DE69930709T2

DE69930709T2 - Verfahren und Gerät zur Optimierung der Sendsignal-Wellenformung in Ultraschall-B-Mode-Bilderzeugung

Info

Publication number: DE69930709T2
Application number: DE69930709T
Authority: DE
Inventors: Larry Y.L. Waukesha Mo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2000189424A; EP1008863B1; EP1008863A2; JP4424707B2; EP1008863A3; US6113544A; DE69930709D1

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein die B-Mode-Bildgebung von biologischen Geweben. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum Optimieren eines B-Mode-Ultraschallbildes durch Anpassen der Sendepulssequenz basierend auf einer rechnergestützten Analyse von Bilddaten.
Herkömmliche Ultraschallbildgebungssysteme umfassen ein Array von Ultraschalltransducerelementen, die dazu dienen, einen Ultraschallstrahl abzustrahlen und anschließend den von dem zu untersuchenden Objekt reflektierten Strahl zu empfangen. Ein solches Abtasten beinhaltet eine Serie von Messungen, bei denen die fokussierte Ultraschallwelle abgestrahlt wird, das System nach einer kurzen Zeitspanne auf Empfangsmodus schaltet, und die reflektierte Ultraschallwelle empfangen, strahlgebündelt und zur Anzeige verarbeitet wird. Typischerweise werden die Abstrahlung und der Empfang während jeder Messung in der gleichen Richtung fokussiert, um Daten aus einer Reihe von Punkten entlang einer akustischen Strahl- oder Abtastzeile zu erlangen. Der Empfänger wird während des Empfangs der reflektierten Ultraschallwellen dynamisch auf eine Folge von Bereichen entlang der Abtastzeile fokussiert.
Im Falle der Ultraschallbildgebung weist das Array gewöhnlich eine Anzahl von Transducerelementen auf, die in ein oder mehreren Zeilen angeordnet sind und mit getrennten Spannungen betrieben werden. Durch Wählen der Zeitverzögerung (oder Phase) und Amplitude der verwendeten Spannungen lassen sich die einzelnen Transducerelemente in einer vorgegebenen Zeile steuern, um Ultraschallwellen zu erzeugen, die sich vereinigen, um eine Nettoultraschallwelle zu bil den, die sich entlang einer bevorzugten Vektorrichtung fortbewegt und an einem ausgewählten Punkt entlang dem Strahl fokussiert wird. Die Strahlformungsparameter jedes Sendevorgangs können variiert werden, um eine Veränderung des maximalen Fokus zu ermöglichen oder um in sonstiger Weise den Inhalt der empfangenen Daten für jeden Sendevorgang zu ändern, z.B. durch Abstrahlen aufeinanderfolgender Strahlen längs derselben Abtastzeile, wobei der Brennpunkt jedes Strahls bezüglich des Brennpunktes des vorhergehenden Strahls verschoben wird. Im Falle einer gesteuerten Anordnung kann der Strahl mit seinem Brennpunkt durch Verändern der Zeitverzögerungen und Amplituden der angelegten Spannungen in einer Ebene bewegt werden, um das Objekt zu scannen. Im Falle eines linearen Feldes wird ein senkrecht zu der Anordnung ausgerichteter fokussierter Strahl abtastend über das Objekt geführt (gescannt), indem die Öffnung von einem Sendevorgang zum nächsten translatorisch über die Anordnung bewegt wird.
Dieselben Prinzipien kommen zur Anwendung, wenn die Transducersonde eingesetzt wird, um in einem Empfangsmodus das reflektierte akustisches Signal entgegenzunehmen. Die bei den Empfangstransducerelementen erzeugten Spannungen werden summiert, so dass das Netto-Signal den Ultraschall kennzeichnet, der von einem einzelnen Fokuspunkt in dem Objekt reflektiert wird. Wie im Falle des Sendemodus wird dieser fokussierte Empfang der Ultraschallenergie erzielt, indem auf das von jedem Empfangstransducerelement stammende Signal eine gesonderte Zeitverzögerung (und/oder Phasenverschiebungen) und gesonderte Verstärkungsgrade angewandt werden.
Ein Ultraschallbild setzt sich aus mehreren Bildabtastzeilen zusammen. Eine einzelne Abtastzeile (oder eine kleine örtlich begrenzte Abtastzeilengruppe) wird akquiriert, indem fokussierte Ultraschallenergie an eine Stelle in dem interessierenden Bereich abgestrahlt wird, und anschließend die im Laufe der Zeit reflektierte Energie aufgenommen wird. Die fokussierte Sendeenergie wird als ein Sendestrahl bezeichnet. Während der Zeit nach einem Sendevorgang summieren ein oder mehrere Empfangsstrahlformer die von jedem Kanal aufgenommene Energie kohärent auf, wobei die Phasendrehungen oder -verzögerungen dynamisch verändert werden, um längs der gewünschten Abtastzeilen in Entfernungen, die zu der verstrichenen Zeit proportional sind, eine maximale Empfindlichkeit hervorzubringen. Das sich ergebende Muster fokussierter Empfindlichkeit wird als ein Empfangsstrahl bezeichnet. Die Auflösung einer Abtastzeile ergibt sich aus der Richtwirkung des zugehörigen Paars von Sende- und Empfangsstrahlen.
Im Falle der B-Mode-Ultraschallbildgebung werden zweidimensionale Bilder von Gewebe erzeugt, wobei die Helligkeit eines Pixels auf der Intensität eines zurückgekehrten Echos basiert. Die Ausgangssignale der Strahlformerkanäle werden kohärent aufsummiert, um für jedes Abtastvolumen in der Objektregion oder in dem interessierenden Volumen einen entsprechenden Pixelintensitätswert zu bilden. Diese Pixelintensitätswerte werden logarithmisch komprimiert, scankonvertiert und anschließend als ein Bild der gescannten Anatomie angezeigt.
In der B-Mode-Ultraschallbildgebung ist das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) besonders maßgebend für die Bildqualität. Ein höheres Signal/Stör-Verhältnis (SNR) bedeutet bei einer vorgegebenen Bildgebungsfrequenz in der Regel eine tiefere Penetration. In einer Abwandlung kann auf SNR mit Blick auf eine verbesserte Auflösung verzichtet werden, indem die Bildgebung mit einer höheren Frequenz durchgeführt wird. Herkömmliche Ultraschallscanner unterstützen häufig zwei oder mehr Sendefrequenzen, die durch den Benutzer für die B-Mode-Bildgebung ausgewählt werden können. Um eine maximale Auflösung zu erzielen, können im Falle eines "unproblematischen" Patiententypus höhere Frequenzen verwendet werden, wohingegen für einen "problematischen" Patiententypus niedrigere Frequenzen verwendet werden, um die Penetration zu verbessern. Die verschiedenen Sendefrequenzwellenformen können sich außerdem in der Anzahl von Pulsen oder der Länge des Bursts unterscheiden. Im Allgemeinen werden längere Bursts (eine gesteigerte Dosierung) genutzt, um auf Kosten der Auflösung eine verbesserte Penetration zu erreichen. Die vorgewählte oder Vorgabesendefrequenz für eine vorgegebene Sonde wird gewöhnlich abhängig von der Art der Anwendung gewählt. In der Praxis sind die Unterschiede von Patient zu Patient jedoch so groß, dass die vorgewählte Sendefrequenz in der Regel nicht optimal ist.
Während Scanner nach dem Stand der Technik dem Benutzer auswählbare Bildgebungsparameter, beispielsweise Sendefrequenz, akustische Ausgangsdaten, TGC-Kurve, Dynamikbereich und Bildrahmen-Mittelungspegel, zur Verfügung stellen, die sämtliche die Empfindlichkeit und Penetration der B-Mode-Bildgebung möglicherweise erheblich beeinflussen, verfügt die Sonographiefachkraft gewöhnlich nicht über die Zeit (oder Ausbildung), um sämtliche dieser Bedienungselemente vollkommen zu optimieren. Falls sich das Scannen des Patienten als schwierig erweist, kann die Sonographiefachkraft rasch auf die niedrigste Sendefrequenz zurückgreifen, oder auf eine Abtastung mit geringerer Frequenz oder auf ein anderes Gerät umschalten. Falls andererseits der aktuelle Scan akzeptabel ist, braucht sich der Benutzer nicht um die Auswahl einer höheren Sendefrequenz für eine bessere Auflösung zu kümmern. Um den Bedienungskomfort und die Effizienz des Scanners zu verbessern, besteht ein Bedarf, die Auswahl einiger der grundlegenden Bildgebungsparameter basierend auf den tatsächlichen Bilddaten zu automatisieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Automatisieren der B-Mode-Sendewellenformeinstellung, einschließlich deren Mittenfrequenz und/oder gesamten Pulslänge auf der Grundlage von tatsächlichen Bilddaten. Zu dem Verfahren gehören die Schritte einer Analyse des mittleren SNR und der räumlichen Korrelationsstatistik in ausgewählten Kernels der Bilddaten, um zu prüfen, ob ein qualitativ hochwertiges Signal vorliegt. Durch Anordnung eines oder mehrerer der Testkernels in verhältnismäßig großer Tiefe (d.h. in der Nähe des Grundes des von dem Anwender gewählten Bildtiefenbereichs) zeigen die Testgesamtergebnisse diejenige höchstauflösende Sendewellenform, die sich bei gleichzeitiger Lieferung eines bis zu der gewünschten Tiefe ausreichend starken Signals einsetzen lässt.
Herkömmliche Bildwandler bieten dem Benutzer gewöhnlich lediglich drei Sendefrequenzen zur Auswahl an. Jeder Sendefrequenzvorgabewert legt einen Satz von Sendewellenformen für unterschiedliche Fokuszonen fest. Die mittlere Dauer (Periode) eines Zyklus innerhalb einer vorgegebenen Wellenform bestimmt deren Mittenfrequenz. Für eine feste Treiberspannung ist die gesamte Energie (Dosierung) proportional zu der Länge oder Gesamtzahl von Pulsen innerhalb der Sendewellenform. Mittels des automatisierten Abstrahlverfahrens der vorliegenden Erfindung lässt sich der optimale Satz von Sendewellenformen aus breiteren Bereichen von Frequenzen und Längen (d.h. Anzahl von Pulsen) von Sendewellenformen auswählen. Daher ist das automatisierte Abstrahlverfahren potentiell in der Lage, Wellenformen auszusenden, die besser an einen beliebigen speziellen Körperbau eines Patienten angepasst sind, was die Erzielung einer Bildqualität ermöglicht, die mit herkömmlichen Scannern nicht zu erreichen ist.
In Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet das Verfahren einer automatischen Anpassung der Sendewellenform (Impulsfolge) ein Rauschmodell der gesamten von dem Strahlformer, über den B-Mode-Prozessor bis hin zu dem Back-End-Videoprozessor verlaufenden B-Mode-Verarbeitungskette. Im Wesentlichen nutzt das Rauschmodell die Tatsache, dass die primäre Rauschquelle im Falle eines digitalen Scanners auf die Front-End-Elektronik (nämlich den Vorverstärker) zurückzuführen ist und sich als Gaußsches weißes Rauschen modellieren lässt, dessen RMS-Amplitude (für eine übliche Betriebstemperatur) genau kalibriert werden kann. Durch Nutzung der Kenntnis der genauen Bandbreiten und Verstärkungsgrade des Systems an vielfältigen Punkten in dem Signalverarbeitungspfad, und des Displaydynamikbereichsvorgabewertes und der Videograuskalenabbildung kann das Rauschmodell somit verwendet werden, um die genaue (mittlere und Wahrscheinlichkeitsverteilung der) Rauschpegelstatistik in dem B-Mode-Bild für eine beliebige Einstellung des Bedienpultverstärkungsgrads vorauszuberechnen.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird ein Bild eingefroren, um die Abspeicherung eines aktuellen Bildframes in einem Cine-Schleifenspeicher zu ermöglichen, der dann durch den Host-Computer für eine Analyse ausgelesen werden kann. Der Host-Computer ruft für eine Anzahl von Testkernels innerhalb des Bildes die aktuelle Einstellung sämtlicher relevanter Parameter des Verstärkungsgrads, der Empfangsöffnung und der Bildanzeige ab. Ein Rauschmodell wird verwendet, um das durchschnittliche Rauschniveau in jedem Kernel vorauszuberechnen. Anschließend berechnet der Host-Computer für jeden Kernel die mittlere (oder Gesamt-) Pixelintensität und vergleicht diese mit dem vorausberechneten mittleren (oder Gesamt-) Rauschpegel, der ein Maß für das mittlere SNR ist. Von einem Signal wird angenommen, dass es in einem Kernel anwesend ist, falls seine mittlere Displaypixelintensität beträchtlich über dem vorausberechneten durchschnittlichen Rauschniveau liegt. Andernfalls wird angenommen, dass der Kernel lediglich Rauschen enthält, und er wird verworfen. Für jeden Kernel, dessen mittleres SNR oberhalb eines minimalen brauchbaren Schwellwert liegt, wird (im Falle eines linearen Scannens) für jede horizontale Zeile oder (im Falle eines Sektor-Scans) für jeden Bogen von Pixeln die laterale, räumliche Autokorrelationsfunktion berechnet. Diese Werte werden anschließend gemittelt, um eine laterale, räumliche Autokorrelationsschätzung zu erhalten, deren Breite basierend auf der erwarteten Punktverwaschungsfunktion (PSF = Point Spread Function) in dem Kernel mit einem theoretischen Wert verglichen wird. Falls der Sendestrahl durch phasenverfälschende Körperwandschichten verfälscht/defokussiert wird, sollte die räumliche Korrelationsfunktionsschätzung in den unterschiedlichen Testkernels eine Breite aufweisen, die wesentlich größer ist als diejenige der theoretischen PSF.
In Übereinstimmung mit einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann jede horizontale Zeile von Pixelintensitäten transformiert und in dem räumlichen Frequenzbereich analysiert werden.
Basierend auf den vorausgehenden Analysen misst der Host-Computer anschließend die Bildqualität in jedem Testkernel. Der (für unterschiedliche Sendefokuszonen) am besten geeignete Satz von Sendewellenformen wird basierend auf der für sämtliche Testkernels kombinierten Bildqualitätsfestlegung aus einer Tabelle von Sätzen optimaler Sendewellenformen ausgewählt.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben:
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Bildgebungssystems gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild des Senders, der in dem in 1 dargestellten System verwendet wird.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines B-Mode-Bild-Rauschmodells, wie es zur Durchführung der Einstellung (der Frequenz/Länge) einer Sendewellenform gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet wird.
4 veranschaulicht schematische einen Sektor-Scan, der drei Testkernels aufweist, die in verschiedenen Tiefen und unter unterschiedlichen Winkeln ausgebreitet sind, um in der automatischen Optimierung der Abstrahlung verwendet zu werden.
1 zeigt ein Ultraschall-Bildgebungssystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Allgemeinen. Das System weist ein Transducerarray 2 auf, das auf einer Anzahl getrennt getriebener Transducerelemente 4 basiert, von denen jedes einen Ultraschallenergiestoß erzeugt, wenn es durch eine von einem Sender 8 erzeugte gepulste Wellenform mit Energie versorgt wird. Die von dem untersuchten Objekt zu dem Transducerarray 2 reflektierte Ultraschallenergie wird durch jedes Empfangstransducerelement 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt und über einen Satz von Sende/Empfangs-(T/R)-Schaltern 6 getrennt auf einen Empfänger 10 angewendet. Die T/R-Schalter 6 sind gewöhnlich Dioden, die die Empfangselektronik vor den durch die Sendeelektronik erzeugten hohen Spannungen schützen. Das Sendesignal veranlasst die Dioden, das an den Empfänger ausgegebene Signal zu sperren oder zu begrenzen. Der Sender 8 und der Empfänger 10 werden unter der Kontrolle eines Host-Computers (d.h. Mastercontrollers) 26 betrieben. Ein vollständiger Scandurchlauf wird durchgeführt, indem eine Serie von Echos akquiriert wird, wobei der Sender 8 momentan auf EIN zeitgefiltert wird, um jedes Transducerelement 4 in der Abstrahlöffnung mit Energie zu versorgen, und die darauf durch jedes Transducerelement 4 erzeugten Echosignale werden an den Empfänger 10 angewandt. Der Empfänger 10 führt die von jedem Transducerelement stammenden gesonderten Echosignale zusammen, um ein einzelnes Echosignal her vorzubringen, das verwendet wird, um auf einem Anzeigemonitor 22 eine Zeile in einem Bild hervorbringen.
Die Signaleingaben des Empfängers sind die analogen Niederspannungs-HF-Signale von den Transducerelementen. Der Empfänger sorgt für eine Analog-Digital-Konvertierung und für das Empfangsstrahlformen. In Basisbandbildgebungssystemen wird das Strahlsummensignal an einen Demodulator 12 ausgegeben, der das Strahlsummensignal in Basisband-In-Phase-I und Quadratur-Q-Empfangsstrahlen umwandelt. Die I- und Q-Schalldatenvektoren von dem Demodulator 12 werden an entsprechende FIR-Filter 14 übergeben, die mit Filterkoeffizienten programmiert sind, um ein Band von Frequenzen durchzulassen, das vorzugsweise bei der Grundfrequenz f₀ der Sendewellenform oder bei einer (sub)harmonischen Frequenz davon zentriert ist.
Die Vektoren von I- und Q-Schalldaten werden optional einem (nicht gezeigten, jedoch gewöhnlich zwischen dem Empfänger und dem Filter angeordneten) TGC/LGC-Block unterworfen, der eine Zeitverstärkungsgradkompensation und/oder einer Verstärkungsgradkompensation in lateraler Richtung ermöglicht. Die Zeitverstärkungsgradkompensation nimmt an dem Bild in der axiale Richtung eine Feinabstimmung vor, indem der Verstärkungsgrad in Abhängigkeit von der Tiefe (Zeit) für sämtliche empfangene Vektoren erhöht oder verringert wird. Laterale Verstärkungsgradkompensation nimmt an dem Bild in seitlicher Richtung eine Feinabstimmung vor, indem der Verstärkungsgrad in Abhängigkeit von einer seitlichen Position (Strahl- oder Vektorposition) erhöht oder verringert wird. In dem zuvor erwähnten Fall wird der Verstärkungsgrad in kleinen Zeilen des Bildes gesteuert. In dem letzteren Fall wird der letzteren Fall wird der Verstärkungsgrad in kleinen Sektoren des Bildes gesteuert.
Nach der TGC/LGC werden die akustischen Daten an einen B-Mode-Prozessor 16 übermittelt, der die I- und Q-Schalldaten in eine logarithmisch komprimierte Version der Signalhüllkurve umwandelt. Die B-Mode-Funktion bildet die zeitlich veränderliche Amplitude der Hüllkurve des Signals als eine Grauskala ab. Die Hüllkurve eines Basisbandsignals ist der Betrag des Vektors, den I und Q repräsentieren. Der I,Q-Phasenwinkel wird in der B-Mode-Anzeige nicht verwendet. Der Betrag (d.h. die Intensität) des Signals ist gleich der Quadratwurzel aus der Quadratsumme der senkrechten Komponenten, d.h. (I² + Q²)^1/2.
Die B-Mode-Intensitätsdaten werden an einen Scan-Transducer 18 ausgegeben, der einen B-Mode-Schallzeilenspeicher, an den sich ein X-Y-Displayspeicher anschließt. Der Schallzeilenspeicher nimmt die verarbeiteten Vektoren von B-Mode-Intensitätsdaten entgegen, interpoliert diese, falls erforderlich, und führt außerdem die Koordinatentransformation der B-Mode-Intensitätsdaten von einem Polarkoordinaten- (R-θ)-Sektorformat oder Format eines linearen kartesischen Koordinatensystems zu geeignet kalibrierten Pixelintensitätsdaten eines kartesischen Koordinatendisplays durch, die in dem X-Y-Displayspeicher gespeichert werden.
Die scankonvertierten Frames werden an einen Videoprozessor 20 übermittelt, der die Pixelintensitätsdaten in die Videoframerate umwandelt und die Pixelintensitätsdaten anschließend für eine Videowiedergabe in eine Grauskalenabbildung transformiert. Ein herkömmliches Ultraschall- Bildgebungssystem verwendet gewöhnlich vielfältige Grauskalenabbildungen, die einfache Übertragungsfunktionen der unverarbeiteten Intensitätsdaten sind, um auf dem Schirm Grauwerte wiederzugeben. Die Grauwertbildframes werden anschließend zur Wiedergabe an den Anzeigemonitor 22 übermittelt.
Die auf dem Monitor 22 wiedergegebenen B-Mode-Bilder werden anhand eines Bildframes von Daten erzeugt, in denen jedes Datenelement die Intensität oder Helligkeit eines entsprechenden Pixels in dem Display angibt. Ein Bildframe kann z.B. auf einer 256 × 256-Datenmatrix basieren, in der jedes Displaypixelintensitätsdatenelement eine die Pixelhelligkeit kennzeichnende 8-Bit-Binärzahl ist. Jedes Pixel weist einen Intensitätswert auf, der eine Funktion des Rückstreuungsquerschnitts eines entsprechenden Abtastvolumens in Reaktion auf ein Abfragen von Ultraschallpulsen und der verwendeten Grauskalenabbildung ist. Das wiedergegebene Bild stellt das Gewebe und/oder den Blutstrom in einer Ebene dar, die durch den abzubildenden Körper verläuft.
Aufeinanderfolgende Frames von Displaypixelintensitätsdaten werden auf der Grundlage des FIFO-Prinzips (d.h., zuerst Abgelegtes wird als erstes bearbeitet) in einem Cine-Schleifenspeicher 24 gespeichert. Die Speicherung kann kontinuierlich oder anlässlich eines externen Triggerereignisses erfolgen. Der Cine-Schleifendspeicher 24 ist mit einem zirkulären Bildpuffer vergleichbar, der im Hintergrund arbeitet, indem er Bilddaten aufnimmt, die dem Benutzer in Echtzeit angezeigt werden. Wenn der Benutzer (durch Betätigung einer auf der Anwenderschnittstelle 28 vorhandenen geeigneten Vorrichtung) das System "einfriert", ist er in der Lage, Bilddaten anzusehen, die zuvor in dem Cine-Schleifendspeicher aufgenommen wurden.
Die Systemsteuerung ist zentral in einem Hostrechner 26 untergebracht, der über die Anwenderschnittstelle 28 (z.B. ein Bedienfeld) Bedienereingaben entgegen nimmt und seinerseits die vielfältigen Subsysteme steuert. Der Host-Computer 26 führt Funktionen auf der Systemebene durch. Ein (nicht gezeigter) Systemsteuerbus bildet die Schnittstelle zwischen dem Hostrechner und den Subsystemen. Ein (nicht gezeigter) Scan-Controller gibt an die vielfältigen Subsystemen in Echtzeit (Schallvektorraten-) Steuereingaben aus. Der Scan-Controller wird durch den Hostrechner mit den Vektorfolgen und Synchronisationsoptionen für Schall-Frame-Akquisitionen programmiert. Der Scan-Controller steuert somit die Verteilung und Dichte des Strahls. Der Scan-Controller übermittelt die von dem Hostrechner erzeugten Strahlparameter über einen (nicht gezeigten) Scansteuerbus an die Subsysteme.
In Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Optimierung der Abstrahlung durchgeführt, indem ein digitaler Sendeimpulsfolgenspeicher 36 programmiert wird (siehe 2). Jedes Transducerelement in der Abstrahlöffnung wird durch eine Pulswellenform gepulst, die durch einen entsprechenden Pulsgenerator 30 in Reaktion auf eine entsprechende Sendeimpulsfolge ausgegeben wird, die von dem Sendeimpulsfolgenspeicher 36 an jenen Pulsgenerator ausgegeben wurde. Die Frequenz und Länge jeder Pulswellenform ergibt sich aus der entsprechenden Sendeimpulsfolge. Falls beispielsweise der Pulsgenerator 30 bipolar ist, werden +1- und –1-Elemente einer Sendeimpulsfolge durch den Pulsgenerator in Impulse mit entgegenge setzter Phase transformiert, während 0-Elemente kein Impuls bedeuten. Die Tastzyklus- oder Impulsbreite ist proportional zu der Anzahl von aufeinanderfolgenden +1- oder –1-Werten in der Sendeimpulsfolge.
Gesteuert durch den Host-Computer 26 treibt der Sender 8 das Transducerarray, so dass die Ultraschallenergie als ein gerichteter fokussierter Strahl abgestrahlt wird. Um eine Fokussierung zu erreichen, werden den Pulsgeneratoren 30 durch einen Sendefokusverzögerungsblock 34 entsprechende Zeitverzögerungen eingeprägt, während entsprechende Pulsamplituden durch einen Sendepegelsteuerungsblock 32 eingestellt werden. Der Host-Computer 26 ermittelt die Bedingungen, unter denen die Schallimpulse abzustrahlen sind. Anhand dieser Daten werden die Sendefokusverzögerungs- bzw. Sendepegelsteuerungsblöcke die Zeitsteuerung und die Amplitude jedes der durch die Pulsgeneratoren 30 zu erzeugenden Sendepulse bestimmen, während die Frequenz und Länge der Sendepulse durch die Sendeimpulsfolgen bestimmt werden.
Gemäß 1 übermitteln die Pulsgeneratoren die Sendepulse über die T/R-Schalter 6 an jedes der Elemente 4 des Transducerarrays 2. Durch geeignetes Einstellen der Sendefokuszeitverzögerungen in einer herkömmlichen Weise lässt sich ein Ultraschallstrahl auf eine Sendefokusposition richten und fokussieren.
Das Verfahren der automatischen Optimierung der Abstrahlung kann durch den Host-Computer als Software implementiert werden. Ein Schlüsselkomponente des Verfahrens basiert auf einem Rauschmodell der gesamten B-Mode-Verarbeitungskette von dem Strahlformer über den B-Mode-Prozessor bis hin zu dem Back-End-Videoprozessor. Das Bild rauschmodell wird für eine vorgegebene Position (x, y) in dem B-Mode-Bildframe verwendet, um den Rauschpegel (als eine B-Modeintensität oder als ein Grauwert) an der betreffenden Position vorauszuberechnen. Im Falle herkömmlicher digitaler Scanner basiert das Bildrauschmodell auf einigen Schlüsselkomponenten, deren Einzelheiten von der speziellen Konstruktion des Subsystems für einen speziellen Scanner abhängen. Die für jede Komponente verwendeten Rauschpegel/Verstärkungsgrad-Berechnungen in der Konstruktion von Systemen sind standardmäßig ausgeführt, weshalb im Folgenden lediglich die Hauptfunktion jeder Komponente beschrieben wird.
Ein für die Verwendung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung geeignetes B-Mode-Bildrauschmodell ist im Allgemeinen in 3 dargestellt. Das Front-End-Rauschmodell (Block 38) berechnet den Gaußschen Rauschpegel, der durch die Front-End-Elektronik (z.B. den Vorverstärker) in einem einzelnen Empfangskanal erzeugt wird, sowie ein der Analog-Digital-Konvertierung zugeordnetes eventuelles Quantisierungsrauschen. Der analoge Elektronikrauschpegel wird häufig als thermischer Rauschpegel bezeichnet und kann für einen vorgegebenen Temperaturbereich genau kalibriert werden. Abhängig von der elektrischen Impedanz des Transducers, der mit dem Front-End verbunden ist, kann der thermische Rauschpegel eine flache spektrale Leistungsdichte aufweisen oder auch nicht.
Die Anzahl der zu dem Rauschpegel beitragenden Empfangskanäle hängt von der Größe der Empfangsöffnung ab, die durch das Empfangsöffnungsmodell (Block 40) basierend auf den bekannten Öffnungssteuerungsparametern (d.h. F-Zahl und Schattenbildung) für die vorgegebene Sonde und (x, y)- Schattenbildung) für die vorgegebene Sonde und (x, y)-Position berechnet wird.
Das Front-End-Verstärkungsgradmodell (Block 42) berechnet den gesamten Rauschpegel sämtlicher unabhängiger Empfangskanäle und bezieht die Effekte sämtlicher in dem Strahlformer vorhandener Filterverstärkungsgrade, beispielsweise eine eventuelle TGC/LGC, mit ein.
Das B-Mode-Verarbeitungsmodell (Block 44) stellt den Rauschpegel für die Rauschpegelverstärkungsgrade ein, die in dem B-Mode-Detektor und -filtern, einschließlich einer Scankonvertierung, auftreten. Eine standardmäßige Rauschpegeltheorie besagt, dass die erfasste Hüllkurve eines Gaußschen Rauschens der Rayleigh-Wahrscheinlichkeitsverteilung gehorcht, die durch ihre Varianz vollständig spezifiziert ist.
Das Displayverarbeitungsmodell (Block 46) ist für die Wirkungen einer logarithmischen Kompression und Grauskalenabbildung zuständig und gibt die für die an der eingegebenen (x, y)-Position in dem Bild vorherberechnete Rauschpegelverteilung aus.
Das oben beschriebene Rauschmodell wird durch den Host-Computer abgearbeitet. Vor der Abarbeitung des Rauschmodells muss der Host-Computer sämtliche relevanten internen und externen Systemvorgabewerte auslesen, beispielsweise die aktuelle TGC-Kurve, die Sendefokuszonenpositionen, die Bildtiefe, die Empfangsöffnung, den Displaydynamikbereichvorgabewert und den Grauskalenabbildungsvorgabewert. Der Host-Computer speist diese Parameter anschließend in die vielfältigen Komponenten des Bildrauschmodells ein.
Der Host-Computer führt außerdem den Algorithmus der automatischen Optimierung der Abstrahlung durch. Es wird angenommen, dass für das Scannen des Patienten die Wahl der voreingestellten (vorgewählten) Sendefrequenz verwendet wird, die möglicherweise nicht optimal ist. Die automatische Optimierung der Abstrahlung kann über einen einzigen Druckknopf (oder eine frei belegbare Funktionstaste) aktiviert werden. Die Hauptschritte in dem Algorithmus der Optimierung der Abstrahlung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden im folgenden erläutert.
In Antwort auf eine Aktivierung der Funktion der automatischen Optimierung der Abstrahlung wird das Bild momentan eingefroren, um eine Abspeicherung eines oder mehrerer der zuletzt gewonnenen Bildframes in dem Cine-Schleifenspeicher zu ermöglichen, der dann durch den Host-Computer für eine Analyse ausgelesen werden kann. Falls mehr als ein Bildframe verwendet wird, wird eine Mittelwert gebildet, um vor einer Bildanalyse statistische Schwankungen auszugleichen.
Der Host-Computer legt anschließend innerhalb des Bildframes (sei dieser einzeln oder gemittelt) eine Anzahl von Testkernels fest. 4 zeigt die Position von Testkernels 50 in Bezug auf ein Sektor-Scan-Bild 48. Wie aus 4 zu entnehmen, können die Testkernels 50 indem Bild 48 an verschiedenen Positionen angeordnet sein, wobei mindestens eine Position sich in der Nähe des Grundes des Bildkeiles befindet. Es ist bevorzugt, mehr als einen Testkernel zu verwenden, da ein beliebiger Kernel möglicherweise zufällig innerhalb einer reflexionsfreien Region (z.B. in einem Hohlraum) liegt, was zu einem Alarm führen kann, der fehlerhaft eine unzureichende Penetration des gesendeten Strahls anzeigt. Jeder der Testkernels sollte (hinsichtlich der Pixelanzahl) ausreichend groß sein, um die Dimensionen der erwarteten PSF innerhalb des Kernels bei dem Pegel von etwa –30 dB mehrere Male abzudecken. Der PSF-Schätzwert kann durch standardmäßige Strahlprofilsimulationen oder durch eine experimentelle Kalibrierung vorbestimmt sein. Die Testkernelabmessungen sind im Falle eines Sektor- oder krummlinigen Scans (wie in 4 gezeigt) vorzugsweise durch übereinstimmende Bereichs- und Vektorwinkelabstände definiert; im Falle eines linearen Scans sind die Testkernels Rechtecke oder Quadrate.
Der Host-Computer ruft anschließend, wie zuvor beschrieben, für jeden Testkernel die aktuellen Einstellungen sämtlicher relevanter Systemparameter der Verstärkungsgrade, Empfangsöffnung und Bildanzeige ab. Diese Vorgabewerte können gewöhnlich aus sonstigen Systemprogrammen ausgelesen oder anhand bekannter Systemparameter berechnet werden. Diese Parameterwerte werden in das Rauschmodell eingegeben, um das durchschnittliche Rauschniveau in jedem Testkernel vorauszuberechnen.
Der Host-Computer berechnet anhand der aus dem Cine-Schleifenspeicher ausgelesenen Daten für jeden Testkernel die Durchschnittspixelintensität. Anschließend berechnet der Host-Computer für jeden Testkernel das Verhältnis der Durchschnittspixelintensität zu dem vorherberechneten mittleren Rauschpegelverhältnis. Dieses ist kennzeichnend für das SNR in jedem Testkernel.
Falls das SNR in einem vorgegebenen Testkernel oberhalb eines minimalen akzeptablen Schwellwerts (z.B. 15 dB) liegt, berechnet der Host-Computer für jede horizontale Zeile (im Falle eines linearen Scans) oder für jeden Bogen (im Falle eines Sektor- oder krummlinigen Scans) von Pixeln in dem Testkernel außerdem die laterale, räumliche Autokorrelationsfunktion, und bildet den Mittelwert jener Werte, um eine laterale, räumliche Autokorrelationsschätzung zu erhalten. Der Host-Computer ermittelt anschließend die Breite der Korrelationsfunktionsschätzung (z.B. die Breite bei –6 dB) und vergleicht diese (basierend auf der erwarteten PSF in dem Kernel) mit dem theoretischen Wert. Falls der Sendestrahl durch phasenverfälschende Grundkörperwandschichten verfälscht/defokussiert wird, sollte die räumliche Korrelationsfunktionsschätzung in den vielfältigen Testkernels eine Breite aufweisen, die wesentlich größer ist als diejenige der theoretischen PSF. Optional kann die räumliche Korrelationsfunktionsberechnung längs der axialen Richtung wiederholt werden.
In Übereinstimmung mit alternativen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann jede horizontale Zeile oder jeder Bogen von Pixelintensitäten transformiert und in dem räumlichen Frequenzbereich analysiert werden. Die Fouriertransformation der räumlichen Korrelationsfunktion sollte identisch zu dem Leistungsspektrum der Pixelintensitäten des Raumbereichs sein.
Allgemeine Praxis ist es, den von einem beliebigen streuenden Gewebemedium rückgestreuten Ultraschall durch ein Gaußsches Zufallsverfahren zu beschreiben, das durch dessen Statistik erster Ordnung (d.h. einer Amplitudenstatistik, die den Mittelwert und die Varianz beinhaltet) und durch dessen Statistik zweiter Ordnung (d.h. der räumlichen Korrelation) vollständig spezifiziert werden kann. Daher stellen die durch den Host-Computer ausgeführten Analysen, wie sie oben dargelegt sind, sämtliche Daten zur Verfügung, um die Bildqualität in jedem Kernel zu messen. Durch Anwenden einer geeigneten Schwellwertlogik basierend auf dem SNR und den Breiten räumlicher Korrelation kann jedes Testkernel entsprechend einer mehrstufigen Bildqualitätsskala klassifiziert werden. Für jedes Bildqualitätsniveau kann ein (für unterschiedliche Fokuszonen) optimaler Satz von Sendewellenformen vorbestimmt werden. Basierend auf der kombinierten Bildqualitätsfestlegung für sämtliche Testkernels wird der am besten geeignete Sendewellenformsatz ausgewählt. Falls beispielsweise sämtliche Testkernels ein unzureichendes SNR aufweisen, kann das Bildqualitätsrating am niedrigsten sein, wobei hierfür automatisch die niedrigste Frequenz oder die längste Sendewellenform aktiviert werden kann. Falls das SNR andererseits sogar bei dem tiefsten Testkernel beispielsweise 10 dB oberhalb des "guten SNR-Pegels" liegt, kann automatisch ein kürzerer Sendeburst abgestrahlt werden, der 10 dB mehr Dämpfungsverlust vertragen sollte als die aktuelle Sendewellenform, um die Auflösung in großer Tiefe zu maximieren. In einer Abwandlung wird, falls lediglich ein Testkernel vorhanden ist, der optimale Sendewellenformsatz ausgewählt, der dem Bildqualitätsniveau jenes einzelnen Testkernels entspricht.
Die vorausgehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele wurden zum Zwecke einer Veranschaulichung offenbart. Veränderungen und Modifikationen des Konzepts der Erfindung werden dem Fachmann ohne weiteres einleuchten. Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Funktion der automatisierten Optimierung der Abstrahlung nicht auf eine Durchführung in einem Basisbandsystem beschränkt, sondern kann in Systemen verwirklicht werden, in denen das HF-Signal ohne eine Demo dulation zu einem Basisband verarbeitet wird. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht auf eine Verarbeitung von Displayintensitätsdaten beschränkt. Im Falle von Systemen, bei denen die akustische oder R-θ-Daten (vor einer Scankonvertierung) in einem Cine-Schleifenspeicher gespeichert werden, lässt sich der Algorithmus der automatischen Optimierung der Abstrahlung auf die unverarbeiteten akustischen Daten anstelle der Pixelintensitätsdaten anwenden. Die Erfindung findet ebenfalls Anwendung in Fällen, wo sich die Sendewellenformen für unterschiedliche Fokuszonen nicht ändern.
In dem in den Ansprüchen verwendeten Sinne bezieht sich der Begriff "akustische Daten" auf das bei einem beliebigen Ort zwischen dem Transducer und dem Scan-Transducer empfangene Signal; und der Begriff "Pixelintensitätsdaten" bezieht sich auf die scankonvertierten Signale vor der Grauskalenabbildung. Der Begriff "Signal enthaltender Kernel", bezeichnet in dem in den Ansprüchen verwendeten Sinne einen Kernel, der eine Durchschnittspixelintensität aufweist, die das für dasselbe Kernel vorausberechnete durchschnittliche Rauschniveau um ein vorbestimmtes Quantum überschreitet. Es ist ferner klar, dass eine Berechnung des Pixelintensitätsgesamtwerts innerhalb eines Kernels mit der Berechnung der Durchschnittspixelintensität, wie sie in den Ansprüchen aufgeführt ist, äquivalent ist.

Claims

System zur Bildgebung biologischer Gewebe, mit: einem Ultraschalltransducerarray (2) mit einer Vielzahl von Transducerelementen (4), einem Transmitter (8) zur Ansteuerung des Transducerarrays, um in einem ersten Scan Ultraschallstrahlen auszusenden, wobei die Ultraschallstrahlen des ersten Scans unter Nutzung eines ersten Satzes von Sendewellenformen gebildet werden, einem Empfänger (10) zur Ausbildung von Empfangsstrahlen akustischer Daten, die von den Echosignalen erhalten sind, die auf die Sendungen folgend von dem Transducerarray erfasst worden sind, einer Signalverarbeitungskette (12, 14, 16, 18) zur Umwandlung der akustischen Daten in einen Satz von Pixelintensitätsdaten, die dem ersten Scan entsprechen, einem Displaysubsystem (20, 22) zur Wiedergabe eines Bildes, das einen Bildframe von Wiedergabedaten repräsentiert, die von dem Satz der Pixelintensitätsdaten erhalten worden sind, und mit einem Computer (26), der so programmiert ist, dass er die folgenden Schritte ausführt: (a) Berechnen eines Signalrauschverhältnisses für ein Testkernel (50) von Pixelintensitätsdaten, die aus dem Satz der Pixelintensitätsdaten extrahiert worden sind, (b) Bestimmen eines zweiten Satzes von Sendewellenformen als Funktion des Signalrauschverhältnisses des Testkernels (50) und (c) Aussenden von Signalen zu dem Transmitter, um diesen Transmitter zu veranlassen, während eines zweiten Scans Ultraschallstrahlen auszusenden, die unter Nutzung des zweiten Satzes von Sendewellenformen gebildet worden sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Computer (26) außerdem so programmiert ist, dass der Schritt der Berechnung des Signalrauschverhältnisses die Berechnung einer lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung für einen ersten Testkernel von Pixelintensitätsdaten enthält, die aus dem ersten Satz von Pixelintensitätsdaten extrahiert worden sind, wobei der Bestimmungsschritt beinhaltet, dass der zweite Satz von Sendewellenformen als Funktion des Signalrauschverhältnisses und der ersten lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung des ersten Testkernels bestimmt wird.
System nach Anspruch 2, bei dem der Computer (26) das Signalrauschverhältnis berechnet, indem er für den ersten Testkernel der Pixelintensitätsdaten eine durchschnittliche Pixelintensität berechnet und indem er für den ersten Testkernel der Pixelintensitätsdaten ein vorausgesagtes durchschnittliches Rauschniveau als eine Funktion der gegenwärtigen Einstellungen aller relevanten Systemparameter berechnet, wobei die Funktion auf einem Rauschmodell beruht.
System nach Anspruch 2, bei dem der Computer (28) die laterale räumliche Autokorrelationsschätzung durch Berechnung einer räumlichen Autokorreiationsfunktion für jede laterale Linie von Pixelintensitätsdaten in dem ersten Testkernel berechnet und die für alle lateralen Linien erhaltenen Ergebnisse mittelt.
System nach Anspruch 2, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen, der von dem Computer (26) durchgeführt wird, den Schritt beinhaltet, dass bei einem vorbestimmten Niveau eine Breite der lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung bestimmt wird.
System nach Anspruch 2, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen, der von dem Computer (26) durchgeführt wird, die folgenden Schritte aufweist: (a) Speichern eines Satzes entsprechender optimaler Sendewellenformen für jedes Bildqualitätsniveau einer mehrschichtigen Bildqualitätsskala, (b) Klassifizieren des ersten Testkernels entsprechend der mehrschichtigen Bildqualitätsskala durch Zuordnen eins der Bildqualitätsniveaus als Funktion des Signalrauschverhältnisses und der lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung und (c) Auswählen des optimalen Sendewellenformsatzes entsprechend dem zugeordneten Bildqualitätsniveau.
System nach Anspruch 2, bei dem der Computer (26) außerdem eine axiale räumliche Autokorrelationsschätzung durch Berechnung einer räumlichen Autokorrelationsfunktion für jede axiale Linie von Bildintensitätsdaten in dem ersten Testkernel berechnet und die Ergebnisse für alle axialen Linien mittelt.
System nach Anspruch 2, bei dem der Sender (8) so programmiert ist, dass er eine erste Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer ersten Mittenfrequenz, die auf eine erste Sendefokuszone fokusiert ist, und eine zweite Sendewellenform des zweiten Satzes aussendet, die eine zweite Mittenfrequenz aufweist, die von der ersten Mittenfrequenz abweicht und die auf eine zweite Sendefokuszone gerichtet ist, die von der ersten Sendefokuszone abweicht.
System nach Anspruch 2, bei dem der Transmitter (8) so programmiert ist, dass er eine erste Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer ersten Länge aussendet, die in eine erste Sendefokuszone gerichtet ist, und dass er eine zweite Sendewellenform des zweiten Satzes aussendet, die eine zweite von der ersten Länge abweichende Länge aufweist und die in eine zweite von der ersten Sendefokuszone abweichende Sendefokuszone gerichtet ist.
System nach Anspruch 2, bei dem der Computer (26) außerdem so programmiert ist, dass er den Schritt des Berechnens eines Signalrauschverhältnisses und einer lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung für zusätzliche Testkernels von Pixelintensitätsdaten durchführt, die aus dem Satz von Pixelintensitätsdaten extrahiert worden sind, wobei der zweite Satz von Sendewellenformen als Funktion des Signalrauschverhältnisses und der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzungen für alle Testkernels bestimmt wird.
System nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens eines zweiten Satzes von Sendewellenformen der von dem Computer (26) durchgeführt wird, die Schritte aufweist: (a) Speichern eines entsprechenden optimalen Sendewellenformensatzes für jedes Bildqualitätsniveau einer mehrschichtigen Bildqualitätsskala, (b) Klassifizieren aller Testkernels (50) entsprechend der mehrschichtigen Bildqualitätsskala durch Zuordnen eines entsprechenden Bildqualitätsniveaus zu jedem Testkernel als Funktion der Signalrauschverhältnisse und der lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzungen und (c) Selektieren eines optimalen Sendewellenformsatzes auf der Basis einer kombinierten Bildqualitätsfestlegung für alle Testkernels (50).
System nach Anspruch 2, bei dem der Transmitter (8) das Transducerarray (2) ansteuert, um in aufeinanderfolgenden Scans Ultraschallstrahlen auszusenden, und wobei der Computer (26) außerdem im Schritt (a) so programmiert ist, dass er das Signalrauschverhältnis und die laterale räumliche Autokorrelationsschätzung für jeden der mehreren Testkernels von Pixelintensitätsdaten berechnet, die aus einem Durchschnitt der entsprechenden Sätze von Pixelintensitätsdaten extrahiert worden sind.
System nach Anspruch 12, bei dem der Computer (26) das Signalrauschverhältnis berechnet, indem er für jedes Testkernel (50) der gemittelten Pixelintensitätsdaten eine Durchschnittspixelintensität berechnet und indem er für jedes Testkernel gemittelter Pixelintensitätsdaten ein vorhergesagtes durchschnittliches Rauschniveau als eine Funktion der aktuellen Einstellungen aller einschlägiger Systemparameter berechnet, wobei die Funktion auf einem Rauschmodell basiert.
System nach Anspruch 12, bei dem der Computer 26 die laterale räumliche Autokorrelationsschätzung für jedes Testkernel berechnet, indem er für jede laterale Linie der gemittelten Pixelintensitätsdaten in dem entsprechenden Testkernel eine räumliche Autokorrelationsfunktion berechnet und die Resultate aller lateralen Linien mittelt.
System nach Anspruch 12, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen, der von dem Computer (26) durchgeführt wird, den Schritt beinhaltet, dass für jedes Testkernel (50) eine Breite der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzung bei einem vorbestimmten Niveau bestimmt wird.
System nach Anspruch 12, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen, der von dem Computer durchgeführt wird, die Schritte enthält: (a) Speichern eines entsprechenden optimalen Sendewellenformensatzes für jedes Bildqualitätsniveau einer mehrschichtigen Bildqualitätsskala, (b) Klassifizieren jedes der Testkernels entsprechend der mehrschichtigen Bildqualitätsskala durch Zuordnen eines der Bildqualitätsniveaus zu jedem Testkernel als eine Funktion des entsprechenden Signalrauschverhältnisses und der entsprechenden lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung und (c) Auswählen der am meisten geeigneten, der optimalen Sendewellenformensätze auf Basis eines kombinierten Bildqualitätsratings für alle Testkernels.
Verfahren zur automatischen Optimierung einer Sendewellenform in einem bildgebenden Ultraschallsystem mit den folgenden Schritten: (a) Aussenden von Ultraschallstrahlen in einem ersten Scan, die unter Nutzung eines nicht optimalen Satzes von Sendewellenformen gebildet worden sind, (b) Akquirieren eines Bildframes von Pixelintensitätsdaten in dem ersten Scan, (c) Auswählen eines Testkernels in dem Bildframe der Pixelintensitätsdaten, (d) Berechnen eines Signalrauschverhältnisses für das Testkernel der Pixelintensitätsdaten (e) Bestimmen eines optimalen Satzes von Sendewellenformen als Funktion des Signalrauschverhältnisses des Testkernels und (f) Aussenden von Ultraschallstrahlen in einem zweiten Scan, die unter Nutzung des optimalen Satzes von Sendewellenformen gebildet worden sind.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem außerdem die Berechnung einer lateralen, räumlichen Autokorrehationsschätzung für den ersten Testkernel von Pixelintensitätsdaten durchgeführt wird, wobei der Schritt der Bestimmung (e) beinhaltet, dass ein optimaler Satz von Sendewellenformen als Funktion des Signalrauschverhältnisses und der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzung für das erste Testkernel bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem außerdem der Schritt vorgesehen wird, dass die aktuellen Einstellungen aller interessierenden Systemparameter bei dem bildgebenden Ultraschallsystem abgerufen werden, wobei der Schritt des Berechnens des Signalrauschverhältnisses die Schritte beinhaltet: Berechnen einer durchschnittlichen Pixelintensität für das erste Testkernel der Pixelintensitätsdaten und Berechnen eines vorausgesagten Durchschnittsrauschniveaus für das erste Testkernel von Pixelintensitätsdaten als Funktion der aktuellen Einstellungen aller interessierenden Systemparameter, wobei die Funktion auf einem Rauschmodell beruht.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die laterale räumliche Autokorrelationsschätzung durch Berechnen einer räumlichen Autokorrelationsfunktion für jede laterale Linie der Pixelintensitätsdaten in dem ersten Testkernel und nachfolgende Mittelung der Ergebnisse für alle lateralen Linien berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt der Ermittlung eines optimalen Satzes von Sendewellenformen den Schritt beinhaltet, dass bei einem vorbestimmten Niveau eine Breite der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen die Schritte beinhaltet: (a) Speichern eines entsprechenden optimalen Sendewellenformsatzes für jedes Bildqualitätsniveau einer mehrschichtigen Bildqualitätsskala, (b) Klassifizieren des ersten Testkernels gemäß der mehrschichtigen Bildqualitätsskala durch Zuordnen eines der Bildqualitätsniveaus als Funktion des Signalrauschverhältnisses und der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzung und (c) Auswählen des optimalen Sendewellenformensatzes entsprechend des zugeordneten Bildqualitätsniveaus.
Verfahren nach Anspruch 18, das außerdem die Schritte beinhaltet, dass eine axiale räumliche Autokorrelationsschätzung berechnet wird, indem für jede axiale Li nie der Pixelintensitätsdaten in dem ersten Testkernel eine räumliche Autokorrelationsfunktion berechnet und die Ergebnisse für alle axialen Linien gemittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Aussendens von Ultraschallstrahlen in einem zweiten Scan, die unter Nutzung des Satzes optimaler Sendewellenformen gebildet worden sind, die Schritte beinhaltet: Aussenden einer ersten Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer ersten Mittenfrequenz, die in eine erste Sendefokuszone gerichtet ist und Senden einer zweiten Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer zweiten Mittenfrequenz, die von der ersten Mittenfrequenz abweicht und die in eine zweite Sendefokuszone gerichtet ist, die von der ersten Sendefokuszone abweicht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Aussendens des Ultraschallstrahls in einem zweiten Scan, der unter Nutzung des optimalen Satzes von Sendewellenformen gebildet worden ist, die Schritte beinhaltet: Aussenden einer ersten Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer ersten Länge und Fokussierung in eine erste Sendefokuszone und Aussenden einer zweiten Sendewellenform des zweiten Satzes mit einer zweiten Länge, die von der ersten Länge abweicht und Ausrichtung in eine zweite Sendefokuszone, die von der ersten Sendefokuszone abweicht.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem außerdem der Schritt der Berechnung eines Signalrauschverhältnisses und einer lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzung für zusätzliche Testkernels von Pixelintensitätsdaten vorgesehen ist, die aus dem Satz von Pixelintensitätsdaten extrahiert worden sind, wobei der zweite Satz von Sendewellenformen als eine Funktion der Signalrauschverhältnisse und der lateralen räumlichen Autokorrelationsschätzungen für alle Testkernels bestimmt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Schritt der Bestimmung eines zweiten Satzes von Sendewellenformen die Schritte beinhaltet: (a) Speichern eines entsprechenden optimalen Sendewellensatzes für jedes Bildqualitätsniveau einer mehrschichtigen Bildqualitätsskala, (b) Klassifizieren aller Testkernels entsprechend der mehrschichtigen Bildqualitätsskala durch Zuordnen eines entsprechenden Bildqualitätsniveaus zu jedem Testkernel als Funktion der Signalrauschverhältnisse und der lateralen, räumlichen Autokorrelationsschätzungen und (c) Auswählen eines optimalen Sendewellenformensatzes auf Basis eines kombinierten Bildqualitätsratings für alle Testkernels.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der erste Scan n Scans umfasst, wobei n eine ganze Zahl mit n > 1 ist, der Akquisitionsschritt (b), der das Akquirieren des Bildframes beinhaltet, die Akquisition von n Bildframes von Pixelintensitätsdaten, während der n Scans beinhaltet, wobei das Verfahren außerdem die Mittelung der n Bildframes der Pixelintensitätsdaten beinhaltet, um ein Bildframe mit gemittelten Pixelintensitätsdaten zu bilden, wobei der Selektionsschritt (d) das Selektieren eines Testkernels in dem Bildframe gemittelter Pixelintensitätsdaten beinhaltet, der Berechnungsschritt (e) das Berechnen des Signalrauschverhältnisses für den Testkernel gemittelter Pixelintensitätsdaten beinhaltet und wobei der Sendeschritt (g) das Aussenden von Ultraschallstrahlen beinhaltet, die unter Nutzung des optimalen Satzes von Sendewellenformen während eines (n + 1)ten Scans gebildet worden sind.