WO2008064645A2 - Verfahren und vorrichtung zur kontrastmittelgestützten perfusionsmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung in einem Objekt, wobei von einem Objektbereich innerhalb wenigstens zweier Wiederanreicherungs- oder Verarmungsprozesse in unterschiedlichen zeitlichen Prozessabschnitten jeweils eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen erzeugt wird, wobei wenigstens innerhalb eines Wiederanreicherungs- oder Verarmungsprozesses die Erzeugung von Ultraschallaufnahmen vor Erreichung eines Sättigungszustandes bzw. der vollständigen Kontrastmittelzerstörung beendet wird, und auf Basis der so erzeugten Schnittbildserien ein Modell eines Wiederanreicherungs- oder Verarmungsprozesses berechnet wird, wobei Wiederanreicherungs- bzw. Verarmungszustände in Zeitabschnitten, in denen keine Schnittbildserie aufgenommen wurde, mittels mathematischer Nährungsverfahren ermittelt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontrastmittelαestützten Perfusionsmessunα

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung nach dem Patentanspruch 12.

Es ist bekannt, mittels Ultraschall ein Schnittbild eines Objektes (beispielsweise biologisches Gewebe, Teilbereiche des menschlichen Körpers) zu generieren. Hierbei ist der in dem Schnittbild dargestellte Objektbereich üblicherweise ein zweidimensionaler Schnitt des eigentlich dreidimensionalen Objektes. Dabei kann es der Fall sein, dass die flächenhafte Objektausdehnung in der Schnittebene größer ist als der im Schnittbild dargestellte Teilbereich des Objektes. Als „beo- bachteter Objektbereich" wird im Folgenden genau der Ausschnitt bzw. Teilbereich eines dreidimensionalen Objektes bezeichnet, der im zweidimensionalen Schnittbild (wenn auch nur teilweise) darstellt wird. Die entsprechend entstehenden zeit- lich aufeinander folgenden Ultraschallbilder (Schnittbilder) dieses beobachteten Objektbereichs werden in der Fachsprache als „Frames" bezeichnet.

Ein beobachteter Objektbereich besteht seinerseits im Ultraschallbild aus meh- reren Bildpunkten. Der Begriff „Bildpunkt" ist hier allerdings nicht in der Weise zu verstehen, dass ein im mathematischen Sinne punktförmiger, das heißt ausdehnungsloser Objektbereichbereich im Bildpunkt abgebildet wird. Wegen der begrenzten räumlichen Auflösung des Abbildungsverfahrens repräsentieren Bildpunkte stets kleine Volumenbereiche des Objektes, die auch als „Auflösungszel- len" bezeichnet werden.

Zur Beurteilung von Zustand und Funktion von biologischem Gewebe in Organen, Gehirn, Muskeln und anderen Bereichen des menschlichen Körpers ist die Durchblutung (Perfusion) des Gewebes in den das Gewebe durchdringenden Gefäßen, und zwar nicht nur in den größeren und mittleren Gefäßen sondern auch in den kleinsten Gefäßen des Mikrozirkulationssystems, von großer Bedeutung. Bei der Anwendung von diagnostischem Ultraschall zur Perfusionsdiagnostik werden dabei neben konventionellen Doppler-Messungen zunehmend auch Ultraschallkontrastmittel eingesetzt, um die Perfusion abzubilden. Kontrastmittel im Blut er- zeugen nicht nur ein viel stärkeres Ultraschall-Echo als die roten und weißen Blutkörperchen, das Echo enthält aufgrund nichtlinearer Effekte Frequenzen, die in den Sendesignalen des Ultraschallgerätes nicht enthalten sind. Außerdem haben die Kontrastmittel nur eine begrenzte „Lebensdauer" (im Mittel etwa 10 bis 20 Minuten), wobei diese Lebensdauer durch Einwirkung von Ultraschall zusätzlich verkürzt werden kann. Diese Merkmale gestatten es, das Kontrastmittel von den Bestandteilen der Gewebestruktur und dem Blut zu unterscheiden und dieses sehr empfindlich auch in kleinsten Gefäßen zu detektieren. Bei den Ultraschall-Kontrastmitteln handelt es sich beispielsweise um gasgefüllte, hüllenstabilisierte Mi- krobläschen mit Durchmessern von einigen Mikrometern. Sie werden in den Blut- kreislauf eingebracht und können mit Ultraschall ortsaufgelöst detektiert sowie in Ultraschall-Bildern dargestellt werden, wobei häufig die übliche zweidimensionale Schnittbildgebung der Echosonographie zur Anwendung kommt. Die Konzentra- tion des Kontrastmittels in einem mit Ultraschall beobachteten Objektbereich beeinflusst das Ultraschall-Empfangssignal. So kann z.B. in einem Ultraschallbild die Helligkeit eines Bildpunktes abhängig von der aktuellen Kontrastmittel-Konzentration sein. Diese Konzentration kann ihrerseits mit der Zeit dadurch variieren, dass das Kontrastmittel erstmalig den die Auflösungszelle repräsentierenden Bildpunkt erreicht oder die Konzentration des Kontrastmittels aufgrund äußerer Einwirkungen (beispielsweise durch Ultraschall) verändert wird. Intensität und Zeitverlauf solcher Vorgänge sind dabei von großem Interesse bei der funktionellen Beurteilung des beobachteten Objektbereiches. Die diagnostisch interessierende und in den Bildern darzustellende Information besteht für jeden Bildpunkt also nicht allein aus einem Perfusionszustand, sondern aus einer Perfusionsdynamik, wobei der jeweilige Zeitverlauf charakteristischen Zeitfunktionen entspricht, die sich durch quantitative mathematische Parameter beschreiben lassen. Dementsprechend wird üblicherweise die Perfusionsdynamik eines beobachteten Objekt- bereichs mit Hilfe mehrerer zeitlich aufeinander folgender Schnittbilder (im Folgenden als Schnittbild-Serie bezeichnet) aufgenommen.

Um derartige Schnittbild-Serien zu generieren, werden insbesondere die nachfolgend erläuterten Verfahren der „Wiederanreicherungsmethode" und der „Ver- armungsmethode" angewandt.

Bei der Wiederanreicherungsmethode wird eine Schnittbild-Serie generiert, bei der, während das Gewebe anfänglich gesättigt perfundiert ist, zunächst mit hoher Schallleistung das Ultraschallkontrastmittel im beobachteten Objektbereich zer- stört wird (Zerstörungsframe bzw. -frames) und anschließend mit geringer Schallleistung und ohne Zerstörung des Kontrastmittels das erneute Anfluten (Wiederanreicherung) des Kontrastmittels über die Zeit aufgenommen wird (Bildgebungs- frames). Die Dauer der Messung hängt von der Perfusion des beobachteten Objektbereichs ab und liegt im Bereich von ca. 20-40 Sekunden. Es entsteht dabei für einen beobachteten Objektbereich die oben beschriebene Schnittbild-Serie, die mit einer Bildwiederholfrequenz von beispielsweise 2 Bildern pro Sekunde aufgenommen wird. Für jeden Bildpunkt dieser Schnittbild-Serie kann die Intensität über die Zeit aufgetragen werden, was nachfolgend als Zeitreihe bezeichnet wird. Die zeitliche Abtastung durch die Bildgebungsframes kann dabei äquidistant oder nicht-äquidistant erfolgen. An die so aufgenommenen Zeitreihen werden für jeden Bildpunkt Modellfunktionen angepasst, aus denen dann Parameter extrahiert wer- den können, die zum Beispiel das Blutvolumen (z.B. Endwert der Zeitreihe) und die Flussrate (z.B. anfänglicher Anstieg der Wiederanreicherungskurve) in dem betrachteten Bildpunkt beschreiben. Bei den Modellfunktionen kann es sich beispielsweise um Exponentialfunktionen handeln. Andere mathematische Funktionen sind als Modellfunktionen ebenfalls anwendbar (z.B. Modellfunktionen mit S- förmigen Verlauf).

Bei der Verarmungsmethode wird eine höhere Ultraschallleistung während der Aufnahme verwendet als bei der Wiederanreicherungsmethode, wobei beabsichtigt ist, dass das Kontrastmittel durch die Signalleistung teilweise zerstört wird. Es werden keine Zerstörungsframes vor der eigentlichen Aufnahme erstellt, sondern von einer bestimmten Kontrastmittelkonzentration beginnend wird durch die Ultraschall-Abbildung selbst (Bildgebungsframes, die selbst auch Zerstörungsframes sind; Bildwiederholrate: z.B. 2 Bilder/Sekunde) das Kontrastmittel bei der Aufnahme eines jeden Schnittbildes der Schnittbild-Serie um einen bestimmten Anteil zerstört. Hierdurch wird die Konzentration des Kontrastmittels in dem beobachteten Objektbereich vermindert. Der auftretende Konzentrationsabfall ist während der Aufnahme sichtbar und kann ausgewertet werden, indem auch hier eine z.B. exponentiell abnehmende Modellkurve an die Zeitreihe angepasst wird und Parameter extrahiert werden. Auch hierbei ist eine äquidistante oder nicht-äquidistante Abtastung durch die Bildgebungsframes möglich.

Bislang werden kontrastmittelgestützte Perfusionsmessungen mit Ultraschall zumeist nur für genau einen zu beobachtenden Objektbereich in einer Schnittebene in der oben dargestellten Weise genutzt. Für jede Aufnahme ist dabei ein be- stimmter Zeitbedarf erforderlich, der den gesamten Perfusionsverlauf in dem beobachteten Objektbereich von seinem Anfang bis zu seinem Ende umfasst. Während dieser Zeit wird durch die Bilder einer Schnittbildserie der aktuelle Perfusionszustand erfasst. Diese Methode erweist sich jedoch im Rahmen der zunehmend an Bedeutung gewinnenden 3D-Bildgebungstechnik, der Compound- Technik (tomographische Bildgebung bzw. Spatial Compounding) bzw. des Pano- rama-lmaging und Frequency-Compounding als problematisch, da sie zur Perfusi- onsmessung die Aufnahme einer Vielzahl von Schnittbild-Serien von mehreren oder auch (zumindest teilweise) denselben beobachteten Objektbereichen erfordern. Bei Anwendung der oben beschriebenen Methodik ist es erforderlich, den Verlauf der Perfusionskurve bei jeder Schnittbild-Serie von Anfang bis Ende abzuwarten und für jede weitere Schnittbild-Serie einen neuen Perfusionszyklus ein- zuleiten. Da die Aufnahme dieser Schnittbild-Serien aus technischen Gründen nicht gleichzeitig erfolgen kann, müssen diese hintereinander erstellt werden. Damit verlängert sich die Untersuchungszeit proportional zur Anzahl der Einzelschnittbilder in der Schnittbild-Serie. Dieses führt zu inakzeptabel langen Untersuchungszeiten.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung mit Ultraschall bereit zu stellen, bei dem die erforderlichen Untersuchungszeiten reduziert sind. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnen- den Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung mit Ultraschall geschaffen, bei dem die erforderlichen Untersuchungszeiten deutlich reduziert sind. Es wurde überraschend herausgefunden, dass zur Erfas- sung und Quantifizierung des Perfusionsverlaufs eine vollständige, lückenlose Schnittbild-Serie während des gesamten Perfusionsverlaufs nicht erforderlich ist. Stattdessen können die Zeitreihen für jeden beobachteten Objektbereich zeitlich geteilt in verschiedenen Wiederanreicherungsvorgängen aufgenommen werden.

Da der zeitliche Perfusionsverlauf nach charakteristischen mathematischen Zeitfunktionen erfolgt, genügt es zur quantitativen Bestimmung der Parameter dieser Zeitfunktionen, nur bestimmte Teile der Schnittbild-Serie bzw. der Zeitreihen auf- zunehmen. Hierbei ist von Bedeutung, dass für jeden einzelnen zu beobachtenden Objektbereich die Zeitreihe nicht vollständig vom Anfang bis zum Ende erfasst wird. Vielmehr wird derselbe zu beobachtenden Objektbereich zu unterschiedlichen Zeiten und daher mehrfach (mindestens jedoch zweimal) über eine gewisse Zeit beobachtet. Alle zusammengehörigen Teile der Schnittbild-Serie können nachträglich zu einer unvollständigen (lückenhaften) Zeitreihe zusammengefügt werden.

Der Zeitaufwand für die Aufnahme aller Schnittbild-Serien von unterschiedlichen oder mehrfach denselben Objektbereichen kann also durch geschickte zeitliche Verschachtelung von mehreren Teilaufnahmen der Zeitreihe erheblich reduziert werden, wobei davon ausgegangen wird, dass ein beobachteter Objektbereich bei jedem neuen Perfusionszyklus in gleicher Weise vom Kontrastmittel durchflutet wird.

In Weiterbildung der Erfindung werden zunächst mehrere Schnittbildserien eines ersten zeitlichen Abschnitts eines Wiederanreicherungsprozesses erzeugt, wobei vor Erzeugung einer Serie jeweils das Kontrastmittel in dem betrachteten Objektbereich zerstört wird und in einem zweiten Zeitabschnitt zunächst eine Wiederan- reicherung aller betrachteten Objektbereiche herbeigeführt wird und nach Wiederanreicherung nochmals die gleichen Ultraschallaufnahmen mit identischen Positi- ons- und Bildgebungsparametern erzeugt werden. Hierdurch ist eine weitere Minimierung des erforderlichen Untersuchungszeitaufwandes bewirkt. Bevorzugt beginnt der erste zeitliche Abschnitt in der Anfangsphase des Wideranreiche- rungsprozesses. Vorzugsweise beginnt der zweite zeitliche Abschnitt in der Endphase der Sättigung des Objekts mit Kontrastmittel.

In Weiterbildung der Erfindung wird in jeder der jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien ein anderer Objektbereich aufgenommen. Alternativ oder ergänzend werden die jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien mit jeweils unterschiedlichen Positionen des Schallwandlers und/oder mit unterschiedlichen Bildgebungsparametern, insbesondere Schallfrequenzen aufgenommen. Hierdurch sind unterschiedlichste Diagnosemethoden durchführbar.

Die gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur kontrastmittelge- stützten Perfusionsmessung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 8 gelöst.

In Ausgestaltung der Erfindung werden zunächst mehrere Schnittbildserien eines ersten zeitlichen Abschnitts eines Verarmungsprozesses erzeugt, wobei vor Er- zeugung einer Serie jeweils eine Kontrastmittelsättigung in dem betrachteten Objektbereich herbeigeführt wird und nachfolgend Ultraschallaufnahmen mit definierter, konstanter kontrastmittelzerstörender Schallleistung erzeugt werden und in einem zweiten Zeitabschnitt nach Herbeiführung eines im Wesentlichen stabilen Verarmungszustandes nochmals die gleichen Ultraschallaufnahmen mit identi- sehen Positions- und Bildgebungsparametern erzeugt werden. Hierdurch ist eine weitere Minimierung des Untersuchungszeitraums bewirkt. Bevorzugt beginnt der erste zeitliche Abschnitt in der Anfangsphase des Verarmungsprozesses. Vorteilhaft beginnt der zweite zeitliche Abschnitt in der Endphase der Kontrastmittelverarmung des Objekts.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung bereit zu stellen, welche eine Minimierung der erforderlichen Untersuchungszeit ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 14 gelöst.

Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung geschaffen, die eine Minimierung der erforderlichen Untersuchungszeit ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein programmierbares Abfolgemodul vorgesehen, welches mit dem Steuermodul verbunden ist und das derart eingerichtet ist, dass es die Programmierung von Positions-, Kontrastmittelzerstörungs- und Aufnahmesequenzen ermöglicht, welche nachfolgend durch das Steuermodul ausführbar sind. Hierdurch ist eine Programmierung der Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vorfeld ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Auswertungsmodul vorgesehen, dass eine

Modellierung von Anreichungs- und/oder Verarmungsprozessen ermöglicht und das derart eingerichtet ist, dass Abbildungen von Zuständen in Zeitabschnitten, in denen keine Schnittbildserie aufgenommen wurde, mittels mathematischer Näh- rungsverfahren ermittelt werden können. Hierdurch ist eine direkte Auswertung der erzeugten Schnittbildserien ermöglicht.

Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Perfusionsprozesses von Kontrastmittel in einem Gewebe;

Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Wiederanreicherungsprinzip;

Fig. 3 die schematische Darstellung des Konstrastmittelkonzentrationsab- baus in einem Gewebe unter Einfluss von Ultraschall mit kontrastmittelzerstörender Schallleistung und

Fig. 4 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Verarmungsprinzip.

Das als Ausführungsbeispiel gewählte Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung basiert auf dem Wiederanreicherungsprinzip und wird nachfolgend am Beispiel der dreidimensionalen Ultraschalldiagnostik erläutert.

Die Aufnahme und Auswertung von 3D-Ultraschalldatensätzen (Volumendatensätze) stellt für die Ultraschalldiagnostik eine wichtige Erweiterung zur herkömmlichen Bildgebung dar. Objekte werden hierbei - im Gegensatz zum herkömmlichen 2D-Ultraschall - nicht nur in einem zweidimensionalen Schnittbild dargestellt. Die dritte Dimension wird durch eine mechanische Bewegung des Schallwandlers, beispielsweise senkrecht zur Schnittebene durch Parallelverschiebung oder durch Schwenken bzw. Kippen oder Drehen des Wandlers in einem bestimmten VoIu- menbereich erfasst. Bei Schallwandlern neuerer Generation kann eine Parallelverschiebung oder das Schwenken von Schnittebenen elektronisch erfolgen, ohne dass der Wandler selbst mechanisch verfahren oder verkippt wird, indem unterschiedliche Zeilen bzw. Gruppen von Wandlerelementen aktiviert werden. Durch diese 3D-Bildgebung können Objekte, Organe und andere Gewebebereiche in ihrer gesamten Form und Lage auf pathologische Veränderungen hin untersucht werden.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein Objektsbereich, der mit Kontrastmittel gesättigt ist, durch einen Schallwandler mit einer hohen Schallleistung beaufschlagt, so dass das Kontrastmittel in diesem Bereich vollständig zerstört wird. Nach Zerstörung des Kontrastmittels erfolgt die Wiederanreicherung des betrachteten Objektbereichs mit Kontrastmittel. Diese Wiederanreicherung folgt im Ausführungsbeispiel einem exponentiellen Verlauf (vgl. Figur 1). Während eines ersten Zeitabschnitts des Wiederanreicherungsvorgangs, welcher direkt nach der Zerstörung des Kontrastmittels in dem betrachteten Objektbereich beginnt und der vor der Sättigung des Objektbereichs mit Kontrastmittel endet, wird eine Schnittbildserie erzeugt, welche aus in regelmäßigen Zeitabschnitten erzeugten Ultraschallaufnahmen besteht. Im Ausführungsbeispiel hat der erste Zeitabschnitt eine Dauer von acht Sekunden; die Ultraschallbilder werden in einem Abstand von zwei Bildern pro Sekunde aufgenommen.

Nach Erzeugung der ersten Schnittbildserie wird sofort (vor Erreichen einer Kontrastmittelsättigung) ein zweiter Objektbereich beobachtet und mit hoher Schallleistung beaufschlagt, so dass das Kontrastmittel in diesem Bereich vollständig zerstört wird. Anschließend wird wiederum innerhalb der ersten Wiederanreiche- rungsphase, welche im Ausführungsbeispiel wiederum direkt nach Zerstörung des Kontrastmittels beginnt und nach einer Zeitspanne von acht Sekunden endet, eine Schnittbildserie von zwei Ultraschallbildern pro Sekunde erstellt. Anschließend wird ein dritter Objektbereich beobachtet, in dem wiederum in der zuvor beschriebenen Art und Weise eine Schnittbildserie erzeugt wird.

Nachfolgend erfolgt die Wiederanreicherung mit Kontrastmittel in allen Objektbereichen bis zur Sättigung, wonach in umgekehrter Reihenfolge - ohne vorherige Zerstörung des Kontrastmittels - jeweils eine Schnittbildserie erzeugt wird. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Zeitabschnitt dieser jeweils zweiten Wiederanrei- cherungsphase sechs Sekunden; die Bildrate der Schnittbildserie beträgt zwei BiI- der pro Sekunde. Die schematische Darstellung des Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt.

Die Realisierbarkeit dieser Prozedur liegt bei dem Wiederanreicherungsansatz in der initialen Zerstörung des Kontrastmittels durch den oder die Zerstörungsframes vor der jeweiligen Aufnahme mit den Bildgebungsframes begründet, die zu einem definierten Ausgangszustand (Kontrastmittelkonzentration = Null) zu Beginn der Zeitreihe führt. Es ist daher möglich, schon nach der Messung einer beginnenden Wiederanreicherung über z.B. 10 Sekunden in einem ersten zu beobachtenden Objektbereich einen zweiten zu beobachtenden Objektbereich anzuvisieren (bzw. denselben beobachteten Objektbereich von z.B. einem anderen Blickwinkel aus zu beobachten) und dort die Zerstörungs-Wiederanreicherungs-Kinetik für erneut z.B. 10 Sekunden aufzunehmen. Die Endwerte werden dann für alle zu beobachtenden Objektbereiche nach einmalig abgewarteter vollständiger Wiederanreicherung mit geringer Schallleistung ohne Zerstörung des Kontrastmittels ermittelt.

Das weiterhin als Ausführungsbeispiel gewählte Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung basiert auf dem Verarmungsprinzip und wird nachfolgend am Beispiel der Ultraschall-Compound-Technik erläutert.

Bei der Ultraschall-Compound-Technik („Spartial compounding") wird ein zu beobachtender Objektbereich in nur einer Querschnittsebene mit einem Ultraschall- System mehrmals aus verschiedenen Richtungen bzw. Blickwinkeln aufgenommen. Die so gewonnenen Datensätze können zu einem sogenannten Compound- BiId zusammengesetzt werden. Dies kann zum einen durch ein elektronisch gesteuertes Schwenken des Bildbereichs in der Ebene erfolgen, zum anderen kann der Schallwandler um das zu beobachtende Objekt herumbewegt werden. Hierbei rotiert der Ultraschallwandler beispielsweise wie das Detektorsystem eines Computertomographen in einer Ebene auf einer Kreisbahn um das Objekt und ist dabei zum Rotationszentrum hin ausgerichtet. Der jeweils beobachtete Objektbereich ist demnach für jeden Blickwinkel (zumindest teilweise) identisch. Die Qualität der Ultraschallabbildung einer Querschnittsebene wird durch diese Aufnahmetechnik wesentlich verbessert. Es können hierdurch in den Ultraschallbildern die räumliche Auflösung und die Kontrastauflösung verbessert sowie das Rauschen und Artefakte reduziert werden. Erfolg die Schnittbildgebung über einen Aspektwinkelbereich von 360°, so wird dies auch als tomographische Abbildung („Echo-Tomogra- phie") bezeichnet. Bei dieser Technik ist es - ähnlich wie bei der 3D-Bildgebung - erforderlich, Ultraschall-Schnittbilder von mehreren und teilweise auch den gleichen zu beobachtenden Objektbereichen aufzunehmen und zusammen zu setzen.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein mit Kon- trastmittel gesättigter Objektbereich angefahren und von diesem eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen mit einer definierten, kontrastmittelzerstörenden Schallleistung erzeugt, wobei verursacht durch die Schallleistung die Kontrastmittelkonzentration in dem Objektbereich abnimmt. Während dieses Verarmungsprozesses wird eine Schnittbildserie erzeugt, welche aus den in regelmäßigen Zeitab- schnitten erzeugten Ultraschallaufnahmen besteht. Im Ausführungsbeispiel hat dieser erste Zeitabschnitt eine Dauer von sieben Sekunden; die Ultraschallbilder werden in einem Abstand von zwei Bildern pro Sekunde aufgenommen. Der Zeitpunkt der Zeugung des letzten Ultraschallbildes der Schnittbildserie liegt vor dem Erreichen einer vollständigen Kontrastmittelzerstörung in dem betrachteten Objektbereich. Nach Erzeugung der ersten Schnittbildserie wird - nach erneuter Wiederanreicherung mit Kontrastmittel - ein zweiter Objektbereich angefahren und es wird wiederum mit kontrastmittelzerstörender Schallleistung eine weitere Schnittbildserie erzeugt, wobei der Zeitpunkt der letzten Ultraschallaufnahme der Schnitt- bildserie wiederum vor dem Zeitpunkt des Erreichen einer vollständigen Kontrastmittelzerstörung liegt. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer dieses Zeitabschnitts wieder acht Sekunden, wobei zwei Bilder pro Sekunde aufgenommen werden. Anschließend wird ein dritter Objektbereich angefahren, in dem nach erneuter Wiederanreicherung mit Kontrastmittel in der zuvor beschriebenen Art und Weise eine Schnittbildserie erzeugt wird.

Nachfolgend erfolgt eine Zerstörung des Kontrastmittels in allen Objektbereichen durch Beaufschlagung mit hoher Schallleistung, wonach in umgekehrter Reihenfolge ohne vorherige Wiederanreichung mit höchster Sendeleistung jeweils eine Schnittbildserie erfolgt wird. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer dieser jeweils zweiten Schnittbildserie fünf Sekunden; die Bildrate der Schnittbildrate der Schnittbildserie beträgt zwei Bilder pro Sekunden. Die schematische Darstellung des Verfahrens ist in Figur 4 dargestellt.

Die Realisierbarkeit dieser Prozedur liegt bei dem Verarmungsansatz darin begründet, dass auch hier eine Zerstörungs-Wiederanflutungs-Kinetik bewirkt wird. An dieser Stelle wird allerdings ein definierter Ausgangszustand dadurch erreicht, dass man die Kontrastmittel-Konzentration zu Beginn der Zeitreihe jeweils auf ihr Maximum ansteigen lässt. Durch die Erfindung ist auch hier eine Zeitersparnis bewirkt, da der Konzentrationsabfall zeitlich nicht vollständig bis hin zu einem Minimum aufgezeichnet werden muss (sondern nur z.B. über 7 Sekunden am Anfang und in einem zweiten Scan bei vollständiger Zerstörung des Kontrastmittels am Ende). Nach der Messung in einem beobachteten Objektbereich ist dementsprechend weniger Zeit zur Wiederanflutung nötig als bei der bekannten, kontinu- ierlichen Verarmungsmethode. In beiden Ausführungsbeispielen werden für jeden betrachteten Objektbereich die beiden erzeugten Schnittbildserien in der richtigen zeitlichen (lückenhaften) Zuordnung aneinander gefügt und zu einer Modellkurve kombiniert, wobei die Zustände in den Zeitabschnitt, in dem keine Schnittbilder Vorliegen, mittels mathe- matischer Näherungsverfahren ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die vorgenannten Einsatzgebiete beschränkt; vielmehr ist es durchaus denkbar, dass dieses Verfahren auch mit anderen (beispielsweise zukünftig entwickelten) Kontrastmit- teln zum Einsatz kommt, deren Konzentration durch wiederum andere Mechanismen dynamisch beeinflusst werden können.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung in einem Objekt, wobei das Objekt zunächst mit einem Ultraschallkontrastmittel bis zur Sätti- gung perfundiert wird, anschließend das Kontrastmittel in einem definierten

Objektbereich zerstört wird, nachfolgend während der Zeit der Wiederanreicherung mit Kontrastmittel in dem Objektbereich von diesem eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen mit geringer, nicht zerstörender Schallleistung erzeugt wird, und die so erzeugte Schnittbildserie nachfolgend ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von demselben Objektbereich innerhalb wenigstens zweier Wiederanreicherungsprozesse, denen jeweils eine Zerstörung des in diesem Objektbereich befindlichen Kontrastmittels vorausgeht, in unterschiedlichen zeitlichen Prozessabschnitten jeweils wenigstens eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen erzeugt wird, wobei wenigstens innerhalb ei- nes Wiederanreicherungsprozesses die Erzeugung von Ultraschallaufnahmen vor Erreichen eines Sättigungszustandes beendet wird, und auf Basis der so erzeugten Schnittbildserien ein Modell eines Wiederanreicherungsprozesses berechnet wird, wobei Wiederanreich-erungzustände in Zeitabschnitten, in denen keine Schnittbildserie aufgenommen wurde, mittels mathematischer Näherungsverfahren ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstörung des Kontrastmittels durch Beaufschlagung mit hoher Schallleistung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mehrere Schnittbildserien eines ersten zeitlichen Abschnitts eines Wiederanreicherungsprozesses erzeugt werden, wobei vor Erzeugung einer Serie jeweils das Kontrastmittel in dem betrachteten Objektbereich zerstört wird und in einem zweiten Zeitabschnitt zunächst eine Wiederanreicherung aller betrachteten Objektbereiche herbeigeführt wird und nach Wiederanreicherung noch- mals die gleichen Ultraschallaufnahmen mit identischen Positions- und Bildge- bungsparametern erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste zeitliche Abschnitt in der Anfangsphase des Wiederanreicherungsprozesses beginnt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zeitliche Abschnitt in der Endphase der Sättigung des Objekts mit Kontrastmittel beginnt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien ein anderer Objektbereich aufgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien mit jeweils unterschiedlichen Positionen des Schallwandlers und/oder mit unterschiedlichen Schallfrequenzen aufgenommen werden.

8. Verfahren zur kontrastmittelgestützten Perfusionsmessung in einem Objekt, wobei das Objekt zunächst mit einem Ultraschallkontrastmittel bis zur Sättigung perfundiert wird, nachfolgend in dem Objektbereich von diesem eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen mit einer definierten, konstanten kontrastmittelzerstörenden Schalleistung während der Zeit der Kontrastmittelkonzentrationsabnahme (Verarmungsprozess) erzeugt wird, und die so erzeugte Schnittbildserie nachfolgend ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass von demselben Objektbereich innerhalb wenigstens zweier Verarmungsprozesse, denen jeweils eine Sättigung der Konzentration des in diesem Objektbereich befindlichen Kontrastmittels vorausgeht, in unterschiedlichen zeitlichen Prozessabschnitten jeweils wenigstens eine definierte Anzahl von Ultraschallaufnahmen erzeugt wird, wobei wenigstens innerhalb eines Verarmungsprozesses die Erzeugung von Ultraschallaufnahmen vor Erreichen einer vollständigen Kontrastmittelzerstörung beendet wird, und auf Basis der so erzeugten Schnittbildserien ein Modell eines Verarmungsprozesses berechnet wird, wobei Verarmungszustände in Zeitabschnitten, in denen keine Schnittbildserie aufgenommen wurde, mittels mathematischer Näherungsverfahren ermittelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst mehrere Schnittbildserien eines ersten zeitlichen Abschnitts eines Verarmungsprozesses erzeugt werden, wobei vor Erzeugung einer Serie jeweils eine Kontrastmittelsättigung in dem betrachteten Objektbereich herbeigeführt wird und nachfolgend Ultraschallaufnahmen mit definierter, konstanter kontrastmittelzer- störender Schalleistung erzeugt werden und in einem zweiten Zeitabschnitt nach Erreichen eines im Wesentlichen stabilen Verarmungszustandes nochmals die gleichen Ultraschallaufnahmen mit identischen Positions- und Bildge- bungsparametern erzeugt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste zeitliche Abschnitt in der Anfangsphase des Verarmungsprozesses beginnt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zeitliche Abschnitt in der Endphase der Kontrastmittelverarmung des Objekts beginnt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien ein anderer Objektbereich aufgenommen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils in zwei Zeitabschnitten erzeugten Schnittbildserien mit jeweils unterschiedlichen Positionen des Schallwandlers und/oder mit unterschiedlichen Schallfrequenzen aufgenommen werden.

14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , umfassend ein Schallwandlermodul zur Erzeugung einer Ultraschallaufnahme, ein Leistungsmodul zur Regelung der Schalleistung des Schallwandlermoduls, ein Positionierungsmodul zur definierten Positionierung des Schallwandlermoduls, Timermodul zur Festlegung der Bildwiederholrate, ein Darstellungsmodul zur bildlichen Darstellung empfangener Schallsignale sowie ein Steuerungsmodul zur Steuerung der vorgenannten Module, das derart eingerichtet ist, dass es die wiederholte Abfolge von Kontrastmittelzerstörungssequenzen und Objektaufnahmesequenzen sowie die wiederholte Fo- kussierung von definierten Bildebenen und die Aufnahmen dieser Bildebenen mit identischen Positions- und Bildgebungsparametern zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermöglicht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein programmierbares Abfolgemodul vorgesehen ist, welches mit dem Steuermodul verbunden ist und das derart eingerichtet ist, dass es die Programmierung von Positionierungs-, Kontrastmittelzerstörungs- und Aufnahmesequenzen ermöglicht, welche nachfolgend durch das Steuermodul ausführbar sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswertungsmodul vorgesehen ist, das eine Modellierung von Anreicherungs- und/oder Verarmungsprozessen ermöglicht und dass derart eingerichtet ist, dass Abbildungen von Zuständen in Zeitabschnitten, in denen keine Schnittbildserie aufgenommen wurde, mittels mathematischer Nährungsverfahren ermittelt werden können.