zeitverzögerungen
der Kanäle
des Strahlerzeugungssystems eingestellt werden zum Ausgleichen der
Aberrationen in dem Ultraschall-Übertragungsmedium.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Ultraschalluntersuchungssystems zum Detektieren
der Zerstörung
beschichteter Mikroblasen nach der vorliegenden Erfindung,
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2a, 2b und 2c je eine Wellenform, zur Erläuterung
des Vorteils von Amplitudendetektion der Zerstörung von Mikroblasen,
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3 eine
Darstellung einer Aberrationskorrektur einer Ultraschallstrahlerzeugungssystems durch
Detektion der Zerstörung
von Mikroblasen; und
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4 eine
darstellung von Strahlerzeugungssignalen, die typisch sind für die Aberrationskorrekturanordnung
nach 3.
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BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist
ein Blockschaltbid eines Ultraschalluntersuchungssystems dargestellt,
konstruiert nach den Grundlagen der vorliegenden Erfindung. Ein
Ultraschallprüfkopf
umfasst eine Anordnung von 12 Ultraschallwandler, die Ultraschallenergie
ausstrahlen und empfangen. Während
der Ausstrahlung steuert ein Ultraschallstrahlerzeugungssystem 16 die Zeit
der Aktivierung der einzelnen Elemente der Anordnung 12 und
aktiviert die Wandler-Impulsgeber eines Sender/Empfängers 14
zu den geeigneten Zeitpunkten zum Auslösen des Wandlerelementes, so dass
ein gesteuerter und fokussierter Ultraschallstrom erzeugt wird.
Während
des Empfangs werden Ultraschallechos, die von den Wandlerelementen empfangen
werden, durch einzelne Empfänger
des Sender/Empfängers
14 empfangen und zu einzelnen Kanälen des Strahlerzeugungssystems 16 gekoppelt,
in dem die Signale auf geeignete Art und Weise verzögert und
danach kombiniert werden zum Bilde einer Folge kohärenter Echosignale über die
Tiefe des Empfangs in dem Körper
des Patienten.
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Die kohärenten Echosignale werden von
einem I,Q-Demodulator 18, der Quadratur I- und Q-Signalanteile
erzeugt, quadratur demoduliert. Die demodulierten Signalanteile
werden danach von einem Umhüllendendetektor 20 amplitudendetektiert.
Die detektierten Signale werden von einem Filter 22 gefiltert
zum Entfernen von Störungen
und anderen irrelevanten Signalanteilen. Eine erste derartige Folge detektierter
Echosignale wird zur späteren
Verwendung durch ein Impuls-zu-Impuls-Differenzierungs-Hilfssystem 24 gespeichert.
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Eine zweite Folge wird aus derselben
Richtung und auf dieselbe Art und Weise empfangen wie die erste
Folge. Wenn die ausgestrahlten Impulse eine ausreichende Intensität haben
um zu verursachen, dass alle beschichteten Mikroblasen in der Bahn
der Ultraschallstrahlen zerstört
werden, und wenn die Impulse über
dieselbe Strecke in relativ schneller Aufeinanderfolge ausgestrahlt
werden, wird der erste Impuls dafür sorgen, dass die beschichteten
Mikroblasen zerplatzen, wodurch akustische Wellen zu der Wandleranordnung
zurückgesendet
werden, wo die Wellen von dem System empfangen und verarbeitet werden.
Wenn der zweite Impuls eine relativ kurze Zeit danach ausgestrahlt
wird, werden von denselben Stellen, an denen durch den ersten Impuls Mikroblasen
zerstört
wurden keine Signale ausgestrahlt. Die zweite Folge von Echosignalen
wird dann mit Hilfe des Impuls-zu-Impuls-Differenzierungshilfssystems
auf Raumbasis von den Signalen der ersten Folge subtrahiert. Echos,
die von dem ortsfesten Gewebe in der Bahn der beiden Strahlen zurückgeworfen
werden, werden nahezu auf gleiche Weise in den beiden Folgen reproduziert
und werden durch Subtraktion rückgängig gemacht.
Die Signale aber, die während
der ersten Folge von Mikroblasenzerstörungsvorgängen empfangen wurden, werden
nicht durch entsprechende Signale in der zweiten Folge rückgängig gemacht.
Die Ergebnisse des Subtrhierprozesses werden mit einem Schwellenpegel
verglichen, der von einer Schwellenschaltung 26 geliefert wird,
wodurch geringfügige
Variationen von Echos, die von Gewebe und strömenden Flüssigkeiten in den beiden Folgen
empfangen wurden, eliminiert werden, wodurch nur die Signale der
Mikrowellenzerstörungsvorgängen zurückkehren.
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Die detektierten Mikroblasenzerstörungsvorgänge können weiterhin
verschiedenartig verarbeitet und wiedergegeben werden. Eine Art
und Weise zum Wiedergeben dieser Information auf Basis der Anzahl
Vorgänge,
die in einer bestimmten Zeit in einem bestimmten Gebiet des Körpers aufgetreten
sind. In 1 liegt hinter
dem Impuls-zu-Impuls-Differenzierungssystem 24 ein Vorgängezähler 28,
der Mikroblasenzerstörungsvorgänge in jeder
Strahlstrecke in dem abgetasteten Gebiet zählt und die Frequenz solcher
Vorgänge
berechnet. Das Auftreten einer wesentlichen Anzahl Vorgänge in einer
Zeitperiode wird durch Hervorhebung des entsprechenden Gebietes eines
Bildes des Körpers
mit Bildhelligkeit oder Farbe angegeben. So kann beispielsweise
das Mikrblasenkontrastmittel in die Blutbahn eines Patienten einge spritzt
werden und ein Gebiet des Gefäßsystems,
wie des Herzens, kann auf diese Art und Weise überwacht werden. Wenn das Kontrastmittel
in das Herz hineinströmt,
wird die Ultraschallabtastung mit der Zerstörung der Mikroblasen anfangen
und die Herzkammern, in die das Kontrastmittel einströmt, wird
in Helligkeit oder in Farbe hervorgehoben. Ein zusammengesetztes
Bild, entsprechend dem, bei dem ein Farbstrom dargestellt wird,
kann erzeugt werden, wobei ein strukturelles Bild des Herzens mit
Farbe überlegt
wird, wodurch die Frequenz der Mikroblasenzerstörungsauftritte in dem dargestellten
Gebieten des Herzens räumlich
dargestellt wird.
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Eine andere Wiedergabe ist diejenige,
bei der jeder auftritt des Mikroblasenzerstörungsvorgangs in dem Bild wiedergegeben
wird. Da diese Vorgänge
aber im Wesentlichen augenblickliche Vorgänge sind, wird eine Echtzeitwiedergabe
zu sehr flüchtig
um als Diagnose Bedeutung zu haben. Um diese zu berücksichtigen
ist ein Bildbehaltungshilfssystem 30 vorgesehen, das dafür sorgt,
dass jeder wiedergegebene Vorgang in einem Bild einige Zeit beibehalten wird.
Obschon ein einzelner Vorgang in Reaktion auf einen einzelnen Ultraschallimpuls
auftritt, bleibt der detektierte Vorgang in dem Bild wesentlich
länger
behalten. Ein Benutzer steuert die Beibehaltungszeit, die von einigen
Zehntel einer Sekund bis zu mehr als eine Sekunde reicht, als bevorzugtes
Diktat. Die beibehaltene Vorgangswiedergabe kann als zunehmende
Helligkeit oder Farbe moduliert werden und kann mit einem strukturellen
Bild überdeckt
werden, wie oben bereits erwähnt.
Der Vorgängezähler 28 und das
Bildbeibehaltungshilfssystem 30 können zusammen für eine beibehaltene
Bildwiedergabe auf Basis der Auftrittsfrequenz benutzt werden, oder
die beiden können
abwechselnd und einzeln benutzt werden. In beiden Fällen wird
die räumlich
definierte Vorgangsinformation einem Abtastwandler 40 zugeführt, wo die
Information in ein gewünschtes
Bildformat gebracht wird und gewünschtenfalls
unter ein strukturiertes (B-Mode) Bild gelegt wird, und das resultierende
Bild am einer Wiedergabeeinrichtung 50 wiedergegeben wird.
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Der Grund, weshalb Amplitudendetektion der
Mikroblasenzerstörungsvorgänge gegenüber Doppler-Signalverarbeitung
bevorzugt wird, kann anhand der 2a, 2b und 2c näher
erläutert
werden. 2a zeigt eine
Wellenform 60, wobei eine empfangene Doppler-Wellenform
aus der Bewegung von Gewebe innerhalb des Körpers entsteht, wie Bewegung
der Herzwand. Die Punkte A und B auf der Wellenform bezeichnen zwei
Punkte in der Zeit, an denen die Phase der Wellenform abgetastet
wird.
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2b zeigt
eine zweite empfangene Doppler-Wellenform 60', die an denselben
zwei Punkten in der Abtastzeit entsprechend den Punkten dass A und B
abgetastet wird. Diese Zeitausrichtung bedeutet, dass die zweite
Wellenform 60' nicht an den auf der Wellenform dargestellten
Punkten A und b abgetastet wird, sondern an den punkten A' und B'.
Es ist ersichtlich, dass es eine wesentliche Phasendifferenz des Dopplersignals
gibt zwischen den A-Abtastwerten und den B-Abtastwerten der beiden
Wellenformen.
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Wenn aber die Umhüllende der Doppler-Wellenformen 60 und 60' detektiert
werden, werden die Umhüllenden 62 und 62' erscheinen,
wie in 2c angegeben.
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In dieser Figur sind die Wellenformumhüllenden
im Vergleich zu einem Bezugswertpegel VR dargestellt. 2c zeigt, dass eine Ganzwellen-Umhüllendendetektion
der Wellenformen 60 und 60' verursacht, dass die
Abtastwerte an den punkten A und B eine geringfügige Amplitudendifferenz aufweisen, und
dass es zwischen den Amplituden der Umhüllenden 62 und 62' zu
dem Abtastzeitpunkten A und B eine geringfügige Differenz gibt. Folglich
werden die scharfen Wellenformphasendifferenzen an den Punkten A
und B nicht als Mikroblasenzerstörungsvorgänge erkannt
werden, wenn Amplitudendetektion angewandt wird zum Detektieren
solcher Auftritte. Die Differenz, erforderlich zum Detektieren eines
Mikroblasenzerstörungsvorgangs
ist eine wesentliche Amplitudendifferenz zwischen den Umhüllendenpegeln
zu den betreffenden Abtastzeitpunkten. Auf diese Weise lassen sich
durch Detektion von Mikroblasenzerstörungsvorgängen mit Hilfe einer phasenunempfindlichen
Technik wie eine Umhüllendendetektion,
die Vorgänge
unzweideutig detektieren.
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Der akustische Impuls, herrührend aus
einem Mikroblasenzerstörungsvorgang
kann von dem Diagnosensystem adaptiv benutzt werden zum Einstellen
der Zeitbestimmung des Strahlerzeugungssystems für Aberrationen, die von dem
Medium erzeugt werden, durch das die Ultraschallwellen sich fortpflanzen.
In 3 ist die Wandleranordnung 12 des
Prüfkopfes 10 dargestellt,
die einen Ultraschallstrahl in den Körper eines Patienten sendet.
Das Profil BP des Ultraschallstrahls ist durch gestrichelte Linien
angegeben, die von der Wandleranordnung 12 herrühren. Wenn
die von den Elementen der Anordnung herrührenden Ultraschallwellenanteile
durch den Körper
des Patienten laufen, gehen sie durch verschiedene Schichten 92, 94 von
Haut, Muskeln, Fett, und anderen Arten von Gewebe. Echos, die von Gewebeschnittstellen
herrühren
kehren durch dieselben Schichten zu der Senderanordnung zurück. Obschon
herkömmlicherweise
vorausgesetzt wird, dass Ultraschallwellen mit einer vorbestimmten,
festen Geschwindigkeit (beispielsweise 1540 m/s) sich durch Gewebe
fortpflanzen, ist dies in der Praxis nicht immer wahr; die Geschwindigkeit
der Ultraschallwellen kann abhängig
von dem Gewebe, durch das sie sich fortpflanzen, einigermaßen variieren. Dadurch
kann die Zeit, die von einem Impuls gebraucht wird, um von einem
Wandlerelement und über
denselben Weg wieder zu demselben zurückzukehren, von der Zeit, die
theoretisch vorausgesagt wird, einigermaßen abweichen. Weiterhin können diese
Laufzeiten von Wandlerelement zu Wandlerelement durch die Öffnung 13 der
Anordnung variieren, da verschiedene Elemente längs der Öffnung gegenüber anderen
Typen Gewebe verschiedener Dicken liegen. Dadurch werden die Verzögerungszeiten
des Strahlerzeugungssystems, gewählt
zum Ausgleichen der Laufzeiten jedes Signalanteils, aber vorhergesagt
auf Grund einer theoretischen, konstanten Ultraschallgeschwindigkeit,
einigermaßen
unrichtig sein. Dies wird dazu führen,
dass das kombinierte Ausgangssignal von den jeweiligen Kanälen einigermaßen defokussiert
sein werden, und zwar durch die Aberrationen in der Einheitlichkeit
des Mediums der Gewebe des Körpers.
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Wie oben angegeben, wird das Aberrationsproblem
bei einem Impulsecho-Ultraschallsystem zusammengesetzt durch die
Tatsache, dass die ausgehenden gesendeten Impulse diesen Aberrationen
begegnen, denn die eintreffenden akustischen - Echos begegnen ebenfalls
Aberrationen in dem akustischen Medium. Die Kombination der beiden
bedeutet, dass es sein kann, dass der gesendete Strahl nicht einwandfrei
fokussiert ist, und dass es ebenfalls sein kann, dass die empfangenen
Echoanteile nicht einwandfrei fokussiert sind. Die Erfinder der
vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass Mikroblasenzerstörungsvorgänge ein
Mittel sind, einen Hauptteil dieser Beschränkungen zu überwinden. Nach den Grundlagen
der vorliegenden Erfindung wird das Auftreten eines Mikroblasenkollapses
benutzt als Punktquelle von Ultraschallenergie innerhalb des darzustellenden
Mediums, d. h. der Körpergewebe.
Probleme eines aberrationsbehafteten, übertragenen Fokus werden dadurch
vermieden, dass diese Erzeugung akustischer Punktquellenenergie
induziert wird. Die akustische Energie, herrührend von dem Auftritt einer
Mikroblasenzerstörung,
geht über
die jeweiligen akustischen Strecken, die zu den jeweiligen Wandlerelementen
der Anordnungsöffnung 13 führen, wobei
diese Energie verschiedenen Materialien in jeder Strecke begegnet.
Die empfangenen Vorgangssignalanteile werden von den einzelnen Elementen
der Anordnung 12 über
einzelne Kanäle
des Sender/Empfängers
14 zu einzelnen Kanälen
des Strahlerzeugungssystems 16 gekoppelt. In 3 sind die verzögerungen
von fünf
Kanälen
des Strahlerzeugungssystems durch DL1 bis DL5 dargestellt, wobei
die jeweilige Länge
die Länge
der Verzögerung in
der Zeit dieses betreffenden Kanals darstellt. An den Ausgängen der
Verzögerungselemente
werden die einzelnen Signalanteile von den Elementen des Wandlers
von einem Summierer 17 kombiniert zum Erzeugen eines fokussierten,
kohärenten
Signals zur nachfolgenden Signalverarbeitung.
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Zum Erzeugen eines einwandfrei fokussierten
Signals müssen
die Signalanteile von jedem Echo an den Ausgängen aller Verzögerungselemente
simultan erscheinen, wobei die Verzögerungselemente Schwankungen
in der Zeit genau ausgleichen, was erforderlich ist, damit jeder
Echoanteil einem Wandlerelement zugeführt wird. Wenn aber die Geschwindigkeit
des Ultraschalls durch den Körper
wegen Aberrationseffekte variiert hat, können einige Signalanteile früher oder
später
als die anderen an den Ausgängen
der Verzögerungselemente
erscheinen. 4 zeigt
Echosignalanteile 100 – 104,
erzeugt an den Ausgängen
der fünf
Verzögerungselemente,
deren Laufzeiten durch Aberrationseffekte beeinflusst sind. Wenn
die Verzögerungszeiten
Variationen in dem akustischen Wellengang von Element zu Element
genau ausgeglichen hätten,
wären die
fünf Signale
genau gegenüber
der Zeit tn ausgerichtet. Das Beispiel zeigt
aber, dass der akustische Signalanteil, verzögert um die Kanalverzögerung DL4,
eine niedrigere akustische Geschwindigkeit erfahren hat als die anderen
und über
die Zeit tn verzögert worden ist. Es ist ebenfalls
ersichtlich, dass der akustische Signalanteil, der um die Kanalverzögerung DL3
verzögert worden
ist, eine höhere
akustische Geschwindigkeit als die anderen erfahren hat und an dem
Ausgang der Verzögerungsanorndung
DL3 vor der Zeit tn angelangt ist. Es hat
sich gezeigt, dass die anderen drei Signalanteile 101, 102 und 104 zu
der Zeit tn genau ausgerichtet sind.
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Diese Verzögerungsungenauigkeiten lassen sich
detektieren und einstellen über
induzierte Mikroblasenzerstörungsvorgänge. 3 zeigt ein Blutgefäß 80,
wobei in dem der Blutstrom ein beschichtetes Mikroblasenkontrasmittel
eingespritzt worden ist. Der Ultraschallprüfkopf 10 gibt ein
Bild des Blutgefäßes 80 und
beginnt mit der Pulsierung des Blutstromes mit Ultraschallimpulsen,
die ausreichen um ein Zerplatzen der Hülle einer Mikroblase herbeizuführen. Die
Impulse werden in Strahlen gesendet, die durch das Strahlprofil
BP definiert werden. Wenn der Prüfkcopf
den Blutstrom pulsiert verarbeitet das Ultraschallsystem ständig empfangene
Echos, wie oben beschrieben, zum Detektieren von Mikroblasenzerstörungsvorgängen. Ein
derartiger Vorgang ist in dem Blutgefäß 80, durch den Pfeil
82 angegeben, dargestellt. Das Zerreißen dieser Mikroblase wird eine
effektive Punktquellenausstrahlung der akustischen Energie von demjenigen
Punkt in dem Gefäß sein,
an dem die Mikroblase sich beim Zerplatzen befindet. Das Zerplatzen
der Mikroblase wird akustische Energie zurückstrahlen zu der Öffnung 13 der Wandleranordnung 12,
wo zu einigermaßen
verschiedenen Zeitpunkten akustische Signalanteile des Vorgangs
von verschiedenen Wandlerelementen längs der Öffnung empfangen werden.
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Die von den Wandlerelementen nach
jeder Pulsierung des Blutgefäßes empfangenen
Echoanteile werden einzeln verzögert
und in einem Echospeicher-und-Vergleichsmodul 110 vorübergehend gespeichert.
Die Echoanteile werden ebenfalls von einem Summierer 17 kombiniert
zum Bilden einer kohärenten
Echosignalfolge in der Richtung des ausgestrahlten Strahles und
diese Echosignale werden wie in 1 dargestellt,
verarbeitet zum Detektieren von Mikroblasenzerstörungsvorgängen. Wenn kein Vorgang detektiert
wird gibt es auch keine Notwendigkeit zur Speicherung der einzelnen
Signalanteile in dem Modul 110, das zur Speicherung von
Echoanteilen aus der nächsten
Impulsfolge bereit gemacht wird.
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Wenn ein Mikroblasenzerstörungsvorgang 82 detektiert
wird, wird die Stelle des Ereignisses in der Strahlrichtung von
dem Verarbeitungssystem nach 1 dem
Echospeicher-und-Vergleichsmodul 110 zugeführt, wodurch
das Modul informiert wird über
die Zeit tn, zu der das Ereignis in der
Zeit liegen sollte. Das Modul 110 fängt dann an die Ereignissignalanteile 100–104 der
jeweiligen Verzögerungsanordnungen
miteinander zu vergleichen um zu sehen, ob die Signalanteile zu
der Zeit tn alle noch ausgerichtet sind.
Wenn dieser Vergleich zeigt, dass der Signalanteil 100 eine
größere Verzögerung als
die anderen erfahren hat, wird der Verzögerungseinstellschaltung 112 ein
Befehl zugeführt,
wodurch diese Schaltungsanordnung die Verzögerungszeit der Verzögerungsanordnung
DL4 auf eine etwas kürzere
Verzögerungszeit
einstellt um Anteile, die von diesem Kanal verarbeitet worden sind,
mit den anderen zurück in
Deckung zu bringen. Auf gleiche Weise wird, wenn der Vergleich zeigt,
dass ein Signalanteil 103 eine größere Verzögerung braucht um sich deckend
mit den anderen zu dem Zeitpunkt tn zu machen,
der Verzögerungseinstellschaltung 112 ein
Befehl zugeführt, wodurch
eine ausgleichende Zunahme der Verzögerungszeit der Verzögerungsanordnung
DL3 herbeigeführt
wird. Wenn die Verzögerungsanordnungen auf
diese Art und Weise zur optimalen Fokussierung eingestellt werden,
wird ein schärferes
Bild von dem Bildfeld erhalten.
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Diese Einstellungen der Verzögerungszeit für Signalempfang
sind ebenfalls anwendbar auf die Sendezeit. Effekte in dem Bildfeld,
welche die Geschwindigkeit von Ultraschallechos variieren, die zu dem
Wandler zurückkehren,
werden auf gleiche Weise abgehende Wellen, die von dem Wandler ausgestrahlt
werden, beeinflussen. Die für
das dritte und vierte Empfangskanäle gemachten Zeiteinstellungen werden
ebenfalls gemacht zum entsprechenden Vorschieben oder Verzögern der
Zeit der Sendeimpulserzeugung in diesen Kanälen, wodurch fokussierte Insonifikation
aller ausgestrahlten Impulsanteile in dem ausgestrahlten Brenngebiet
ermöglicht wird.
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Es dürfte einleuchten, dass das
Gewebematerial, das die Quelle der Aberrationsungenauigkeiten ist,
sich ändern
wird, wenn die Position des Prüfkopfes 10 sich
geändert
hat, wodurch verursacht wird, dass die akustischen Signalanteile
durch verschiedene Schichten und Kombinationen von Geweben und Substanzen
hindurchgehen. Auf entsprechende Art und Weise wird die Folge von
Vorgangsdetektion, Zeitvergleichund Verzögerungseinstellung ständig auf
periodischer Basis durchgeführt, wobei
die Verzögerungsanordnungen
zur optimalen Fokussierung in jeder Lage des Prüfkopfes ständig nachgeregelt werden. Aberrationskorrektur
wird auf diese Art und Weise solange durchgeführt, bis die beschichteten Mikroblasen
des Kontrastmittels in dem Bildfeld vorhanden sind.
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TEXT IN DER
ZEICHNUNG
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1:
14:
Sender/Empfänger
16:
Strahlerzeugungssystem
18: I,Q Demodulator
20:
Umhüllendendetektor
22:
Filter
24: Impuls-Impuls-Differenzierung
26:
Schwelle
28: Vorgängezähler
30:
Bildbeibehaltungsanordnung
40: Abtastwandler
50:
Wiedergabeanordnung
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2B Zeit
-
3:
110:
Echospeicherungs- und -Vergleichsschaltung
112: Verzögerungseinstellung
zu dem Ultraschallsignalprozessor Zeit