HU231325B1 - Ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására szolgáló eljárás és ultrahang berendezés - Google Patents

Description

Ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására szolgáló eljárás és ultrahang berendezés

A találmány ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására szolgáló eljárásra és az eljárás végrehajtására szolgáló ultrahang berendezésre vonatkozik.

A hipertermiás orvosi alkalmazások egyik gyenge pontja az alkalmazott eszközökkel a szervezetben kialakított hőmérsékleti viszonyok gyenge meghatározhatósága. A kapcsolódó kutatások in-vitro (élő szervezeten kívüli) kísérletekkel meghatározták az ideális hőmérséklet és behatási idő szükségletet az adott alkalmazásokhoz, azonban a szervezet hőmérsékletének mélységi mérése a beavatkozás közben, ún. „minimally-invasive” (minimális beavatkozású) módon és megfelelő mérési pontossággal egyelőre nem megoldott annak ellenére, hogy ez a hőmérséklet meghatározza a vonatkozó dózist.

Számos ultrahangon alapuló hőmérsékletmérő módszer ismert. Mivel az ultrahangos képalkotás alapját képező számos paraméter a hőmérséklet és a hőáram függvénye, a hőmérséklet és a hőáram hatása még a standard ultrahangos (úgynevezett „B” mód) képeken is észlelhető kvalitatív módon [Kim, Yong Tae, et al. Simultaneous Evaluation of Thermal and Non-Thermal Effects of High-Intensity Focused Ultrasound on a Tissue-Mimicking Phantom.” Ultrasound in medicine & biology (2018)]. Ezenkívül sokféle kvantitatív módszert alkalmaztak a hőmérséklet/ hőáram becslésére, ideértve a szóróparaméterek (visszaszórási tényező, szóró tényleges átmérője) változását, a csillapítási együtthatót és az ún. B/A nem-linearitást. Közelmúltbeli áttekintésekért lásd [Lewis, Matthew A., Robert M. Staruch, and Rajiv Chopra. Thermometry and ablation monitoring with ultrasound. International Journal of Hyperthermia 31.2 (2015): 163-181], [Ebbini, Emad S., Claudio Simon, and Dalong Liu. Real-Time Ultrasound Thermography and Thermometry [Life Sciences]./EEE Signal Processing Magazine 35.2 (2018): 166-174], [Zhou,

2216168

-2Yufeng. Noninvasive Thermometry in High-Intensity Focused Ultrasound Ablation. Ultrasound quarterly 33.4 (2017): 253-260].

Mivel az összes fent említett paramétert a visszaszórási intenzitás alapján becsüljük meg (néha a Fourier tartományban), ezeket a paramétereket nehéz egymástól függetlenül becsülni.

A fentiek fényében a hangsebesség változása (ideértve a nyíróhullám sebességét) megbízhatóbb hőmérsékleti markert ad. A többi fent említett paraméterhez hasonlóan, magasabb hőmérsékleteken (jellemzően 50°C felett) a hőáram hatása dominál a hőmérséklettel szemben [Damianou, Christakis A., et al. Dependence of ultrasonic attenuation and absorption in dog soft tissues on temperature and thermal dose. The Journal of the Acoustical Society of America 102.1 (1997): 628-634], [Wu, Tao, et al. Assessment of thermal tissue ablation with MR elastography. Magnetic Resonance in Medicine: An Official Journal of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine 45.1 (2001): 80-87], az adott alkalmazás viszont enyhe hipertermia, amelyben a hőmérsékleti hatás dominál.

Az ultrahang-alapú hőmérsékleti térkép létrehozásával kapcsolatos tudományos eredmények nagy része a visszhangos (zajos) „echo strain” (visszhang megnyúlás; más néven „echo shift” - visszhang eltolódás [tekinthetjük úgy is, hogy a „strain”-t „shift” mérések eredményeként kapjuk], „thermal strain” hőmérsékleti megnyúlás, de nevezhetjük látszólagos megnyúlásnak is) ultrahangra alapuló képalkotásra támaszkodik. Ilyenkor a hőmérsékletet a szórók távolságeltolódása alapján számítják ki, általában az ugyanarról a helyről származó, egymást követő A-vonalak keresztkorrelációját figyelembe véve [Lai, Chun-Yen, et al. Noninvasive thermometry assisted by a dualfunction ultrasound transducer for mild hyperthermia. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control 57.12 (2010).; in vitro & in vivo], vagy más ún. speckle-tracking (képelem-követő) algoritmusokat használva [Liu, Dalong, and Emad S. Ebbini. Real-time 2-D temperature imaging using ultrasound. IEEE transactions on bio-medical engineering 57.1 (2010): 12, (in vitro), Foiret, Josquin, and Katherine W. Ferrara. Spatial and

2216168

-3temporal control of hyperthermia using real time ultrasonic thermal strain imaging with motion compensation, phantom study. PloS o/?e10.8 (2015): e0134938 (in vitro), Ding, Xuan, et al. Improved estimation of ultrasound thermal strain using pulse inversion harmonic imaging. Ultrasound in medicine & biology 42.5 (2016): 1182-1192 (ex vivo)].

A mozgáskorrekció minden esetben jelentősen megnövelte a mérések pontosságát, így az enyhe hipertermia tartományban jellemzően 1 °C alatt volt. A térbeli felbontás - ha szerepel a tanulmányban - jellemzően 1 mm, míg az időbeli felbontás nem haladja meg a 3 másodpercet. Ezért az említett technikákat használják valós idejű alkalmazásokban. Ugyanakkor ez az ismert megközelítés mindig egy referencia és egy aktuális állapot összehasonlítására alapszik, ezért elmozdulásra, mozgásra érzékeny (Id. még ezzel kapcsolatosan alább is).

Az említett tanulmányokban - kivéve Lai és munkatársai 2010-es tanulmányát, ahol a Siemens standard rendszerét feltehetően a gyártóval kötött megállapodás alapján alkalmazták - a Verasonics (Vantage) vagy az Ultrasonix (Sonix RP) kutatási célú rendszereit használták standard transzducer szondákkal. Ezekkel a berendezésekkel lehetőség nyílik gyűjteni és feldolgozni az elő-nyalábformált (ún. pre-beamformed) rádió-frekvenciás (RF) adatokat (szemben a kereskedelmi forgalomban elérhető rendszerekkel).

Az ún. „echo strain” ultrahang hőmérsékletmérés alapja tehát az a jelenség, hogy a hőmérséklet növekedésével a szövetekre jellemző hangsebesség növekszik, amely ennek következményeképpen látszólagos nyúlást eredményez a képalkotás során. Amennyiben felveszünk egy referencia hangsebességtérképet a vizsgálni kívánt szövetrészről egy olyan időpillanatban, amikor annak hőmérséklete ismert és homogénnek tekinthető, a hangsebesség változás mérésével meghatározható az aktuális hőmérséklet (Id. az 1. ábra grafikonját és az alábbi 1. táblázatot).

Közeg

Hőm. tartomány (°C)

Hangsebesség együttható o=dc/dT (m/s/°C)

2216168

Desztillált víz	20 - 30	2,68
30 - 40	1,97
In vivo humán vese	34 - 38	1,17 - 1,24
Humán zsír (mell)	22 - 37	-3,1
Mell	~ 37	-0,1 - -2,5
Humán máj	20 - 37	1 - 1,5
Kutyamáj	37 - 38,5	0,9 - 1,3
Humán vér	20 - 40	2,0
26 - 40	1,3
Kutya & tehén gerinckörnyéki és szívizom	~ 37	1,1 - 1,2
Kutya lép	~ 37	1,3

1. táblázat

Az „echo strain” jelenségre alapuló ismert hőmérséklet meghatározási algoritmusok alapadatai lehetnek szabványos B-módú (B-mode) képek vagy RF adatok. A B-módú (brightness mode - fényesség mód) kép az RF adatok olyan megjelenítése, amely az egy síkban fekvő, és hangreflexiót okozó térrészeket, a reflexió mértékének megfelelő fényességűnek ábrázolja, Ez a megjelenítési mód jellemzően minden ultrahang készülékben megtalálható; a B-módú képek a nyers RF adatok jelentős mértékű feldolgozásával kaphatók. A rádiófrekvenciás adatok a nyalábformázás után kapott nyers adatok, amelyeknek mind pozitív, mind negatív értékei vannak, és az eredeti mintavételi sebesség jellemző rájuk.

Az RF adatokat feldolgozó algoritmus alapvető lépései egy új kép felvétele esetén:

1. Mozgáskorrekció a referencia (ref) kép és az új kép között

2. A látszólagos eltolódás („echo shift”) kiszámítása a referencia és az új kép között

3. Az „echo strain” kiszámítása az „echo shift” alapján (például több azonosított „shift”-et is figyelembe véve)

4. A hőmérsékleti különbség kiszámítása

2216168

5. A hőmérsékleti különbségek integrálása a teljes hőmérsékletemelkedés becsléséhez.

Az eltolódást ún. ablakozott keresztkorreláció segítségével becsülik meg. A „strain” lényegében az eltolódás axiális (mélységirányú) származéka, a hőmérséklet-növekedés pedig arányos a „strain”-nel.

Amint arra fentebb utaltunk, a vizsgált páciens (így a vizsgált térrész) mozgása hibát okozhat a hőmérséklet becslésében, mivel az „echo strain” technika referenciaképpel történő összehasonlításon alapszik.

A beteg mozgása során a mozgás két típusa különböztethető meg: síkon kívüli mozgás esetén a páciens kimozdul a képalkotó síkból. Ebben az esetben a következő képkockák között részleges dekorreláció történik, ami megnehezíti az „echo shift” becslését. Síkbeli mozgás esetén a szórók a képalkotó síkba esnek, mindazonáltal tengelyirányú összenyomódás jön létre. Ez utóbbi esetében nehezen megkülönböztethető a valódi szóróelmozdulás és az „echo shift”.

Az „echo strain” elv szakirodalmában a következő tanulmányok az említésre méltók.

Lai és munkatársai fent említett 2010-es tanulmányukban a kezelési régión kívüli szöveteket azonosítottak és azokat felhasználták a nagymozgások korrekciójához a bőr referenciaként történő felhasználásával. Ha túl nagy mozgást észleltek, az adott képkockák elutasításra kerültek.

Liu és munkatársai fent említett 2010-es tanulmányukban egy nagy kép mintavételezésű rendszert használnak. Az M2D képes kompenzálni a szív és a légzés mozgását a hőmérséklet-növekedés nem-negativitási kritérium felhasználásával (E. S. Ebbini, “Noninvasive two-dimensional temperature imaging for guidance of thermal therapy,” in Proc. Int. Symp. Biomed. Imag. (ISBI), 2006, pp. 884-887).

Foiret és Ferrara fent említett 2015-ös tanulmányukban szövetelmozdulási térképet állítottak elő, amelyet kivontak a teljes eltolódásból, hogy korrigált

2216168

-6eltolódást kapjanak, amelyből a „strain”-t kiszámították. A kezelés előtt több referencia-felvételt használtak, és azt választották ki, amellyel a maximális korrelációt találták.

A nagy kép mintavételezési sebességű képalkotás lehetővé teszi a szövet és az „echo strain” mozgásának együttes rögzítését, azaz a kettő jelének szétválasztását (Ebbini, Simon, Liu. Real-Time Ultrasound Thermography and Thermometry [Life Sciences]. IEEE Signal Processing Magazine 35.2 (2018): 166-174).

A fenti irodalmi áttekintésből láthatjuk, hogy a szövetek mozgásából adódó becslési problémát az irodalomban is tárgyalták, és többféle megközelítés létezik ennek kiküszöbölésére, különösen az alábbiak:

• Több referencia-képkocka rögzítése a kezelés előtt, és a „strain” kiszámítása a leginkább hasonló képhez viszonyítva;

• Nagy kép mintavételezési sebességű rendszer használata a szöveti mozgás és a szöveti látszólagos mozgás („echo strain”) együttes követésére • Makroszkopikus mozgások (szövetmozgás) elkülönítése az „echo strain”-től • A nem-negativitási kritérium alkalmazása a hőmérséklet-emelkedésre

A következőkben további olyan ismert megoldásokat ismertetünk, amelyek hőmérséklet vagy ahhoz kapcsolódó mennyiség meghatározására irányulnak.

A D. E. Robinson et al.: Pulse-echo ultrasound speed measurements: progress and prospects, Ultrasound in Med. & Biol. Vol. 17, No. 6, pp. 633-646, 1991 tanulmányban transzducer-párt alkalmaznak ultrahang alapú hangsebesség mérésre. A cikk szerint egy kiterjedt tárgynak a két transzducerrel kapott képét vetik össze, és az elrendezés adatait felhasználva származtatják a hangsebességet. A megoldás nagy hátránya, hogy a mérési elv miatt a számítandó mennyiséghez fel kell használni az elrendezést leíró adatokat, így a transzducerek távolságát és a tárgy szögállását is.

2216168

- 7 Hasonló elrendezést alkalmazva származtatnak például hangsebességet a J. Ophir, Estimation of the Speed of Ultrasound Propagation in Biological Tissues: A Beam-Tracking Method, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics, and Frequency Control, vol. UFFC-33, No. 4, pp. 359, 1986; M. Kondo et al.: An evaluation of an i n vivo local sound speed estimation technique by the crossed beam method, Ultrasound in Med. & Biol. Vol. 16, No. 1, pp. 65-72, 1990; valamint az US 9,146,313 B2 dokumentum. Ezen elrendezésekben sok esetben külön adó és vevő jellegű eszközt használnak, némileg eltérő mérési elvhez jutva, mint a fenti D. E. Robinson et al. tanulmányban.

Ultrahang alapú hőmérsékletméréssel foglalkozó további megoldásokat ismertetnek a következő dokumentumok: S.Ueno et al.: Ultrasound thermometry in hyperthermia, IEEE Ultrasonics symposium, pp. 1645, 1990; B. Arnal et al.: Monitoring of Thermal Therapy Based on Shear Modulus Changes: I. Shear Wave Thermometry, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 58, no. 2, pp. 369, February 2011; J. Yao et al.: Absolute photoacoustic thermometry in deep tissue, OPTICS LETTERS, Vol. 38, No. 24, pp. 5228, December 15, 2013; Andrey A. Anosov et al.: Passive estimation of internal temperatures making use of broadband ultrasound radiated by the body, J. Acoust. Soc. Am. vol. 137, No. 4, pp. 1667, April 2015; I. Bazán et al.: Ultrasonic thermometry inside tissues based on high-resolution detection of spectral shifts in overtones of scattering signals, Elsevier, 43rd Annual Symposium of the Ultrasonic Industry Association, UIA Symposium, 2014; A. A. Anosov et al.: Physical and computer-based modeling in internal temperature reconstruction by the method of passive acoustic thermometry, Ultrasonics, vol. 82, pp. 336-344, 2018; E. V. Petrova et al.: In vivo optoacoustic temperature imaging for image-guided cryotherapy of prostate cancer, Phys. Med. Biol. vol. 63, No. 6, pp. 064002, 21 March 2018.

Az ismert megoldások fényében felmerült az igény egy olyan megoldás iránt, amellyel hatékonyan, az ismert megoldások hiányosságait kiküszöbölve állapítható meg ultrahangos úton a vizsgálati területen elhelyezkedő vizsgált objektum belsejében a hőmérséklet, a hőmérséklet változása.

2216168

- 8 A találmány elsődleges célja olyan ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására szolgáló eljárás és annak végrehajtására szolgáló berendezés megalkotása, amelyek a lehető legnagyobb mértékben mentesek a technika állása szerinti megoldások hátrányaitól.

A találmány célja egy olyan megoldás megalkotása, amellyel hatékonyan, az ismert megoldások hiányosságait kiküszöbölve állapítható meg ultrahangos úton a vizsgálati területen elhelyezkedő vizsgált objektum belsejében a hőmérséklet, a hőmérséklet változása.

A találmány vonatkozásában kitűzött célokat az 1. igénypont szerinti eljárással és a 6. igénypont szerinti ultrahang berendezéssel értük el. A találmány előnyös kiviteli alakjai az aligénypontokban vannak meghatározva.

Az „echo strain (shift)” módszer vizsgálata során és az ezzel kapcsolatos hibaanalízis elvégzésével arra a felismerésre jutottunk, hogy a fentebb említett, hőmérsékletváltozásra visszavezethető látszólagos deformáció mértéke legalább egy nagyságrenddel kisebb, mint a mérési módszer hibája. Ebből következően az ismert módszer bizonytalan eredményt ad.

A legnagyobb hibát okozó faktor az élő szövetek folyamatos mozgása, mivel a szövetek rögzítése nem valósítható meg klinikai körülmények között. Az adott alkalmazásban a kezelés, melynek során a hőmérséklet monitorozása szükséges, több órát is igénybe vehet. Ezen időtartam alatt nem reális biztosítani a 0,01 mm-nél nagyobb elmozdulások kiküszöbölését. Az elmozdulás létrejöhet a vizsgálati síkban vagy arra merőlegesen is, így nehezítve az adott térelemek esetleges folyamatos követését. Az az ismert megközelítés tehát, amelyben egy referencia képhez képest vizsgálják a látszólagos nyúlást, a találmánnyal kapcsolatosan végzett kísérletek tapasztalatai szerint nem vezet megfelelő eredményre.

A probléma megoldására a jelen találmány szerint egy adott időpillanatban készült, megfelelő átfedéssel rendelkező képek (ultrahangfelvételek) összevetését javasoljuk a képeken szórópárok vizsgálatával. A találmány szerinti eljárásban az ultrahangfelvételeken egymásnak megfeleltethető

2216168

- 9 szórópárokkal dolgozunk, függetlenítve az eljárást a környezeti feltételektől és az elrendezés paramétereitől. Így kiküszöböljük a fentebb említett D. E. Robinson et al. tanulmányban ismertetett megközelítés azon jelentős hátrányát, hogy a tanulmány szerint az adatok származtatásához szükségesek az elrendezés méretei, paraméterei is. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy az ultrahangfelvételek alapján, képfeldolgozási módszereket alkalmazva pusztán a felvételekről megállapítható adatok alapján származtatható az eljárással a látszólagos nyúlás és azon keresztül a hőmérséklet.

Mivel a látszólagos nyúlás mindig az ultrahang transzducer tengelyében jelentkezik, arra merőlegesen nem, vizsgálataink szerint a látszólagos nyúlás két egymásra (közel) merőleges és egyidőben keletkezett kép összevetésével leválasztható (ld. a találmány szerinti eljáráshoz alkalmazható elrendezést a 2. ábrán). A transzducer pozícionálási hibák hatása a mért értékekre kicsi (ld. alább a transzducerek tengelyei beállításának ismertetésénél).

A találmány szerinti eljárás segítségével meghatározható egy látszólagos nyúlásmező egy adott területen egy adott időpillanatban, és ezen keresztül az abszolút hőmérsékleteloszlás.

A találmány szerinti eljárás alkalmazásának egy esetében (speciális elrendezés, ld. alább a 4. ábrával kapcsolatosan) a vizsgált ultrahangképek (ultrahangfelvételek) azonos területet is lefednek, és síkfelületet képeznek le.

A transzducerek képeinek (ultrahangfelvételek) eltérése az elméleti és egybe eső síktól azt eredményezheti, hogy az egyes szórók nem azonosíthatók mindkét képen. Ennek kiküszöbölésére bevezethető egy pásztázó módszer (általános elrendezés, ld. alább a 3. ábrával kapcsolatosan), mely esetén a mérési síkok is szöget zárnak be, nem csak a transzducerek tengelyei. Az így kialakult felületek közös része egy mindkét képen látható görbe (jellemzően egyenes vonal), amely a szórók szekvenciája alapján azonosítható, majd szóró párok találhatók a látszólagos nyúlás meghatározására.

A transzducerek tengelyeinek (közel) kitérő merőlegesre választásával azok esetleges saját tengelyük körüli forgatásával és az egyes pozíciókban készített

2216168

- 10 képek által a hőbevitel időállandójához képest elhanyagolható időintervallumban hőmérsékletadatok nyerhetők egy felületről.

A továbbiakban a találmány példaképpeni előnyös kiviteli alakjait rajzokkal ismertetjük, ahol az

1. ábra egy hangsebesség-hőmérséklet grafikont szemléltet, a

2. ábra a találmány szerinti eljárás elvégzésére alkalmas ultrahangberendezést szemléltet vázlatos rajzon, a

3. ábra a találmány szerinti eljárás egy kiviteli alakjában alkalmazható felvétel-elrendezés, a

4. ábra a találmány szerinti eljárás egy további kiviteli alakjában alkalmazható felvétel-elrendezés, az

5. ábra a 4. ábra szerinti kiviteli alak működését szemléltető rajz, a

6. ábra a 4. ábra szerinti kiviteli alakban tekintetbe vett szórók csoportját szemlélteti, a

7. ábra a 3 ábra szerinti kiviteli alak működését szemléltető rajz, és a

8. ábra a 3. ábra szerinti kiviteli alakban tekintetbe vett szórók csoportját szemlélteti.

A találmány szerinti eljárás ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására szolgál. A találmány szerinti eljárás lépéseit vizsgálati területen elrendezett vizsgálati objektumról (a felvételek valamilyen objektumról - például emberi testről vagy testrészről - készülnek, nem az üres vizsgálati területről, így természetesen tartalmaznak szórókat) egyidőben (ezen ultrahangfelvételek esetében azt értjük, hogy a két felvétel 10 ms-nál kisebb maximális időbeli eltéréssel készül, ez az elérhető transzducerekkel teljesíthető) egymással metszési vonallal vagy átfedési területtel rendelkező (a metszési vonalra ld. a 3. és 7. ábrán szemléltetett kiviteli alakot, az átfedési területre pedig a 4. és 5. ábrával szemléltetett kiviteli alakot), első transzducertengelyű első transzducerrel (az ábrák szerinti kiviteli alakokban ez első 80a transzducer) rögzített, az első transzducertengellyel párhuzamos első rögzítési vonalú (a transzducertengelynek megfelelően ezen vonal - egyenesszakasz - mentén készül, nevezhetjük még fővonalnak vagy középvonalnak is) első ultrahangfelvételen és második transzducertengelyű második transzducerrel (az

2216168

- 11 ábrákon ez második 80b transzducer) rögzített, a második transzducertengellyel párhuzamos második rögzítési vonalú második ultrahangfelvételen végezzük. Más szavakkal, rendelkezésre állnak ilyen ultrahangfelvételek a találmány szerinti eljáráshoz. A fentieknek megfelelően a találmány szerinti eljárás alá vetett ultrahangfelvételek egyidőben (egyidejűleg) vannak rögzítve. A transzducertengely természetesen egy imaginárius tengely. A rögzítési vonalra (fővonalra, középvonalra) nem feltétlenül szimmetrikus az ultrahangfelvétel, de előnyösen igen; a rögzítési vonal lényegében egy fővonala az ultrahangfelvételnek, amely a transzducerrel történő felvételkészítéskor kijelölődik a transzducertengely által. Maga a transzducertengely helyzete is definiálható az ultrahangfelvételeken, mivel ahhoz viszonyítva készülnek, így az elkészült felvételen is viszonyítási objektumot adnak.

Az eljárás során a következő lépéseket hajtjuk végre.

Egy első lépésben az első ultrahangfelvételnek és második ultrahangfelvételnek a metszési vonalhoz vagy az átfedési területhez tartozó részén rendre egymáshoz tartozó több első átfedő ultrahang-szórót és több második átfedő ultrahang-szórót azonosítunk. Az átfedő rész, vonal vagy terület mindkét ultrahangfelvételen beazonosítható, és ezen a részen keressük meg az egyes ultrahangfelvételeken a szórókat, ezért nevezzük azokat átfedő ultrahangszóróknak. Jellemzően - különösen átfedési terület esetén - nagyszámú szóró van jelen, a találmány szerinti eljárás végrehajtásához legalább egy olyan szórópárra szükség van, amely az átfedő részhez tartozik, tehát mindkét képen megjelenik.

Az ultrahangfelvétel előnyösen B-módú kép vagy akár (nyers) rádiófrekvenciás (RF) adatokból alkotott felvétel. Az ultrahangfelvétel előnyösen kép, adott esetben az RF adatokból alkotott felvétel is nevezhető képnek, leképezhető képként.

Az első és második ultrahangfelvételen egymáshoz tartozó ultrahang-szórók tekinthetők úgy is, hogy egy megjelenítési párt alkotnak, amelynek egy-egy tagja a két ultrahangfelvételen jeleníti meg ugyanazt a szórót. Fontos ezt megkülönböztetni az olyan átfedő mérési pároktól, amelyeknek mindkét tagja

2216168

- 12 ugyanazon az ultrahangfelvételen van, de ezen mérési párokat mindkét ultrahangfelvételen megkeressük és megfelelő irányú távolságukat megmérjük.

Egy következő lépésben az első ultrahangfelvételen meghatározzuk a több első átfedő ultrahang-szóró közül első kiválasztott ultrahang-szóró és második kiválasztott ultrahang-szóró között az első rögzítési vonallal párhuzamosan mért első szórótávolságát (ezt a távolságot az ábrák szerinti esetekben DA0nmnel jelöljük; ebben a lépésben tehát az első ultrahangfelvételen választunk egy párt és azok első transzducertengely menti távolságát meghatározzuk, a pár tagjai a kiválasztott ultrahang-szórók), valamint a második ultrahangfelvételen meghatározzuk a több második átfedő ultrahang-szóró közül az első kiválasztott ultrahang-szóróhoz tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szóró és a második kiválasztott ultrahang-szóróhoz tartozó negyedik kiválasztott ultrahang-szóró között az első rögzítési vonallal párhuzamosan mért második szórótávolságát (az ábrákon ez a távolság DB0nm-nel van jelölve; ebben a lépésben pedig a második ultrahangfelvételen keressük meg az első ultrahangfelvételen kiválasztott párhoz tartozó pár tagjait és határozzuk meg ugyanarra a transzducertengelyre nézve a távolságukat; ld. ezekkel kapcsolatosan a konkrét példákat az 5. és 7. ábrán két kiviteli alakban), és amennyiben az első ultrahangfelvétel és a második ultrahangfelvétel metszési vonallal rendelkezik, akkor az első rögzítési vonal a metszési vonallal párhuzamos (ld. ezzel kapcsolatosan a metszési vonalhoz tartozó 7. ábra szerinti kiviteli alakot).

Ezt követően az első szórótávolság és a második szórótávolság nyúlási különbsége alapján látszólagos nyúlást határozunk meg (ld. alább a képleteket, amelyekben a látszólagos nyúlás és a hőmérséklet értékének származtatását is szemléltetjük).

A találmány szerinti eljárás egy kiviteli alakjában a szórótávolságok kiszámítását több egymáshoz tartozó szórópárra is elvégezzük, és a látszólagos nyúlást ezen több eredmény alapján származtatjuk. Ennek megfelelően egy kiviteli alakban az első szórótávolság és a második szórótávolság meghatározására szolgáló lépést több első kiválasztott

2216168

- 13 ultrahang-szórón és második kiválasztott ultrahang-szórón, valamint hozzájuk tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szórón és negyedik kiválasztott ultrahang-szórón elvégezve a nyúlási különbségre több értéket kapunk, és a látszólagos nyúlást ezek alapján határozzuk meg.

A találmány egyes kiviteli alakjai a találmány szerinti eljárás végrehajtására szolgáló (alkalmas) ultrahang berendezésre vonatkoznak. A találmány szerinti berendezés tartalmaz transzducereket, amelyekkel a találmány szerinti eljáráshoz rögzíthető ultrahangfelvételek.

Ennek megfelelően a találmány szerinti ultrahang berendezés tartalmaz

- vizsgálati terület körül tartószerkezeten elrendezett, első transzducertengellyel rendelkező első transzducert és második transzducertengellyel rendelkező második transzducert (a tartószerkezet a találmány szerinti berendezés általános megfogalmazásában megszorítás nélkül a transzducereknek a vizsgálati terület körüli elrendezésére szolgál, azaz alakja viszonylag széles keretek között változhat, egy kiviteli alakban ld. a 2. ábrán), és

- az első transzducerrel rögzített első ultrahangfelvételen és a második transzducerrel rögzített második ultrahangfelvételen a találmány szerinti eljárás valamely kiviteli alakjának végrehajtására szolgáló ultrahangfelvétel feldolgozó egységet (ez az ábrákon, így a 2. ábrán nincs feltüntetve, például számítógéppel lehet megvalósítani), és az első transzducer és a második transzducer rendre a vizsgálati területről (ebben a berendezés használatakor, így a felvételkészítéskor el van rendezve a vizsgálati objektum) egyidőben egymással metszési vonallal vagy átfedési területtel rendelkező első ultrahangfelvétel és második ultrahangfelvétel rögzítésére szolgálnak (az eljárással kapcsolatosan megadott definíciónak megfelelően).

Annak megfelelően, hogy a transzducerek által rögzített ultrahangfelvételek feldolgozására (azokon a találmány szerinti eljárás végrehajtására) szolgál az ultrahangfelvétel feldolgozó egység - például vezetéken keresztül vagy

2216168

- 14 vezetéknélküli kapcsolattal, azaz valamilyen adat továbbítására szolgáló összeköttetésen keresztül - csatlakoztatva van a transzducerekhez.

A továbbiakban ismertetjük a találmány szerinti eljárás végrehajtására szolgáló ultrahang berendezés egy kiviteli alakját a 2. ábrán látható vázlatos rajz segítségével.

A berendezés alapját 10 vizsgálati objektum (másnéven vizsgálati test, például emberi test vagy valamely testrész) elhelyezésére szolgáló 20 felület (például egy ágy, amelyre a páciens felfekszik), valamint a hozzá kapcsolódó 30 tartószerkezet alkotja, amely biztosítja a transzducereknek (80a, 80b transzducerek, ld. alább) a 10 vizsgálati objektum feletti (vizsgálati terület körüli) elrendezését. A 30 tartószerkezet megvalósítja a kinyúló végén elhelyezett 40 ultrahang tartóelem (platform) mozgathatóságát három egymásra merőleges lineáris tengely mentén (ebből kettő látható az ábrán, a harmadik a rajz síkjára merőleges tengely, hogy a 30 tartószerkezet mélységben is mozgatható legyen), valamint a forgathatóságát 50 forgástengely (forgáspont) körül (ez például a két elem hengeres vagy gömbös felület mentén való összeillesztésével oldható meg; az 50 forgástengelyes csatlakoztatás lényegében a hosszúkás 40 ultrahang tartóelem közepénél csatlakozik ahhoz). Az 50 forgástengely a 2. ábra szerint előnyösen a transzducertengelyekre merőleges, azaz az ábra síkjából kifelé áll. A tartóelem olyan kialakítása, hogy a talapzatához képest a transzducereket tartó vége három irányban mozgatható legyen, szokványos műszaki megoldásokkal megoldható, például teleszkópos szárakkal és az 50 forgástengely irányában széthúzható könyökrésszel (az a rész, amely a tartóelem 2. ábra szerinti vízszintes és függőleges szárát összeköti).

Ezzel érhető el a vizsgálni kívánt test vagy testrész kívánt szögből való vizsgálata; a 10 vizsgálati objektumot mozdulatlannak tekintjük a 30 tartószerkezet alapjához képest.

A 40 ultrahang tartóelemhez csatlakoztatva van két végén egy-egy sínes (lineáris) 60 vezetőelem (a csatlakozó részekhez sín és ahhoz képest elcsúsztatható ellenelem van csatlakoztatva, hogy egymáshoz képest

2216168

- 15 elcsúsztathatok legyenek), amelyek ultrahang 80a, 80b transzducereknek a 10 vizsgálati objektumhoz történő közelítését majd érintkezését teszik lehetővé (azok az ábrán látható nyilaknak megfelelően a 60 vezetőelemek, sínek mentén előre-hátra mozgathatók). A két 60 vezetőelem elrendezése előnyösen olyan, hogy az elmozdulás tengelyei egymással 90° -hoz közeli szöget zárnak be, akár egymást metsző akár kitérő módon (a feltételeket ld. még bővebben alább). A 60 vezetőelemekhez a 2. ábrának megfelelően ultrahang 80a, 80b transzducerek kapcsolódnak melyek tengelye párhuzamos a vezetőelemek mozgatási tengelyével, így elérhető az, hogy a kialakuló 90 ultrahang nyalábok egy területen vagy egy vonalon egybeessenek (ld. bővebben alább, különösen a 3. és 4. ábrán). A 80a, 80b transzducereket alább számos esetben egyszerűen rendre A és B transzducereknek nevezzük.

A találmány szerinti ultrahang berendezés egy kiviteli alakjában tehát az első transzducer és/vagy a második transzducer (lehet csak az egyik is) előre- és hátramozgatását lehetővé tevő sínes vezetőelemen keresztül van csúsztathatóan a tartószerkezethez csatlakoztatva. Ezzel keresztül csatlakoztatható a 40 ultrahang tartóelemhez vagy akár egy általános tartószerkezethez is.

Az így kialakított elrendezés (kinematika) lehetővé teszi, hogy készülék mindkét transzducere ugyanazt a vizsgálni kívánt célterület részt (110 átfedési területet) vagy metszési vonalat (egyenes szakaszt; 150 metszési vonalat ld. alább) detektálhassa megegyező időpillanatban. A 2. ábrán látható, hogy a 110 átfedési terület nem fedi le teljes mértékben a szórókat tartalmazó 100 célterületet, de az ultrahang 80a, 80b transzducerek irányíthatók úgy, hogy annak az érdeklődést kiváltó részét lefedje.

A 3. ábra a találmány szerinti eljáráshoz alkalmazható általános elrendezést szemléltet. Az általános elrendezésben tehát a transzducertengelyek (a 3. ábrán a 80a, 80b transzducerek rendre 160, 170 transzducertengelye) egymással 60-120°-ot, előnyösen 75-105°-ot, különösen előnyösen hozzávetőlegesen 90°-ot zárnak be (jó közelítéssel 90°-ot, azaz például 90±5° vagy 90±2°-ot), valamint a transzducertengelyek metszők vagy kitérők,

2216168

- 16 előnyösen metszők. A fenti szögintervallumok az általános elrendezés mellett a speciális elrendezésre (4. ábra) is vonatkoznak.

Amennyiben a transzducertengelyek nem metszők, az egyik tengelyt magával párhuzamosan eltoljuk úgy, hogy metssze a másik tengelyt, és így már meghatározható a szögük. A tengelyek állására a későbbiekben úgy hivatkozunk, hogy (közel) merőlegesek; ezt tehát a fentiekre értjük, a 60-120°os intervallumot is beleértve.

A transzducerek nyalábjai közelíthetők úgy, hogy azokat egy sík részének tekintjük. Ezen síkok egymással bezárt szögét az általuk bezárt hegyesszöggel adjuk meg. A síkok egymással 0-90°-ot zárhatnak be, azaz lehet a nyaláboknak egymással egybeeső része, mint a 4. ábra szerinti elrendezésben, de akár merőlegesek is lehetnek egymásra. A transzducerrel a nyaláb síkjában készíthető ultrahangfelvétel.

Az általános elrendezésben (tehát, amennyiben a nyalábok nem azonos síkban vannak) a transzducerek által rögzített mindkét képen (ultrahangfelvételen) csak egy térgörbén (a 3. ábrán 150 metszési vonalon), ideális esetben, amikor a nyalábok síknak tekinthetők, egyenesen fekvő térelemek detektálhatók, azonosíthatók. Abban az esetben tehát, amikor nem tekinthetők ideálisnak a nyalábok, azok metszése térgörbében jelenik meg. Amikor a nyalábokkal ultrahangfelvételeket (képeket) alkotunk, ezek a térgörbék leképeződnek síkgörbékké, jellemzően közel egyenessé. Az ideálistól való eltérés mindemellett nincs hatással a találmányra: minden esetben létrejön a metszési vonal és az azon elhelyezkedő szórókat fel tudjuk használni a hőmérséklet becsléséhez.

Ennek megfelelően egy szórót tehát akkor „lát” mindkét ultrahang 80a, 80b transzducer, ha azok az általános elrendezésű 115, 125 ultrahangfelvételek 150 metszési vonalán helyezkednek el. A 3. ábrán látható, hogy a 80a, 80b transzducerek 160, 170 transzducertengelyei - az azokhoz tartozó véges részen - a 115, 125 ultrahangfelvételeken futnak. Látható, hogy a 160 transzducertengely (és így az azzal párhuzamos első rögzítési vonal) párhuzamos a 150 metszési vonallal és attól kissé arrébb (tehát térközzel)

2216168

- 17 helyezkedik el. A 80b transzducer 170 transzducertengelye természetszerűleg metszi a 150 metszési vonalat (amennyiben a 160, 170 tengelyek kitérő merőlegesek, merőleges arra; ld. bővebben 7. ábrával kapcsolatosan).

A 4. ábrán szemléltetjük az ún. határhelyzeti elrendezést. Az általános elrendezéshez hasonlóan a két transzducer tengelye (a 4. ábra szerinti esetben a 80a, 80b transzducerek rendre 120, 130 transzducertengelyei) egymással 60°-120°, előnyösen 75-105°-ot, különösen előnyösen hozzávetőlegesen 90°-ot zárnak be (ez utóbbival kapcsolatosan ld. fenn), metszik egymást, valamint a transzducerek nyalábjai - melyek a fentieknek megfelelően előnyösen egy sík részének tekinthetők, azokat síkkal közelítjük - közös síkban fekszenek.

Ebben az elrendezésben a 80a, 80b transzducerekkel 135 és 145 ultrahangfelvételeket rögzítjük. Ezeken a speciális elrendezésben a 4. ábrán megjelölt korlátozott síkrészben 110 átfedési területen fekvő térelemek (pl. szórók) detektálhatók, azonosíthatók. A 4. ábrán a 110 átfedési terület csak szemléltetési céllal van a 135, 145 ultrahangfelvételek széleitől beljebb ábrázolva, természetesen a 110 átfedési terület a 135, 145 ultrahangfelvételek metszete.

A speciális elrendezésben a síkok mentén való átfedésnek megfelelően a 120, 130 transzducertengelyek metszik egymást.

A találmány szerinti eljárás fő lépése szerint a fentieknek megfelelően tehát összehasonlítjuk a két egymásra előnyösen közel merőleges állású transzducer adataiból alkotott ultrahangképeket (ultrahangfelvételeket) és rotációs és transzlációs transzformációk után mindkét képen jól azonosítható szórókat keresünk. Amint a 3. és 4. ábrák is mutatják az (általános és speciális) elrendezéseknek megfelelően a szórókról a két transzducer eltérő irányú felvételt alkot. Ennek megfelelően egy szóró(csoport) a két felvételen jellemzően máshol és más irányban rendeződik el (ld. még alább). Ezért előnyösen a felvételek transzformálhatók úgy, hogy hasonló elrendezésben álljanak, erre azonban a képfeldolgozás során nincs feltétlenül szükség.

2216168

- 18 A látszólagos nyúlás mértékének feltárását elsőként a speciális elrendezésen mutatjuk be az 5. ábra segítségével, amelyhez a következő magyarázat tartozik (alább ld. azt is, hogy célszerűen hogyan kaphatunk pontszerű reprezentációt a szórókra). A találmány szerinti eljárással az egyik, az ábra szerinti esetben a 80a transzducer (nevezhetjük „A” transzducernek is, a másik pedig „B” transzducer) által érzékelt látszólagos nyúlást határozzuk meg. Az 5. ábrán azt az állapotot mutatjuk leegyszerűsítve, hogy egy szórópár távolságát megvizsgálva mindkét transzducerrel, hogyan kapunk eredményt a látszólagos nyúlásra.

Az A transzducer által érzékelhető látszólagos nyúlást vizsgáljuk. Ez azt jelenti, hogy a transzducer tengelyébe eső távolság megnyúlik. Ezt a távolságot a B transzducer, amely az A transzducerhez képest közel merőlegesen van elrendezve, „oldalról látja”, azaz a távolságban a B transzducer nem érzékel nyúlást. Más szavakkal, míg a B transzducer a valódi távolságot mutatja a két szóró között, addig az A transzducer a megnyúlt távolságot, ezért a két érték különbségéből adódik a látszólagos nyúlás. A távolságoknak az A transzducer tengelyének irányába eső komponensét vesszük figyelembe.

Keresünk egy olyan szórópárt, amely az A transzducer képén (ultrahangfelvételén) és a B transzducer képén is megtalálható (ezáltal nevezhetjük az egymásnak megfelelő szórópárokat A kép szórópárjának és B kép szórópárjának). Ezeket, ha egyetlen képen akarjuk ábrázolni, akkor az összesen négy pont megjelenítését jelentené. Mivel tehát az A transzducerrel érzékelhető látszólagos nyúlást vizsgáljuk, ezért ezen 80a transzducer 120 transzducertengelyén szemléltetjük a távolságokat. Ezt a négy pontot tehát oda vetítve mutatjuk be elrendeződésüket (hangsúlyozzuk, hogy az 5. ábra csak szemléltetésre szolgál) úgy, hogy:

- az 5. ábrán egymásra toltuk a szórópár első tagjait (átfedő 180 ultrahang-szóró ezáltal kettős: az A kép szórópárjának első tagja és a B kép szórópárjának első tagja egymásra vannak tolva, nem különíthetők el),

- az első taghoz képest mutatjuk a szórópárok másik tagjának távolságát az 5. ábrán (azaz a két képen érzékelhető távolságot).

2216168

- 19 A szórópárok első tagjának egymásra tolásával (az egymásra tolt pontok az 5. ábra szemléltetésén még a 120, 130 transzducertengelyek metszéspontjába is van helyezve) megmutatkozik a távolságkülönbség, amely a szórópár tagjai között érzékelhető az A képen és a B képen. Amennyiben ugyanis a szórópárok első tagját egymásra toljuk, akkor a megnyúlást mutató irányban (tehát A transzducerrel) attól DA0nm távolságra érzékeljük a szórópár másik tagját (üres karika, első átfedő 190’ ultrahang-szóró), a megnyúlásra (közel) merőleges irányban (tehát „oldalról” a B transzducerrel) azonban a megnyúlásmentes távolságban, DB0nm-re érzékeljük (teli karika, második átfedő 190’’ ultrahangszóró). Ennek megfelelően a DA0nm és DB0nm különbségéből meghatározható a látszólagos nyúlás. Méréseink szerint, amennyiben a tengelyek közel merőlegesek, azaz a fentebb megadott intervallumokban vannak - akár 60120° - akkor a merőlegességtől eltérésnek a látszólagos nyúlásra nem számottevő a hatása. Ezt tapasztaltuk a 7. ábra kapcsán ismertetendő általános elrendezésben is a transzducertengelyek beállításával kapcsolatosan. Természetesen előnyösen a merőlegeshez minél közelebbi állásra állítjuk a transzducertengelyeket.

A találmánnyal kapcsolatosan fentebb megadott definíciók, besorolások szerinti megnevezéseket is megadjuk a jelen kiviteli alakra.

A 4. és 5. ábrának megfelelően az első 80a transzducerhez első 135 ultrahangfelvétel tartozik. Ezen keresünk több első átfedő ultrahang-szóró közül (a 4. ábrán csak a végül kiválasztottak láthatók, de például a 6. ábra is azt szemlélteti, hogy több különböző párost is kijelölhettünk volna, azaz több első átfedő ultrahang-szóró közül lehet választani) első kiválasztott (választott) ultrahang-szórót és második kiválasztott ultrahangszórót. Sorszámnevük csak megkülönböztetésre szolgál és azt mutatja, hogy két tetszőleges (természetesen nem egybeeső) ultrahang-szórót választunk ki az első ultrahangfelvételen.

Az 5. ábrán az első kiválasztott ultrahang-szóróhoz a 180 ultrahang-szóró tartozik, a második kiválasztott ultrahang-szóróhoz pedig a 190’ ultrahang

2216168

- 20 szóró. Ezt az is mutatja az 5. ábrán, hogy ezek vannak egymástól DAOnm távolságra.

A második ultrahangfelvételen (a jelen kiviteli alakban 145 ultrahangfelvétel) megkeressünk a rendre az első és második kiválasztott ultrahang-szórókhoz tartozó harmadik és negyedik ultrahang-szórót. Más szavakkal, az első ultrahangfelvételen kiválasztott ultrahang-szórókat megkeressük a második ultrahangfelvételen. Ezek a kiválasztott ultrahangszórók mind az átfedő ultrahang-szórók közül vannak választva, tehát megtalálhatók az első és a második ultrahangfelvételen is.

Az 5. ábrán - ábrázolástechnikai okokból - már eleve úgy ábrázoltuk, hogy az első kiválasztott ultrahang-szóró és a hozzá a második ultrahangfelvételen tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szóró egymásra van tolva, így a harmadik kiválasztott ultrahang-szóróhoz is az 5. ábrán 180 ultrahang-szóró tartozik. Az első ultrahangfelvételen beazonosított második kiválasztott ultrahang-szóróhoz a második ultrahangfelvételen tartozó negyedik kiválasztott ultrahang-szóró pedig a 190’’ ultrahang-szóróval van megjelenítve (ezt DBOnm távolság választja el a 180 ultrahang-szórótól).

A fentieket összefoglalva az 5. ábra azt szemlélteti tehát, hogy a szórókat párba állítjuk a 80a transzducer 135 ultrahangfelvételén és a 80b transzducer 145 ultrahangfelvételén, majd meghatározzuk a két szórónak a 80a transzducer 120 transzducertengelyének irányába eső távolságösszetevőjét (A irányú távolságát) a 80a transzducerrel (A transzducerrel), valamint a 80b transzducerrel (B transzducerrel). Így az A transzducerrel mért értékből kivonva a B transzducerrel mért értéket a látszólagos nyúlás megkapható.

A látszólagos nyúlás az egyik transzducer tengelyének irányában jelentkezik, és a másik transzducerrel kell a távolságra „rámérni”, hogy a látszólagos nyúlás mértéke megállapítható legyen. A szórók tetszőlegesen elhelyezkedhetnek, amint a 6. ábra is szemlélteti, tetszőlegesen elhelyezkedő szórópár kiválaszthatunk vizsgálatra (vagy, ha több párra vizsgálódunk, a vizsgálat adott lépésében), a látszólagos megnyúlás szempontjából ugyanakkor csak azon transzducertengely (a felvétel rögzítési vonalának megfelelő) irányú

2216168

- 21 komponensére van szükség az észlelt távolságnak, amelynek mentén a látszólagos nyúlást meg kívánjuk határozni. Lehet ez az első transzducertengely. Ezért erre a transzducertengelyre (rögzítési vonalra) vetített szórótávolságokat veszünk figyelembe. Erre a speciális elrendezésben kell figyelemmel lenni, ugyanis az általános elrendezésben egyébként is az első transzducertengellyel (így az első ultrahangfelvétel első rögzítési vonalával) párhuzamos távolságokat érzékelünk a vonalmenti szórókra, ezért nincs szükség vetített szórótávolság származtatására.

A távolság meghatározásához felhasznált szórópárokat a találmány szerinti eljárásban tehát előnyösen úgy határozzuk meg, hogy minden egyes vizsgált szóró környezetében megkeressük azokat a szomszédos szórókat, melyek a lehető legközelebb helyezkednek el, de még elkülöníthetők, majd ezeket párosítjuk a vizsgált szóróval.

Amint az alábbi számítások is mutatják, ahhoz, hogy az így nyert látszólagos nyúlás értéket hőmérsékletté lehessen konvertálni, szükséges az adott anatómiás terület hőbevitel előtti, azaz egyenhőmérséklet mellett felvett hangsebesség-lokáció térképe, valamint az egyes szövettípusok hangsebesség-hőmérséklet függvénye (ld. 1. ábra példaképpeni ilyen grafikonját).

A látszólagos nyúlás hőmérsékletértékké való konvertálását alább mutatjuk be egy olyan kiviteli alakban, amelyekben ultrahangfelvételként ún. B-módú ultrahangképeket alkalmazunk.

Az abszolút hőmérséklet mérés bázisaként az átfedési területen (az A és B transzducerrel készített ultrahangfelvétel közös zónájában) tehát az alábbiak szerinti meghatározzuk a homogén hőmérséklet eloszlásúnak és maghőmérsékletűnek tekintett célterület jellemző látszólagos nyúlását (ε0).

A jelen kiviteli alakban ún. B-módú (B-mode) ultrahangképek kerülnek felvételre mindkét transzducerből ultrahangfelvételként egy adott időpillanatban és tárolásra kerülnek a képfeldolgozás számára (a képletek más típusú ultrahangfelvételre is ebben a formában írhatók fel).

2216168

- 22 A B-módú ultrahangképek feldolgozása előnyösen kétszintű küszöböléssel (máshogy fogalmazva binarizálással) kezdődik, amely a képen az adott küszöbérték feletti intenzitású képelemekhez (jellemző pixelekhez) például fekete színt, az az alattiakhoz fehér színt rendel (ebben a megközelítésben a fekete szín tartozik a felvételen a szórótestekhez tartozó régiókhoz; választhatók más színek is, vagy más jelölés is a szétválasztáshoz). Az eredetileg szürkeárnyalatos B-módú képeket tehát így dolgozzuk fel, a nyers RF adatok alkotta kép is binárissá alakítható hasonló feldolgozással. Az RF adatok pozitív és negatív értékeket is felvehetnek, azokhoz is választható azonban küszöb, amely felett az adott értéket szórótesthez soroljuk.

A küszöbérték meghatározása előnyösen úgy történik, hogy addig növeljük a küszöbértéket míg a feketével jelentkező képelemek aránya az összes képelemhez képest 10%-os szintre (azaz az alá) nem csökken. Ekkor nagyszámú szóró lesz, ugyanakkor azokat el tudjuk hatékonyan választani a háttértől. Ilyen küszöb alkalmazásánál vonalmenti átfedés esetén is kapunk megfelelő számú szórót, de a küszöb akár hangolható is.

Az algoritmus minden, a fentiek szerint feketével jelölt képelem esetén megvizsgálja, hogy van-e szomszédos fekete (azaz szintén küszöbérték feletti intenzitású) képelem. Ilyen módon tehát szegmentálással előnyösen egybefüggő régiókat hozunk létre.

Az egybefüggő régiók súlypontját kiszámítjuk, és az egyes egybefüggő régiókhoz rendelve a súlypont kerül tárolásra, mint az adott képen látható és elkülöníthető szóró középpontja. Ily módon létrehozhatunk a két transzducer képéből egy pontfelhő képet melyen minden fekete (azaz szóró-) régió egy fekete képelemként jelenik meg. Előnyösen ennek megfelelően ábrázoljuk a csatolt ábrákon is a szórókat pontszerű objektumként (mint például átfedő 180 ultrahang-szórókat - a két képen átfedők - és azok párjait az átfedő 190’, 190’’ ultrahang-szórókat).

Az ultrahangfelvételen az ultrahang-szóró lehet kiterjedt (azaz eredeti alakjában hagyott), illetve előnyösen lehet az ultrahang-szórót pontszerű objektummal is

2216168

- 23 közelíteni az ultrahangfelvételen (a felvételt képfeldolgozási eljárásnak alávetve).

Az eljárás fentiekben szemléltetett kiviteli alakjában tehát a több első átfedő ultrahang-szóró és a több második átfedő ultrahang-szóró azonosítási lépésében

- az első ultrahangfelvételen és a második ultrahang felvételen rendre ultrahang-szórók első halmazát és második halmazát meghatározzuk (azaz ebben a lépésben a fenti példa jelöléseit használva a teljes ultrahangfelvételeken elkülönítjük az egy-egy halmazt képező, például feketével jelölt szórókat, és a lényegében háttérnek tekinthető, fehérrel jelölt hátteret, azaz a jelen kiviteli alakban az előtér és a háttér elkülönítését előnyösen külön lépésben hajtjuk végre), és

- az első ultrahangfelvételen és a második ultrahangfelvételen meghatározzuk az ultrahang-szórók első halmazából és második halmazából rendre a több első átfedő ultrahang-szórót és a több második átfedő ultrahang-szórót (ebben az allépésben pedig a már elkülönített előtéri szóróhalmazokból választjuk ki a két ultrahangfelvételen az átfedő ultrahang-szórókat; ezt az elkülönítést jellemzően korreláció alapú képfeldolgozási lépéseket alkalmazva hajtjuk végre, ld. alább).

Alább megadjuk, hogy előnyösen - szintén a fentiekben szemléltetett módon hogyan végezhető el a szórók elkülönítése a háttértől az iménti eljárási lépéseken belül. Ebben a kiviteli alakban az ultrahang-szórók első halmazának és második halmazának meghatározása során az első ultrahangfelvételre és a második ultrahangfelvételre rendre (tehát a következő lépéseket mindkét ultrahangfelvételre elvégezve)

- az ultrahangfelvétel képelemeit (jellemzően képpontjait, másnéven pixeleit) egy előre definiált intenzitás küszöbérték felett a szóróképelemek halmazához rendeljük (tehát a megfelelő intenzitást elérő pixeleket szóróhoz tartozónak nyilvánítjuk),

- a szóróképelemek halmazában egybefüggő szóróképelem régiókat határozunk meg (meghatározzuk a nagyobb kiterjedésű szórók által lefedett régiókat), és

2216168

- az egybefüggő szóróképelem régiókhoz súlypontjukat rendelve soroljuk azokat ultrahang-szórókként az ultrahang-szórók halmazába (tehát a szórókat egy-egy képelemmel reprezentáljuk).

Amennyiben a szórókat nem így reprezentáljuk, kezelhetjük azokat véges objektumokként, de például a távolságot akkor is célszerű lehet a súlypontjaik között tekinteni.

A besorolásra vonatkozó fenti 10%-os feltételt általánosan úgy fogalmazhatjuk meg, hogy az előre definiált intenzitás küszöbértéket úgy választjuk meg, hogy a szóróképelemek halmazához tartozó képelemek száma az ultrahangfelvétel képelemeinek teljes számának 10%-a alatti (a küszöbbel hangolható, hogy a képelemek milyen hányada rendelődik a szórókhoz, és ki kívánjuk szűrni, hogy a képelemek túlságosan nagy hányada legyen szóróként értelmezve).

A szórók meghatározása (azaz a fenti pontfelhő kép előállítása) után a határhelyzeti elrendezésben mivel a két transzducer relatív elhelyezkedése részben adott, így B transzducer pontfelhő képe első lépésként a két transzducertengely által bezárt szöggel (előnyös esetben 90°-al) elforgatásra kerül a két transzducer tengelyre merőleges tengely körül.

Az A és B transzducer adataiból alkotott pontfelhő képeket összevetve (pl.: normalizált keresztkorrelációval) transzlációs transzformációk után meghatározásra kerül a mindkét képen megtalálható zóna (az elrendezéstől függően átfedési terület vagy metszési vonal) és ezzel együtt a két pontfelhő egymáshoz viszonyított, legkisebb eltérést mutató pozíciója. Ebben a korrelációs minimumú helyzetben a két felvételen egymáshoz legközelebb eső két pont a valóságban is ugyanazon térelemnek a leképezése, a pozíciókban csak a hőmérséklet okozta látszólagos nyúlás miatt van különbség.

Ennek megfelelően egy korreláló területet vagy egy korreláló vonalat tudunk a két képen beazonosítani (a transzformációk után hasonló állású szórókkal). Az általános esetben jellemzően két egymással korreláló egyenest találhatunk a két képen. Amennyiben a transzducertengelyek merőlegesek egymásra ebben az elrendezésben, akkor a korreláló vonalak megtalálhatók olyan módszerrel,

2216168

- 25 hogy a felvételeket horizontálisan (a 7. ábrán a 125 ultrahangfelvételt) és vertikálisan (a 7. ábrán a 115 ultrahangfelvételt) végigszkenneljük (pontszerű szórók vizsgálata esetén jellemzően pixelenként haladva), és minden vonalat minden másikkal összehasonlítjuk.

Fentebb megjegyeztük, hogy általánosan a nyalábok egy térgörbe mentén metszik egymást. Általánosan nem ezt a horizontális-vertikális végigszkennelést alkalmazzuk, hanem a felvételekre kiterjedő, keresztkorrelációra alapuló eljárásokkal akár mindenféle támpont nélkül megtaláljuk az összetartozó csoportokat, párokat. Akkor is tehát, amikor nem pixelsorokhoz vagy oszlopokba esnek a vonalon található szórók. Ennek megfelelően ez a módszer más szögállásokra is kiterjeszthető.

Az alábbi jelölés szerint értelmezzük az A irányt, mint az A transzducer 130 transzducertengelyével párhuzamos (egybeeső) irányt. Tekintsük Vn és Vm szórósúlypontokat, melyek a célterületre (azon belül is a mindkét képen megtalálható 110 átfedési területre) esnek és egymástól megkülönböztethető súlypontú szórókként észlelhetők mindkét transzducer adataiban, de távolságuk a lehető legkisebb annak érdekében, hogy a két szórósúlypont közötti térrész hőmérsékleti és szöveti inhomogenitása minimális legyen. Vn legyen egy szabadon választott szórósúlypont míg Vm a Vn szórósúlypont környezetében található egyik szórósúlypont. Ezen szórók távolságában észlelhető látszólagos nyúlás a következő:

_ ^AOnm Deonm ^Onm E ^BOnm ahol

- DA0nm a Vn és Vm szórósúlypontok távolsága A irányból a vizsgálat nulladik időpillanatában;

- DB0nm a Vn és Vm szórósúlypontok távolsága B irányból a vizsgálat nulladik időpillanatában;

- εonm látszólagos nyúlás a vizsgálat nulladik időpillanatában a Vn és Vm szórósúlypontok viszonylatában.

2216168

- 26 A fenti képlet a relatív látszólagos nyúlást adja meg a nyúlásmentes DBOnm távolságra vetítve. Egyetlen szórópárra (n, m indexűek) kiszámolt értéket is látszólagos nyúlásnak nevezzük. Mivel minden esetben a DA0nm tartozik a megnyúlt, azaz a valósnál nagyobb értékhez, εonm értéke mindig pozitív. A látszólagos nyúlás a nulladik időponton kívül is meghatározható.

Vegyünk fel minden lehetséges Vm szórósúlypontot Vn környezetében úgy, hogy a két szórósúlypont távolsága ne legyen nagyobb, mint egy adott maximális távolságérték (ld. 140 vizsgálati határt a 6. ábrán). A 140 vizsgálati határon belül helyezkednek el figyelembe vett 195 ultrahang szórók, azon kívül pedig figyelmen kívül hagyott 197 ultrahang-szórók (a 195 ultrahang-szórók az 5. ábra szerinti megjelenítéshez hasonlóan levetíthetek a 120 transzducertengelyre a szórótávolság meghatározásához).

Ebben az esetben tehát a szórótávolságok kiszámítását több egymáshoz tartozó szórópárra is elvégezzük. Ezután a kapott eonm értékek átlagából son Vnre jellemző látszólagos nyúlás megkapható.

ym „

ZjI ^Onm ^ε0η m

Az ε érték hőmérsékletfüggése az emberi szervezetben található szövettípusokra kísérleti úton meghatározható így kapva meg a μ [°C^-1] látszólagos nyúlás koefficienst.

_ ^εη ^ε0η μ^— t _ t ^ln ¹ On ahol

- Tn[°C] a Vn-re jellemző hőmérséklet a mérés adott időpontjában

- Ton[°C] a Vn-re jellemző hőmérséklet a mérés kezdetén

A mérés időpontjában tehát a fentiekkel analóg módon meghatározható egy 8n látszólagos nyúlás majd az érintett szövettípusra előzetesen meghatározott látszólagos nyúlás koefficiens segítségével a hőmérséklet növekedés és az abszolút hőmérséklet.

T _ ^εη ~ ^ε0η „ ^n ' ' On

2216168

- 27 A 7. ábra szemlélteti egy további kiviteli alakban azt, hogy az általános elrendezésben milyen ultrahang-szórók vehetők figyelembe. Amint a 3. ábra is szemlélteti, az általános elrendezésben a 115 és 125 ultrahangfelvételek között az átfedés 150 metszési vonalon alakul ki. Csak azok a szórók képezhetik a vizsgálat tárgyát a jelen kiviteli alakban, amelyek a 150 metszési vonalon helyezkednek el.

Ekkor a 115 és 125 ultrahangfelvételen azok a szórók azonosítandó, amelyek ezen a vonalon helyezkednek el. A 7. ábrán az a helyzet van szemléltetve, amelyben a 115 ultrahangfelvételen talált szórópár első tagja össze van tolva az ennek megfelelő, 125 ultrahangfelvételen azonosított szórópár első tagjával (ezek alkotják átfedő 280 ultrahang-szórókat). A 7. ábra ezen kívül szemlélteti a 115, 125 ultrahangfelvételeken talált szórópárok másik tagját is: a 80a transzducer által készített ultrahangfelvételen a szórópár másik tagját, azaz 290’ átfedő ultrahang-szórót (üres karika), valamint 290’’ átfedő ultrahang szórót (teli karika), amely a 80b transzducer 125 ultrahangképén érzékelhető távolságban van az összetolt átfedő 280 ultrahang szórótól. Természetesen úgy, hogy az átfedő 280 ultrahang-szórók egymásra vannak tolva, korántsem feltétlenül biztosított, hogy a 7. ábra szerinti elrendezésben így helyezkedjenek el, a 7. ábra a szemléltetést szolgálja.

A 7. ábrának megfelelően tehát nem szükséges a nyaláboknak síkban találkozniuk, elegendő vonal mentén is ahhoz, hogy a látszólagos nyúlás meghatározható legyen. A látszólagos nyúlás mértékét a jelen kiviteli alakban is a relatív megnyúlásra használatos fenti képlet határozza meg.

A 8. ábra a 7. ábra szerinti kiviteli alakban a metszési vonalon elhelyezkedő 295 ultrahang-szórókat szemlélteti oly módon ábrázolva, hogy a 80a, 80b transzducerek rendre 160, 170 transzducertengelye egymásra van vetítve.

A 7. ábrán is látható, hogy az elrendezésnek megfelelően más irányból fog szerepelni a vonalmenti szórócsoport a 115 és a 125 ultrahangfelvételen (az egyik transzducer egy vonal mentén „látja” maga előtt, a másik oldalról „látja” a vonalat). Amennyiben ugyanolyan orientációban kívánjuk látni a szórócsoportot, akkor el kell forgatnunk valamelyik ultrahangfelvételt, például a nyúlásmentes

2216168

- 28 mérésért felelős 80b transzducerrel rögzített 115 ultrahangfelvételt. A csoport egymásra tolásához (hogy például az összehasonlítandó párok egyik tagját fedésbe hozzuk) a felvétel transzlációs mozgatására is szükség lehet.

A 80a transzducertől nézve a látszólagos nyúlás a 150 metszési vonal mentén való eltolást jelent. A 150 metszési vonal szóróit a 80b transzducer éppen látja oldalról. A 80b transzducerrel számos különböző vonalon lévő szórókat meg lehetne vizsgálni, más „metszésvonalakat” is, de csak azon szórók szempontjából releváns a mérése, amelyek a 80a transzducerrel is érzékelhetők, ez pedig a közös vonalhoz, a metszési vonalhoz tartozó szórókat jelenti.

A találmány szerinti, fentebb bevezetett definícióknak megfelelően a jelen kiviteli alakban is kategorizáljuk a megjelenített példaképpeni ultrahangszórókat. A 280 ultrahang-szóró a fentieknek megfelelően - 180 ultrahangszóróhoz hasonlóan - a jelen kiviteli alakban is dupla, így a példában az első kiválasztott ultrahang-szórót és a hozzá a második ultrahangfelvételen tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szórót is szemlélteti. A második kiválasztott ultrahang-szóró szerepét játszó 290’ ultrahang-szóró és a hozzá tartozó negyedik kiválasztott ultrahang-szóró szerepét játszó 290’’ ultrahang szóró - az 5. ábra kiválasztásaihoz hasonlóan - a 7. ábrán is elkülöníthető. A 8. ábra azt is szemlélteti tehát, hogy több átfedő ultrahang-szóró közül is választhatunk párokat (ha csak közelieket kívánunk figyelembe venni, akkor itt is berajzolható a 140 vizsgálati határhoz hasonló határ a mérési egyenes mentén).

A jelen kiviteli alakhoz tartozó 5. és 7. ábra is szemlélteti, hogy metszési vonal esetén (azaz, ha az átfedés nem átfedési terület, hanem metszési vonal mentén van, mint a 150 metszési vonallal) az első 160 transzducertengely a 150 metszési vonallal párhuzamos és arra vetítve mérjük a nyúlást szenvedő és nyúlásmentesnek tekinthető szórótávolságokat (tulajdonképpen ez esetben a párhuzamosság miatt nincs szükség vetítésre).

A 7. ábra szerinti elrendezésben a metszési (átfedési) vonal mentén való kapcsolódás miatt következik az, hogy az egyik transzducertengely (és az azzal párhuzamos rögzítési vonal) párhuzamos lesz a metszési vonallal. Mivel csak a

2216168

- 29 metszési vonal mentén van átfedés a két ultrahangfelvétel között, ezért a metszési vonallal párhuzamos transzducertengely (rögzítési vonal) mentén tudjuk mérni a szórótávolságokat, azaz a látszólagos nyúlást. A 4. és 5. ábra szerinti speciális esetben ezzel szemben bármelyik transzducertengelyt kiválaszthatnánk, mivel bármelyik mentén mérhetnénk látszólagos nyúlást. Azzal, hogy az első transzducertengelyt választjuk ki a találmány definíciójánál a speciális esetben csak azt fejezzük ki, hogy a két ekvivalens transzducertengely közül az egyiket (tetszés szerint) kiválasztjuk, amint az 5. ábra szerinti elrendezésben is kiválasztottuk.

A fentebb megadott képletekkel a jelen kiviteli alakban is származtatni lehet a látszólagos nyúlást az első szórótávolság (DA0nm) és a második szórótávolság (DB0nm) nyúlási különbsége alapján.

A találmány természetesen nem korlátozódik a részletesen bemutatott előnyös kiviteli alakokra, hanem további változatok, módosítások és továbbfejlesztések is lehetségesek az igénypontok által meghatározott oltalmi körben.

A jelölések jegyzéke vizsgálati objektum (vizsgálati test elhelyezésére szolgáló) felület tartószerkezet ultrahang tartóelem forgástengely (sínes) vezetőelem

80a (ultrahang) transzducer

80b (ultrahang) transzducer ultrahang nyaláb

100 célterület

110 átfedési terület

115 (első) ultrahangfelvétel

120 (első) transzducertengely

125 (második) ultrahangfelvétel

130 (második) transzducertengely

2216168

- 30 135 (első) ultrahangfelvétel

140 vizsgálati határ

145 (második) ultrahangfelvétel

150 metszési vonal

160 (első) transzducertengely

170 (második) transzducertengely

180 (átfedő) ultrahang-szóró

190’ (első átfedő) ultrahang-szóró

190” (második átfedő) ultrahang-szóró

195 (figyelembe vett) ultrahang-szórók

197 (figyelmen kívül hagyott) ultrahang-szórók

280 (átfedő) ultrahang-szóró

290’ (első átfedő) ultrahang-szóró

290” (második átfedő) ultrahang-szóró

295 (figyelembe vett) ultrahang-szórók

DA0nm (első) szórótávolság

DB0nm (második) szórótávolság

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás ultrahangfelvételen látszólagos nyúlás meghatározására, amelynek lépéseit vizsgálati területen elrendezett vizsgálati objektumról (10) egyidöben egymással metszési vonallal (150) vagy átfedési területtel (110) rendelkező,

   - első transzducertengelyü (120, 160) első transzducerrel (80a) rögzített, az első transzducertengellyel (120, 160) párhuzamos első rögzítési vonalú első ultrahangfelvételen (115, 135), és

   - második transzducertengelyü (130, 170) második transzducerrel (80b) rögzített, a második transzducertengellyel (130, 170) párhuzamos második rögzítési vonalú második ultrahangfelvételen (125, 145) végezzük, az eljárás során

   - az első ultrahangfelvételnek (115, 135) és második ultrahangfelvételnek (125, 145) a metszési vonalhoz (150) vagy az átfedési területhez (110) tartozó részén rendre egymáshoz tartozó több első átfedő ultrahang-szórót (180, 190’, 280, 290’) és több második átfedő ultrahang-szórót (180, 190”, 280, 290”) azonosítunk,

   - az első ultrahangfelvételen (115, 135) meghatározzuk a több első átfedő ultrahang-szóró (180, 190', 280, 290’) közül első kiválasztott ultrahang-szóró (180, 280) és második kiválasztott ultrahang-szóró (190’, 290’) között az első rögzítési vonallal párhuzamosan mért első szórótávolságát (D_Aonm), valamint a második ultrahangfelvételen (125, 145) meghatározzuk a több második átfedő ultrahang-szóró (180, 190”, 280, 290”) közül az első kiválasztott ultrahang-szóróhoz (180, 280) tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szóró (180, 280) és a második kiválasztott ultrahang-szóróhoz (190’, 290’) tartozó negyedik kiválasztott ultrahang-szóró (190”, 290”) között az első rögzítési vonallal párhuzamosan mért második szórótávolságát (D_BOnm), és amennyiben az első ultrahangfelvétel (135) és a második ultrahangfelvétel (145) metszési vonallal (150) rendelkezik, akkor az első rögzítési vonal a metszési vonallal (150) párhuzamos, és

   Μ·Ι·Ρ SZTNH-100244555

   - 32 e sH IF OO H

   - az első szórótávolság (D_Aonm) és a második szórótávolság (D_BOnm) nyúlási különbsége alapján látszólagos nyúlást határozunk meg.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a több első átfedő ultrahang-szóró (180, 190’, 280, 290’) és a több második átfedő ultrahang-szóró (180, 190”, 280, 290”) azonosítási lépésében

   - az első ultrahangfelvételen (115, 135) és a második ultrahang felvételen (125, 145) rendre ultrahang-szórók első halmazát és második halmazát meghatározzuk, és

   - az első ultrahangfelvételen (115, 135) és a második ultrahangfelvételen (125, 145) meghatározzuk az ultrahang-szórók első halmazából és második halmazából rendre a több első átfedő ultrahang-szórót (180, 190’, 280, 290’) és a több második átfedő ultrahang-szórót (180, 190”, 280, 290”).
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az ultrahangszórók első halmazának és második halmazának meghatározása során az első ultrahangfelvételre (115, 135) és a második ultrahangfelvételre (125, 145) rendre

   - az ultrahangfelvétel (115, 125, 135, 145) képelemeit egy előre definiált intenzitás küszöbérték felett a szóróképelemek halmazához rendeljük,

   - a szóróképelemek halmazában egybefüggő szóróképelem régiókat határozunk meg, és

   - az egybefüggő szóróképelem régiókhoz súlypontjukat rendelve soroljuk azokat ultrahang-szórókként az ultrahang-szórók halmazába.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az előre definiált intenzitás küszöbértéket úgy választjuk meg, hogy a szóróképelemek halmazához tartozó képelemek száma az ultrahangfelvétel (115, 125, 135, 145) képelemeinek teljes számának 10%-a alatti.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az első szórótávolság (D_AOnm) és a második szórótávolság (D_Bonm) meghatározására szolgáló lépést több első kiválasztott ultrahang-szórón

   -33 © e c eb rí (180, 280) és második kiválasztott ultrahang-szórón (190’, 290’), valamint hozzájuk tartozó harmadik kiválasztott ultrahang-szórón (180, 280) és negyedik kiválasztott ultrahang-szórón (190”, 290”) elvégezve a nyúlási különbségre több értéket kapunk, és a látszólagos nyúlást ezek alapján határozzuk meg.
6. 6. Ultrahang berendezés, amely tartalmaz vizsgálati terület körül tartószerkezeten (30) elrendezett, első transzducertengellyel (120, 160) rendelkező első transzducert (80a) és második transzducertengellyel (130, 170) rendelkező második transzducert (80b), azzal jellemezve, hogy

   - tartalmaz továbbá az első transzducerrel (80a) rögzített első ultrahangfelvételen (115, 135) és a második transzducerrel (80b) rögzített második ultrahangfelvételen (125, 145) az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás végrehajtására szolgáló ultrahangfelvétel feldolgozó egységet, és

   - az első transzducer (80a) és a második transzducer (80b) rendre a vizsgálati területről egyidőben egymással metszési vonallal (150) vagy átfedési területtel (110) rendelkező első ultrahangfelvétel (115, 135) és második ultrahangfelvétel (125, 145) rögzítésére szolgálnak.
7. 7. A 6. igénypont szerinti ultrahang berendezés, azzal jellemezve, hogy az első transzducertengely (120, 160) és a második transzducertengely (130, 170) 60-120°-ot zár be egymással.
8. 8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti ultrahang berendezés, azzal jellemezve, hogy az első transzducer (80a) és/vagy a második transzducer (80b) előre- és hátramozgatását lehetővé tevő sínes vezetőelemen (60) keresztül van csúsztathatóan a tartószerkezethez (30) csatlakoztatva.