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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische Ultraschalldiagnose-Bildsysteme
und insbesondere auf eine Abtastanzeige, die die Ultraschallabtastung
eines dreidimensionalen Bereichs des Körpers erleichtert.
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In
der US-amerikanischen Patentschrift 5.474.073 werden dreidimensionale
Bilddarstellungsverfahren beschrieben, die in dem Ultraschalldiagnose-Bildsystem
HDI® 3000,
dem ersten kommerziellen Ultraschallsystem mit voll integrierter
dreidimensionaler Bilddarstellung, eingesetzt werden. Ein Merkmal
der in dem oben genannten Patent beschriebenen Verfahren ist die
Fähigkeit,
dreidimensionale Bilddaten Freihand, d. h. nur mit einem normalen
Ultraschall-Abtastkopf, zu sammeln. Die Einrichtungen nach dem Stand
der Technik sind voll von komplizierten, unhandlichen und teuren
Mechanismen, die an einem Abtastkopf für dreidimensionale Abtastung
befestigt sind oder diesen halten. Diese Mechanismen können zwar
oft genaue Messungen des Abstands zwischen den Ebenen liefern, ihre
Größe, Komplexität, Unbequemlichkeit
und Kosten entmutigen jedoch im Allgemeinen alle Forscher bis auf
die Beharrlichsten unter ihnen. Ärzte
möchten
in der Lage sein, dreidimensionale Ultraschallabtastung durchzuführen, ohne
einen übermäßigen Aufwand
an Ausrüstung
dafür zu benötigen. Das
System HDI 3000 ermöglicht
genau das.
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Wie
es in dem Patent 5.474.073 erläutert
wird, reicht Freihand-Abtasten oft aus, um Einzelbilder zur genauen
dreidimensionalen Bildrekonstruktion zu sammeln. Das Abtasten eines
Volumens des Körpers
ist im Gegensatz zu einer Ebene jedoch eine neue Erfahrung für viele Ärzte. Dem
Ungeübten
ist nicht sofort ersichtlich, wie der Abtastkopf (Prüfkopf) über die
Oberfläche
des Körpers
bewegt werden muss, um die gewünschten Bilddaten
zu sammeln. Ist der Arzt erst einmal mit dem Freihand-Abtastverfahren
vertraut, erkennt er, dass er anatomisch genauere dreidimensionale
Darstellungen durch sorgfältiges,
gleichmäßiges Abtasten
erhält. Demnach
ist es wünschenswert,
den Ärzten,
die das dreidimensionale Abtasten zum ersten. Mal nutzen, schnell
Vertrauen in das Abtastverfahren zu vermitteln und eine schnelle
Verbesserung der Qualität
der erzielten dreidimensionalen Darstellungen zu erleichtern.
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Hat
ein Arzt erst einmal ein dreidimensionales Bild (3D-Bild) rekonstruiert,
möchte
er oft in der Lage sein, das Bild so anzupassen, dass nur die Anatomie
dargestellt wird, die er untersuchen will. Organe und Gewebe, die
eine interessierende Region umgeben, sollten entfernt werden, um
sowohl eine klare Ansicht der betreffenden Physiologie zu schaffen
als auch eine schnelle dreidimensionale Bildrekonstruktionsverarbeitung zu
ermöglichen.
Außerdem
sollte dem Arzt garantiert werden, dass die 3D-Bildrekonstruktion
gleichmäßig zu ihrem
Schluss kommt. Nachdem der Arzt die dreidimensionale Darstellung
sieht, sollte er ferner in der Lage sein, das Bild weiter zu verändern, um
eine noch bessere dreidimensionale Bilddarstellung zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird eine
visuelle bzw. hörbare
Abtastanzeige geschaffen, um den Arzt bei der Ultraschallabtastung
des Körpers
für eine
dreidimensionale Bilddarstellung zu unterstützen. Die Anzeige stellt die
Abtastung durch den Arzt auf eine gewünschte Überstreichgeschwindigkeit über den
Körper
ein. Die Anzeige liefert ferner Informationen zur Menge der Bilddaten,
die erfasst wurden. Außerdem
ist die Anzeige in der Lage, den Arzt darüber zu informieren, ob eine
ausreichende Menge von Bilddaten für die dreidimensionale Rekonstruktion.
gesammelt wurde. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden sowohl
ein Abtastgeschwindigkeitsbezugswert als auch ein Maß für die erfassten
dreidimensionalen Bilddaten gleichzeitig von derselben Anzeige geliefert.
Bei einem konstruierten Ausführungsbeispiel
ist die Abtastanzeige eine visuelle bzw. hörbare Anzeige, die visuell
oder hörbar
in Übereinstimmung
mit der gewünschten
Abtastgeschwindigkeit moduliert wird und eine Größe oder Dauer aufweist, die
ein Maß für die erfassten
dreidimensionalen Bilddaten darstellt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Abtastanzeige
als Abtasttrainingshilfe eingesetzt werden. Die Anzeige durchläuft zyklisch
wiederholt ihren Modulationsbereich, wodurch der Arzt sofort die
Abtastgeschwindigkeit und -dauer messen kann. Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert die Abtastanzeige
auch eine Angabe, wann eine ausreichende Menge von Bilddaten für die dreidimensionale
Rekonstruktion erfasst wurde. Bei einem konstruierten Ausführungsbeispiel
signalisiert die Anzeige den Belegungsgrad des Pufferspeichers für dreidimensionale
Bilddaten des Ultraschallsystems.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dem Arzt eine visuelle
Darstellung des erfassten Bilddatensatzes geliefert, und er kann
einen Teil oder Teile des Bilddatensatzes benennen, die von der
nächsten
dreidimensionalen Ult raschallbildrekonstruktion ausgeschlossen werden
sollen. Dadurch kann der Arzt Ebenen mit Gewebestruktur und Blutströmung entfernen,
die nicht zu der Physiologie gehören, die
der Arzt untersuchen möchte,
und die dreidimensionale Bildrekonstruktion auf die interessierende
Region im Körper
konzentrieren. Es sei beispielsweise angenommen, dass der Arzt daran
interessiert ist, ein dreidimensionales Bild der Niere zu untersuchen,
und die Niere von einer Seite, an der sie von der Leber begrenzt ist,
zur anderen Seite abtastet, an der sie vom Darm. begrenzt ist. Es
sei angenommen, dass der Arzt in dem dreidimensionalen Bild sieht,
dass die Niere durch einen Bereich der Leber verborgen wird, der
unabsichtlich abgetastet wurde, bevor der Prüfkopf damit begann, Bildebenen
von der Niere zu erfassen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es
dem Arzt, die unerwünschten
Bildebenen der Leber aus der Folge von Bildebenen zu entfernen,
um eine Bildfolge für
die Herstellung eines dreidimensionalen Bildes mit einer Ansicht
zu schaffen, die nicht von der Leber gestört wird. Ist der Arzt mit der
veränderten
dreidimensionalen Darstellung nicht zufrieden, wird der Anfangsdatensatz
in dem Ultraschallsystem gespeichert, so dass er den Bilddatensatz
in anderer Hinsicht verändern
kann, um ein dreidimensionales Ultraschallbild zu erhalten, das
für die
Diagnose des Arztes am nützlichsten
ist. Der Arzt verfügt
auch über
eine Echtzeitanzeige des Fortgangs bei der Rekonstruktion des dreidimensionalen
Ultraschallbildes.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines
medizinischen Ultraschalldiagnose-Bildsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm, das
die Vorgehensweise bei der Erfassung und Verarbeitung von dreidimensionalen
Ultraschallbildinformationen gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung erläutert;
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3 eine Ultraschallbildanzeige,
die eine visuelle Abtastanzeige der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine Ultraschallbildanzeige
mit einem Menü für die dreidimensionale
Bilderfassung, -verarbeitung und -anzeige;
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5 eine Ultraschallbildanzeige,
die den Benutzer über
den Fortgang der dreidimensionalen Bildrekonstruktion informiert;
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6 eine Ultraschallbildanzeige
mit einer Anzeige, die das Entfernen unerwünschter Bildebenen aus der
Bildebenenfolge unterstützt,
die bei der dreidimensionalen Rekonstruktion eingesetzt wird; und
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7 eine Ultraschallbildanzeige
mit einer Anzeige, die das Löschen
unerwünschter
Bilder aus der dreidimensionalen Rekonstruktion unterstützt.
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Als
erstes zeigt 1 ein Blockschaltbild
eines medizinischen Ultraschalldiagnose-Bildsystems, das gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde. Ein Ultraschallprüfkopf 10 umfasst
eine Wandleranordnung 12, die gesteuert von einem Strahlbündler 16 Ultraschallstrahlen
in vorher festgelegten Abtastrichtungen sendet und empfängt. Aus
den von den Bauteilen der Wandleranordnung empfangenen Ultraschallechos
werden von dem Strahlbündler
kohärente
Echos auf jeder Abtastlinie gebildet.
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Die
Abtastlinienechos werden von einem digitalen Signalprozessor (DSP) 22 verarbeitet.
Der DSP 22 kann die empfangenen Abtastlinien auf verschiedene
Weisen verarbeiten, wie es durch die Unterteilung des DSP-Blocks 20 dargestellt
ist. Der DSP 22 umfasst die B-Mode-Verarbeitungseinheit 22,
die Echoinformationen für
die Erstellung von B-Mode-Bildern filtert und erfasst. Der DSP 22 umfasst
ebenfalls die Doppler-Verarbeitungseinheit 24,
die Gruppen von Abtastlinien filtert und verarbeitet, um Doppler-Signalinformationen,
wie Strömungsgeschwindigkeit,
Varianz oder Dopplerleistung, zu erzeugen. Wie in der Patentschrift
5.474.073 dargelegt, hat sich herausgestellt, dass Dopplerbilder
eine hervorragende dreidimensionale Ultraschallbildwiedergabe ermöglichen.
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Die
B-Mode- oder Dopplerabtastlinien sind mit einem Bildspeicher 30 gekoppelt,
der in zwei Teile unterteilt ist, einen Einzelbildspeicher 32 und
einen 3D-Speicher 34, die beide von einem Speichercontroller 36 gesteuert
werden. Der Speichercontroller 36 empfängt Steuersignale vom DSP 22 über eine
Steuerleitung 26, die dem Controller Informationen beispielsweise
zum Anfang oder Ende einer Folge von Abtastlinien, die ein Einzelbild
enthalten, zuführt.
Die vom DSP empfangenen Abtastlinien werden entweder vorübergehend
in dem Einzelbildspeicher 32 gespeichert oder sofort über einen
Datenbus 14 einem Bildrasterwandler 40 zugeführt. Der
Bildrasterwandler 40 ist in zwei Teile unterteilt, einen
Pixelraumprozessor (engl. pixel space processor, PSP) 42 und
ein Pixelumwandlungsmodul (engl. pixel conversion module, PCM) 44.
Der PSP 42 verarbeitet Ultraschallbilddaten zu Ultraschallbildern
mit dem gewünschten
Format und der gewünschten
Zeilendichte durch Interpolation und Koordinatenumwandlung der Abtastliniendaten.
Der PCM umfasst einen Einzelbildzähler und einen Grafikprozessor,
der ein Grafik-Overlay für
das Ultraschallbild erzeugt, das grafische Informationen, wie Tiefenmarker,
Cursor, Text und andere grafische Informationen, liefert. Das verknüpfte Bild,
das die Ultraschallbilder und die grafischen Informationen umfasst,
kann dann auf einem Bildschirm 50 angezeigt werden.
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Wenn
das Ultraschallsystem aus 1 im
zweidimensionalen (2D) B-Mode
betrieben wird, durchlaufen Graustufen-Abtastlinien den Einzelbildspeicher 32,
werden vom PSP sofort durch Abtastung umgewandelt und in Echtzeit
angezeigt. Durch Drücken
einer Schaltfläche „Freeze" auf dem Bedienfeld 90 des
Ultraschallsystems wird das gerade auf dem Bildschirm 50 angezeigte
Bild dauerhaft angezeigt, bis die Schaltfläche noch einmal gedrückt wird,
um wieder in die Echtzeitanzeige zurückzukehren. Der Benutzer kann
auch eine Schaltfläche „Loop" auf dem Bedienfeld
drücken,
um eine Folge von Einzelbildern im Einzelbildspeicher 32 zu
speichern. Einzelbilder werden der Reihenfolge nach im Einzelbildspeicher
gespeichert, bis der Benutzer die Schaltfläche „Freeze" drückt
und zu diesem Zeitpunkt der aktuelle Inhalt des Einzelbildspeichers
gespeichert wird. Der Benutzer kann dann den Speicher durchgehen
und sich jedes Einzelbild aufeinander folgend anzeigen lassen oder
die gespeicherten Einzelbilder in Zeitlupe oder Echtzeit-Cineloop®-Anzeige
wiedergeben lassen.
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Ähnliche
Verarbeitungs- und Anzeigeverfahren werden eingesetzt, wenn das
Ultraschallsystem im 2D-Doppler-Modus betrieben wird. Ein Dopplerbild
einer Bewegung oder Strömung
wird in den Einzelbildspeicher eingegeben, durch Abtastung umgewandelt
und in Echtzeit angezeigt. Im Allgemeinen werden Dopplerbilder von
Strömungsbedingungen
im Körper
mit B-Mode-Bildern verknüpft
oder überlagert,
um die Struktur des Gewebes oder der Organe wiederzugehen, in denen
die Strömung
auftritt. Ein wirksames Verfahren für die dreidimensionale Bilddarstellung
ist die Verwendung von Dopplerbildern ohne B-Mode-Informationen,
da B-Mode-Informationen oft die resultierende 3D-Anzeige stören.
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Das
Ultraschallsystem in 1 erzeugt
dreidimensionale Ultraschallbilder gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung. Bei einem konstruierten Ausführungsbeispiel führt ein
Arzt in der Vorbereitung auf die Erstellung dreidimensionaler Ultraschallbilder
eine Übersichtsabtastung
an dem Patienten durch, um die interessierende Region (engl. region
of interest, ROI) zu lokalisieren, die er dreidimensional darstellen
möchte. Dieses
ist der Anfangsschritt 71 in dem Ablaufdiagramm aus 2. Wenn der Arzt die ROI
findet, notiert er die Grenzen der ROI in den 2D-Bildern auf dem
Ultraschallbildschirm und zeichnet einen Pfad, auf dem sich der
Prüfkopf über den
Körper
des Patienten bewegen soll und der die Bildebene des Prüfkopfes
durch die ROI von einer Seite der ROI zur anderen überstreichen
wird.
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Der
nächste
Schritt besteht darin, die ROI abzutasten, indem der Prüfkopf 10 über den
Körper
des Patienten gleitet und eine Folge von im Wesentlichen parallelen
Ultraschall-Bildebenen von einer Seite; der ROI zur anderen erfasst.
Ist der Arzt nicht vertraut mit der 3D-Ultraschallabtastung oder
möchte
er die Abtastung üben
oder die Abtastgeschwindigkeit einstellen, bei der die größte Anzahl
von Bildebenen oder „Schichtbildern" der ROI erfasst
wird, kann er die Abtastanzeige der vorliegenden Erfindung aktivieren,
bevor er eine Folge von Schichtbildern zur 3D-Rekonstruktion erfasst.
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Ein
konstruiertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist eine Anzahl von Schaltflächen auf
dem Bedienfeld 90 des Ultraschallsystems auf. Die Schaltflächen sind
mit der Zentraleinheit (engl. central processing unit, CPU) des
Ultraschallsystems verbunden, die Steuersignale an die Komponenten
des Systems ausgibt, die die über
die Schaltflächen
ausgegebenen Befehle ausführen.
Die Schaltfläche „Loop" bewirkt zum Beispiel
die Ausgabe eines Befehls an den Speichercontroller 36,
der den Einzelbildspeicher 32 löscht und damit beginnt, Einzelbilder
an nacheinander adressierten Plätzen
im Speicher zu speicherr. Der Speicher wird gelöscht, indem der Adressenzeiger
des Speichers 32 auf den Anfang des Speichers zurückgesetzt
wird. Nachdem die Schaltfläche „Loop" betätigt wurde,
speichert der Einzelbildspeicher nacheinander empfangene Einzelbilder,
bis er vollständig
belegt ist, überschreibt
dann zyklisch die Startadresse und fährt fort, den Speicher mit
empfangenen Einzelbildern zu belegen. Der Speicher 32 setzt
diese Funktionsfolge fort, bis der Arzt die Schaltfläche „Freeze" drückt, wodurch
die CPU einen Befehl an den Speichercontroller 36 ausgibt,
den Speicher 32 zu stoppen und seinen aktuellen Inhalt
zu speichern.
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Ein
Einzelbildspeicher, der auf diese Weise funktioniert, ist ideal
für den
Einsatz als Cineloop-Speicher geeignet. Ein Cineloop-Speicher speichert
auf Befehl des Benutzers eine Echtzeit-2D-Bildfolge, die später wieder
aufgerufen und genauer untersucht werden kann. Die Cineloop-Folge
kann in ihrer Echtzeitgeschwindigkeit, in Zeitlupe oder durch aufeinander
folgendes Durchgehen der Einzelbildfolge wiedergegeben werden, um Einzelheiten
der Gewebebewegungen, wie die Herzklappenleistung, zu betrachten,
die in Echtzeit schwer zu erfassen sind.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung speichert der Einzelbildspeicher 32 eine
Folge von 2D-Schichtbildern, die rekonstruiert werden sollen, um
ein dreidimensionales Ultraschallbild zu bilden. Zur Unterstützung des
Arztes bei der Erfassung von Schichtbildern und deren Speicherung
im Speicher 32 wird eine visuelle Anzeige auf dem Bildschirm
gezeigt, die den Belegungsgrad des Speichers 32 darstellt. 3 zeigt eine Ultraschallbildanzeige
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. In 3 ist
am unteren Rand des Bildschirms unterhalb eines Ultraschallbildes 60 ein
Kasten 100 dargestellt. Bei diesem Beispiel ist das Ultraschallbild 60 eines
einer Folge von Dopplerbildern des Blutströmungsnetzes 70. Am
linken Rand des Bildes befindet sich ein Farb- oder Graustufenbalken,
und am rechten Rand des Bildes befindet sich eine Tiefengrafik.
Der Kasten 100 beinhaltet ein Fenster 104, das
die Kapazität
des Einzelbildspeichers 32 darstellt. Wird der Speicher 32 gelöscht, ist
das Fenster vollständig
schwarz, wie es auf der rechten Seite des Fensters dargestellt ist.
Wenn die letzte Abtastlinie eines Einzelbildes vom DSP 22 zum
Speicher 32 gesendet wird, gibt der DSP ein Signal auf
der Leitung 26 aus, das den Speichercontroller 36 und
den Bildrasterwandler 40 informiert, dass das aktuelle
Einzelbild vollständig
ist. Als Reaktion auf dieses Signal erhöht der Bildrasterwandler 40 einen
Einzelbildzähler
im PCM 44 um Eins. Der Zählerstand des Einzelbildzählers wird
durch den Grafikprozessor des PCM in einen weißen Balken 102 in
dem Fenster 104 umgewandelt, der auf dem Bildschirm angezeigt
wird. Somit bewegt sich der weiße
Balken 102 in dem Fenster 104 von links nach rechts
in Übereinstimmung
mit dem Belegungsgrad mit Einzelbildern des Einzelbildspeichers 32.
Ist der Einzelbildspeicher vollständig belegt, ist das Fenster 104 vollständig mit
dem weißen
Balken ausgefüllt.
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Wird
die Schaltfläche „Freeze" nicht betätigt, überschreibt
der Speicher 32 zyklisch seinen Inhalt und beginnt damit,
wieder von der Startadresse an zu belegen. Zur Anzeige dieser zyklischen Überschreibung bleibt
der weiße
Balken in dem Fenster 104 erhalten, wird jetzt jedoch durch
einen hellgrauen Balken überschrieben,
der sich von links nach rechts in dem Bild fortsetzt, Wenn der Arzt
also den Speicher einfriert und die Bewegung des Balkens in dem
Fenster stoppt, teilen die Farben oder Schattierungen der Balken
in dem Fenster dem Benutzer mit, ob er sich in einem ersten oder
einem folgenden Durchlauf durch den Speicher befindet. Ist das Fenster
sowohl weiß als
auch schwarz, weiß der
Arzt, dass die Einzelbildspeicherung gestoppt wurde, bevor der Speicher
zum ersten Mal belegt war. Ist das Fenster jedoch sowohl grau als
auch weiß,
weiß der
Arzt, dass die ursprünglich
gespeicherten Einzelbilder durch neue Einzelbilder überschrieben
wurden, als der Inhalt des Speichers zyklisch. überschrieben wurde.
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Wie
gerade beschrieben füllt
der weiße
Balken 102 das Fenster 104 mit der gleichen Geschwindigkeit wie
der Einzelbildspeicher mit Einzelbildern belegt wird. Die dafür benötigte Zeit
hängt natürlich von
der Speicherkapazität
ab; ein größerer Einzelbildspeicher
braucht länger
um belegt zu werden als ein kleinerer Speicher. Die Belegung des
Speichers ist auch eine Funktion der Bildfrequenz und der Kenndaten
des Einzelbildes selbst, wie der Abtastliniendichte. Möchte der
Arzt, dass der Speicher 32 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit belegt
wird, kann beispielsweise die Bildfrequenz verringert oder ein Prüfkopf oder
eine Prüfkopfapertur
mit weniger Abtastlinien verwendet werden. Ein Bildmerkmal, die
Impulsfolgefreduenz (engl. pulse rate frequency, PRF), wird auf
dem Bildschirm beispielsweise oben in 3 angezeigt.
Durch die Einstellung der Ultraschallsystemparameter, die die PRF
beeinflussen, wie die Dopplerboxgröße oder die Abtasttiefe, kann
der Arzt die PRF und somit die Bildfrequenz und die Geschwindigkeit,
mit der der Einzelbildspeicher belegt wird, variieren. Die Geschwindigkeit,
mit der der weiße
Balken 102 das Fenster 104 ausfüllt, wird
entsprechend beeinflusst.
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Wie
bei Schritt 72 in 2 angegeben,
kann der Arzt den Balken 102 dazu verwenden, sich mit der am
besten für
die 3D-Bilderfassung geeignete Abtastgeschwindigkeit vertraut zu
machen. Der Arzt kann beispielsweise die Schaltfläche „Loop" auf dem Bedienfeld
drücken
und den Einzelbildspeicher sich kontinuierlich belegen und seinen
Inhalt zyklisch überschreiben
lassen. Der Arzt kann dann die für
die abwechselnden weißen
und grauen Balken, die das Fenster ausfüllen, erforderliche Zeit messen.
Hat der Arzt erst einmal die Zeit für die Belegung des Speichers
gemessen, kann er üben,
den Prüfkopf über den
Körper
des Patienten und den ROI synchron mit dem fortschreitenden Balken 102 zu
bewegen. Reicht dem Arzt die kurze Zeitspanne nicht aus, die der
schnell fortschreitende Balken erlaubt, kann er einen der Parameter
wie oben erläutert
einstellen, der die Bildfrequenz und -größe beeinflusst. Hat der Arzt
die einfache Aufgabe gemeistert, den Prüfkopf über die ROI in der Zeit zu
bewegen, die der Balken 102 benötigt, um das Fenster 104 auszufüllen, kann er
Schichtbilder für
die dreidimensionale Rekonstruktion erfassen.
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Noch
einmal in Bezug auf 2 positioniert
der Arzt in Schritt 73 den Prüfkopf auf einer Seite der ROI auf
dem Körper
des Patienten. Dies ist die Startposition, bei der die erste Bildebene
der Überstreichung
erfasst wird, und die Startposition, von der ausgehend der Arzt
den Prüfkopf über den
Körper
des Patienten gleiten lässt.
In Schritt 74 drückt
der Arzt die Schaltfläche „Loop", um den Einzelbildspeicher,
den Einzelbildzähler
und. das Anzeigefenster zu löschen.
Das Ultraschallsystem reagiert, indem es den Einzel bildspeicher 32 mit
Einzelbildern von dem Prüfkopf
belegt, der weiße
Balken 102 beginnt damit, sich durch das Fenster 104 zu
bewegen, und der Arzt beginnt die Abtastung, indem er den Prüfkopf über die
ROI gleiten lässt.
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Erreicht
der Arzt des Ende des Abtastvorgangs, drückt er die Schaltfläche „Freeze", um den aktuellen Inhalt
des Speichers 32 einzufrieren, wie es in Schritt 76 darge-
stellt ist. War die Abtastung richtig synchronisiert, wird die Bildebene
des Prüfkopfes
in ungefähr
der gleichen Zeit bis zur anderen Seite der ROI überstrichen worden sein, wie
der weiße
Balken das Ende seines Weges durch das Fenster erreicht hat. Dies
bedeutet, dass die Überstreichung
beendet ist, wenn der Speicher fast vollständig belegt ist. Dies bedeutet,
dass eine maximale Anzahl von Einzelbildern während der Überstreichung der ROI erfasst
wurde. Ist der Arzt nicht mit der Abtastung zufrieden, kann er den
Vorgang beginnend mit Schritt 73 wiederholen.
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Nachdem
der Arzt eine Einzelbildfolge erfasst und gespeichert hat, kann
er fortfahren und ein dreidimensionales Ultraschallbild darstellen.
Dies geschieht durch Betätigen
eines Trackball (Rollkugel) und der Schaltfläche „Select" auf dem Bedienfeld 90, um
ein Einzelbildspeicher-Menü 66 nach
unten zu eröffnen,
wie es in 4 und in Schritt 78 in 2 dargestellt ist. Das Menü 66 wird
durch den Grafikprozessor des PCM 44 auf dem Bildschirm
angezeigt. Der Arzt stellt eine Anzahl von Rekonstruktionsparametern
ein, die die 3D-Verarbeitung der ebenen Schichtbilder steuern, wie
es in Schritt 82 in 2 angegeben
ist. Bei dem Beispiel aus 4 wird
das Ultraschallsystem so gesteuert, dass eine Folge von dreidimensionalen
Projektionsbildern über
eine Folge von verschiedenen Sichtwinkeln wiedergegeben wird, wie
es in der US-amerikanischen Patentschrift 5.485.842 beschrieben
ist. Wenn die Projektionsbilder in einer Echtzeitfolge wiedergegeben
werden, erscheint eine dreidimensionale Darstellung der ROI, die
sich vor dem Benutzer dreht. Bei einem konstruierten Beispiel dreht
sich die dreidimensionale Darstellung um eine Winkel von ±50°.
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Ein
Parameter, den der Arzt im Menü 66 einstellt,
ist die Anzahl der Projektionsbilder. Bei dem konstruierten Ausführungsbeispiel
kann der Benutzer entweder 7, 11 oder 15 Projektionsbilder auswählen. Weitere
Anzahlen von Projektionsbildern sind möglich, begrenzt durch den verfügbaren Platz
für die
Projektionsbildspeicherung. Wenn Projektionsbilder sofort angezeigt
und nicht gespeichert werden, wird diese Begrenzung umgangen. Die
gewählte
Anzahl von Bildern wird gleichmäßig um den
Drehwinkel von 100° vertceilt.
Somit weisen die Projektionsbilder, wenn elf Bilder ausgewählt wurden,
Sichtwin kel auf, die von einem Projektionsbild zum nächsten um
9° variieren.
Wie in 4 dargestellt,
verwendet der Arzt den Trackball, um einen Cursor (als Pfeil dargestellt)
in der Anzeige zur Menüschaltfläche „Images" zu bewegen. Der
Arzt drückt
die Schaltfläche „Select" auf dem Bedienfeld,
um die rechts von der Schaltfläche „Images" befindliche Anzahl
auf 7, 11 oder 15 Projektionsbilder einzustellen. In 4 wurde die Anzahl der Projekti-
onsbilder auf 15 eingestellt.
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Ein
zweiter Parameter, der in 4 eingestellt
ist, ist die Schichtdicke. Die Schichtdicke ist der Abstand zwischen
den Schichtbildebenen. Überstreicht
der Prüfkopf
langsam die ROI, ist die Schichtdicke gering. Überstreicht der Prüfkopf schnell,
ist die Schichtdicke groß.
Eine dritte Auswahlmöglichkeit
im Menü 66 ist
eine mittlere Schichtdicke. Bei diesen subjektiven Auswahlmöglichkeiten
hat sich herausgestellt, dass sie die Wiedergabe von hochgradig
repräsentativen
dreidimensionalen Bildern ermöglicht.
Ist der Arzt nicht mit der gewählten
Dicke zufrieden, kann er die dreidimensionale Darstellung mit einer
anderen Wahl der Schichtdicke neu rekonstruieren.
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Es
können
noch weitere Wiedergabeparameter im Menü enthalten sein. Dem Benutzer
kann beispielsweise die Wahl zwischen einer transparenten oder Oberflächenwiedergabe
angeboten werden, wie es in der US-amerikanischen Patentanmeldung
Nr. 60/013.951, eingereicht am 22. März 1996* dargelegt wird.
Der Benutzer kann in der Lage sein, eine Wiedergabe auszuwählen, bei
der die ROI von vorne oder von hinten dargestellt wird. Diese Änderung
beinhaltet die Verarbeitung der ebenen Schichtbilder in umgekehrter
Reihenfolge und mit umgekehrter x-Achse für jede Schicht. Ein dritter
Parameter ist eine Auswahl des Kontrastes für die dreidimensionale Darstellung.
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Sind
die Rekonstruktionsparameter wie gewünscht eingestellt, wählt der
Arzt die Schaltfläche „Create 3D" im Menü aus und
die 3D-Rekonstruktion beginnt, wie es in Schritt 84 in 2 angegeben ist. Das Menü 66 verschwindet,
und die Projektionsbilder werden auf dem Bildschirm dargestellt,
wie es in 5 durch das Bild 360 gezeigt
ist. Unter den Bildern erscheint beim Beginn der 3D-Rekonstruktion
ein Kasten 110. Der Kasten 110 informiert den
Arzt über
den Fortgang der 3D-Rekonstruktion und enthält eine Schaltfläche, die
vom Arzt betätigt
werden kann, um die Rekonstruktion zu stoppen. Die Anzahl der Projektionsbilder
und das aktuell rekonstruierte Bild werden auf der rechten Seite
des Kastens angezeigt. Wenn die Projektionsbilderfolge beendet ist,
bewegt sich ein entspricht der EP-Patentanmeldung eingereicht am
21. März
1997 grauer Balken 114, der auf den Einzelbildzähler reagiert,
durch das Fenster 112 in entsprechenden Schritten: ein
Siebtel des Fensters, wenn es sieben Projektionsbilder sind, ein
Elftel des Fensters, wenn es elf Projektionsbilder sind usw. Bei
dem Beispiel in 5 hat
sich der graue Balken 114 ein Elftel der Strecke durch
das Fenster 112 bewegt, was bedeutet, dass das erste von
elf Projektionsbildern vollendet ist. Wie es in der US-amerikanischen Patentschrift
5.485.842 und der US-amerikanischen
Patentanmeldung; Nr. 60/013.951 dargelegt ist, kann die 3D-Rekonstruktion
im Bildrasterwandler 40 durchgeführt werden, indem die Folge
von in dem Einzelbildspeicher 32 gespeicherten Schichtbildern
verwendet wird. Wenn ein Projektionsbild vollständig ist, wird der Einzelbildzähler um
Eins erhöht
und das Projektionsbild über
den Bus 14 zu einem 3D-Speicher 34 übertragen
und gespeichert. Ist die 3D-Rekonstruktion beendet, ist eine Folge
von Projektionsbildern jeweils mit einem anderen Sichtwinkel als
das vorhergehende Bild in der Folge im 3D-Speicher 34 gespeichert.
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Ist
die 3D-Rekonstruktion beendet, beginnt automatisch die Wiedergabe
der Reihe nach der Folge von 3D-Bildern, die erstellt und in dem
3D-Speicher 34 gespeichert wurde, und das dreidimensionale
Bild der ROI erscheint auf dem Bildschirm und beginnt sich um ±50° zu drehen,
wie es in Schritt 86 in 2 angegeben
ist. Der Arzt kann die Schaltflächen „+Speed" und „-Speed" betätigen, um
die Drehung des dreidimensionalen ROI zu verlangsamen oder zu beschleunigen.
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Möglicherweise
erkennt der Arzt beim Anschauen der dreidimensionalen ROI, dass
er über
die ROI hinaus abgetastet und vielleicht Einzelbilder von Gewebe
oder Strömung
vor oder nach den gewünschten Schichten
der ROI erfasst hat. Diese nicht dazu gehörenden Schichten können Teile
der ROI verdecken, die der Arzt untersuchen möchte. Sie können aus den rekonstruierten
Bildern entfernt werden, indem das Menü 66 nach unten eröffnet und
die Schaltfläche 128 „Trim" gedrückt wird,
wie es in 6 und Schritt 88 in 2 dargestellt ist. Wird „Trim" ausgewählt, erscheint
ein Ausschnittkasten 120 auf dem Bildschirm. Der Kasten 120 beinhaltet
ein Fenster 126, das ausgehend von dem Erfassungszählerstand
des Einzelbildzählers
die Folge von erfassten und bei der 3D-Rekonstruktion verwendeten Schichtbildern
darstellt. Erscheint der Kasten zum ersten Mal, enthält er zwei
Zeiger 122 und 124 an jedem Ende des Fensters 126.
Diese zeigen auf den Anfang und das Ende der Folge von Schichtbildern.
Unerwünschte
Schichtbilder am Anfang bzw. Ende der Folge können ausgeschnitten (aus der
3D-Rekonstruktion entfernt) werden, indem die Zeiger von Anfang
oder Ende der Schichtbildfolge zur Mitte bewegt werden, wie es in 6 dargestellt ist. Bei diesem
Beispiel wurden die Zeiger durch die Rollkugel bewegt, um Schichtbilder
sowohl vom Anfang als auch vom Ende der Folge auszuschneiden. Die
Schaltfläche „Select" wird betätigt, um
von einem Zeiger zum anderen umzuschalten, und der ausgewählte Zeiger
wird durch Betätigen
des Trackball bewegt. Das Fenster 126 kann eine Farbe oder
Schattierung haben, die subjektiv die Einzelbildfolge darstellt,
oder mit einer Folge von Zahlen gefüllt sein, zu denen der Arzt den
Zeiger bewegen kann, um an einem genauen Einzelbild in der Folge
abzuschneiden.
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Nachdem
Schichtbilder abgeschnitten wurden, wird die 3D-Rekonstruktion wiederholt,
indem wieder die Schaltfläche „Create
3D" gedrückt wird,
wodurch 3D-Bilder mit Hilfe der Einzelbilder zwischen den Zeigern 122 und 124 dargestellt
werden. Ist der Arzt mit der neuen Wiedergabe nicht zufrieden, kann
er die Rekonstruktion nach einer Neueinstellung der Zeiger wiederholen
oder dreidimensionale Bilder rekonstruieren, indem er wieder alle
erfassten Einzelbilder wie bei der oben beschriebenen ersten Rekonstruktion
verwendet.
-
Zusätzlich zu
der Fähigkeit,
Einzelbilder vom Anfang und Ende der Einzelbildfolge abzuschneiden,
ist es auch möglich,
spezielle Einzelbilder der Folge aus dem Einsatz in der dreidimensionalen
Rekonstruktion zu löschen.
Dies kann beispielsweise wünschenswert
sein, wenn dreidimensionale Dopplerbilder aus einer Einzelbildfolge
rekonstruiert werden, die blitzartige Artefakte ("Flash"-Artefakte) enthält. "Flash" ist die Erfassung von
Bewegungen von unerwünschten
Quellen, wie Atmung oder andere relative Bewegungen zwischen dem Prüfkopf und
dem Körper,
anstelle der gewünschten
Bewegung der Blutströmung
oder sich bewegenden Gewebes. Während
bekannte Verfahren zum Unterdrücken
von Blitze normalerweise Einzelbilder entfernen können, die
unerwünschten
Flash enthalten, ist es möglich,
dass ein Einzelbild mit Flash-Artefakten erfasst, verarbeitet und
im Einzelbildspeicher 32 gespeichert wurde. Es wäre wünschenswert,
dieses Einzelbild bei der dreidimensionalen Bildrekonstruktion wegzulassen,
da es unerwünschte
Artefakte in die dreidimensionale Rekonstruktion einbringen würde.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können spezielle Einzelbilder
aus der dreidimensionalen Rekonstruktion gelöscht werden, indem die Schaltfläche 130 „Edit" eingesetzt wird,
wie es in 7 gezeigt
ist. Wird die Schaltfläche „Edit" betätigt, erscheint
der Ausschnittkasten mit einem „X" im Fenster 126. Im Edit-Modus
erscheint das „X" im Fenster 126 an
der Stelle, die dem Einzelbild in dem Einzelbildspeicher entspricht,
das durch den aktuellen Zählerstand
des Einzelbildzählers
identifiziert wur de. Wenn der Arzt die Rollkugel nach links oder
rechts rollt, wird der Stand des Einzelbildzähler verringert oder erhöht, und
das Einzelbild 60, das dem Zählerstand des Zählers entspricht,
wird auf dem Bildschirm über
dem Ausschnittkasten 120 angezeigt. Das „X" im Fenster 126 wandert
entsprechend nach links oder rechts und gibt die Position des aktuell
angezeigten Bildes in der Einzelbildfolge an. Trifft der Arzt auf
ein angezeigtes Bild mit Flash oder einem anderen Merkmal, das er
bei der dreidimensionalen Rekonstruktion nicht verwenden möchte, drückt er die
Schaltfläche „Select", friert das „X" im Fenster 126 ein
und markiert das ausgewählte
Einzelbild, so dass es bei der dreidimensionalen Rekonstruktion
weggelassen wird. Drückt
er die Schaltfläche „Select" ein zweites Mal,
wird die Auswahl annulliert, und „X" kann sich weiter bewegen, um ein anderes
Einzelbild auszuwählen. Wird
die Schaltfläche „Edit" ein zweites Mal
gedrückt,
wird ein zweites „X" angezeigt, das mit
der Rollkugel bewegt werden kann, wenn die Einzelbilder der Reihe
nach angezeigt und für
die mögliche
Auswahl eines anderen Einzelbildes für die Löschung aus der dreidimensionalen
Rekonstruktion abgetastet werden.
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Nachdem
der Arzt alle Einzelbilder ausgewählt hat, die aus der dreidimensionalen
Rekonstruktion gelöscht
werden sollen, betätigt
er zum Beenden des Edit-Modus die Schaltfläche „Close". Verbleibt in dem Fenster 126 ein „X", das nicht ausgewählt wurde,
wird es aus dem Fenster gelöscht.
Der Arzt kann dann die Schaltfläche „Create
3D" betätigen, um
dreidimensionale Bilder ohne die „Edited" Einzelbilder zu rekonstruieren. Ist der
Arzt mit dem Ergebnis der dreidimensionalen Rekonstruktion nicht
zufrieden, kann er wieder in den Edit-Modus gehen, um zusätzliche
Einzelbilder zu löschen,
oder angezeigte „X" ein zweites Mal
auszuwählen, um
vorher gelöschte
Einzelbilder in die nächste
dreidimensionale Rekonstruktion einzufügen.
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Während die
vorhergehenden Beispiele den Einsatz einer visuellen Abtastanzeige
zeigen, ist es offensichtlich, dass auch andere Arten von Anzeigen
eingesetzt werden können. 1 zeigt beispielsweise einen Tonmodulator 52,
der so angeschlossen ist, dass er den Zählerstand des Einzelbildzählers des
PCM 44 empfängt.
Der Tonmodulator steuert einen Lautsprecher 54, der einen
hörbaren
Ton erzeugt. Die Frequenz des Tons kann von einer niedrigen bis
zu einer hohen Tonlage in Übereinstimmung
mit dem Belegungsgrad des Einzelbildspeichers 32 moduliert
werden. Als Alternative oder zusätzlich
kann die Dauer des Tons der Zeitspanne entsprechen, während der
der Einzelbildspeicher belegt wird. Somit kann der Benutzer als
Alternative oder gleichzeitig einer hörbaren Abtastanzeige zuhören. Eine
hörbare
Anzeige ermöglicht
es dem Arzt, seine Aufmerksamkeit auf den Prüfkopf und dessen Bewegung über den
Körper
des Patienten zu konzentrieren, ohne durch die Systemanzeige abgelenkt
zu werden.
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Es
ist auch offensichtlich, dass, auch wenn die vorhergehenden Beispiele
die Bewegung des Prüfkopfes
beschreiben, um eine Gruppe von im Wesentlichen parallelen Bildebenen
der ROI zu erfassen, andere Arten von Prüfkopfbewegungen eingesetzt
werden können.
Der Prüfkopf
kann beispielsweise um die Mittenachse des Prüfkopfes gedreht werden, wodurch
ein Folge von winkelig angeordneten Bildebenen erfasst wird, die sich
an einer gemeinsamen Achse schneiden und dazu verwendet werden können, ein
3D-Bild wiederzugeben. Eine weitere Alternative besteht darin, den
Prüfkopf
gegen den Körper
des Patienten zu schwingen, wodurch. die ROI mit einem Fächer von
Bildebenen überstrichen
wird, der als eine dreidimensionale, keilförmige ROI rekonstruiert werden
kann. Diese Prüfkopfbewegungen
können
freihändig
oder mit Hilfe verschiedener mechanischer Prüfkopf- oder Wandlerarme, -kipphebel
oder-rotatoren durchgeführt
werden. In jedem Fall kann die Abtastanzeige der vorliegenden Erfindung
eingesetzt werden, um den Arzt bei der Überwachung oder Steuerung der
Dauer und Geschwindigkeit der Erfassung der Bildebenenfolge zu unterstützen. TEXT
IN DEN FIGUREN Figur
1
| beamformer | Strahlbündler |
| B mode
filter & detect | B-Mode-Filter- & -Erfassungseinheit |
| Doppler
filter & processor | Doppler-Filter & -Prozessor |
| memory
controller | Speichercontroller |
| image
frame memory | Einzelbildspeicher |
| 3D
memory | 3D-Speicher |
| ultrasound
image scan convert | Ultraschallbildrasterwandler |
| frame
counter & graphics | Einzelbildzähler & Grafik |
| display | Anzeige |
| audio
modulator | Tonmodulator |
| CPU | Zentraleinheit |
| Loop | "Loop" |
| Freeze | „Freeze" |
| trackball | Rollkugel |
| Select | "Select" |
Figur
2
| Survey
scan for ROI | Übersichtsabtastung
nach ROI |
| Scan
speed training | Abtastgeschwindigkeitstraining |
| Position
probe at start plane location | Positionierung
des Prüfkopfes
an der |
| | Startebenenposition |
| Start
scan and ifm storage and | Beginn
der Abtastung und Einzelbildspeicherung und |
| display | Anzeige |
| End
scan and freeze ifm storage | Ende
der Abtastung und Einfrieren des |
| | Einzelbildspeichers |
| Select
3D reconstruction | Auswahl
der 3D-Rekonstruktion |
| Set
reconstruction parameters | Einstellung
der Rekonstruktionsparameter |
| Start
3D reconstruction | Beginn
der 3D-Rekonstruktion |
| Trim
frames | Ausschneiden
von Einzelbildern |
| 3D
display | 3D-Anzeige |
Figur
3
| Patient
ID | Identität des Patienten |
| Date | Datum |
| Time | Uhrzeit |
| Scanning
parameters, PRF | Abtastparameter,
Impulsfolgefrequenz |
Figur
4
| 2D
and 3D | 2D
und 3D |
| pause/play | Pause/Wiedergabe |
| +speed | +Geschwindigkeit |
| –speed | –Geschwindigkeit |
| sweep/loop | Überstreichen/Schleife |
| trim | Ausschneiden |
| Create
3D | 3D
erstellen |
| Images | Bilder |
| Slice | Schicht |
| Thick | dick |
| Cine | Cineloop |
| Close | Schließen |
Figur
5