WO2012055543A1 - Anwendung eines zweidimensionalen analytischen signals in der sonographie - Google Patents

Anwendung eines zweidimensionalen analytischen signals in der sonographie Download PDF

Info

Publication number
WO2012055543A1
WO2012055543A1 PCT/EP2011/005384 EP2011005384W WO2012055543A1 WO 2012055543 A1 WO2012055543 A1 WO 2012055543A1 EP 2011005384 W EP2011005384 W EP 2011005384W WO 2012055543 A1 WO2012055543 A1 WO 2012055543A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
dimensional
signals
received signals
calculating
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005384
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Wachinger
Nassir Navab
Original Assignee
Technische Universität München
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität München filed Critical Technische Universität München
Priority to DE112011103567T priority Critical patent/DE112011103567A5/de
Priority to US13/882,142 priority patent/US20130315462A1/en
Publication of WO2012055543A1 publication Critical patent/WO2012055543A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0012—Biomedical image inspection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52046—Techniques for image enhancement involving transmitter or receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8977—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using special techniques for image reconstruction, e.g. FFT, geometrical transformations, spatial deconvolution, time deconvolution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52077—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging with means for elimination of unwanted signals, e.g. noise or interference

Definitions

  • the present invention relates to the application of a two-dimensional analytical signal in sonography, and more particularly to methods and apparatus for ultrasound imaging which calculate the two-dimensional analytical signal for signal processing of reflected sound pulses.
  • Sonography also known as echography, ultrasound imaging or ultrasound
  • ultrasound imaging is the application of sound pulses and in particular ultrasound pulses as an imaging method for the non-invasive examination of the internal structure and the internal structuring of objects, ie. H. the object to be examined can be examined from the outside without the need for dissection or dissection of the object to be examined.
  • a transducer generally emits sound pulses that are differently absorbed, scattered and reflected due to the inhomogeneity of the material or tissue inside the object to be examined.
  • An echo of the sound pulses reflected back to a receiver which can be integrated in the transducer itself, is received by the latter and subsequently processed into a signal which allows conclusions to be drawn about the internal structure of the object to be examined.
  • sonography Due to the non-invasive examination option, sonography is used in many areas. Thus, for example, in human medicine or veterinary medicine, the structure, location and arrangement of organs or other tissue in a patient or an animal are sonographically examined without the need for surgical procedures or other invasive measures. In addition, due to the characteristics of the sound pulses used, the sonographic examination does not expose the object to be examined, and in particular the tissue, to any harmful radiation. About the In addition to human and veterinary applications, sonography is used in numerous technical applications, eg. As in the investigation of technical structures and their material properties in production or quality assurance, or in the security sector, for example, to control visitors, passengers or luggage and in other areas.
  • Simple sonography devices may be the size of a portable small computer, e.g. a personal digital assistant, which includes both the transducer and the receiver, or are arranged as a whole systems on a mobile rack, which include both the measuring device and processing units for processing the received signals.
  • the sonography does not require any special storage of the object to be examined, the patient or the technical structure or does not require data values from different spatial directions for generating image data, as described, for example, in US Pat. B. in current tomography methods are mandatory.
  • Ultrasonography is thus an easy-to-use technique, which non-invasively allows the examination of internal structures of objects and provides fast results with manageable means.
  • a disadvantage of ultrasonography is that the resulting output signals, for example image data, are calculated on the basis of scattered and optionally multiply reflected sound pulses and can thus comprise not inconsiderable artifacts and disturbing noise.
  • Previous approaches to optimize the resulting output signals include conventional signal processing techniques for spatially smoothing or averaging the signals over a given period of time, as well as filtering certain frequencies. While these approaches provide better quality images, they often result in reduced spatial and structural accuracy of the output signals, and typically have poorer resolution.
  • the object of the present invention is thus to further develop the sonography processing in such a way that the quality of the output signals is improved.
  • the ultrasound method comprises receiving signals of reflected sound pulses of a sound source; and processing the received signals to produce an output signal, the processing comprising calculating a two-dimensional analytic signal.
  • the inventive method is thus based on a reflection or scattering of sound pulses in the interior of an object to be examined, which are generated and emitted by a sound source. Differences in the possibly multiple reflection or scattering arise from inhomogeneities with different material or tissue properties inside the object.
  • the signals of the sound pulses reflected back in the direction of a receiver are received by the latter and further processed into an output signal, for example a one, two, three or more dimensional, continuous or discrete output signal whose amplitudes represent intensity values, the image data represent or are interpretable as image data.
  • a two-dimensional analytical signal is calculated for processing the received signals.
  • the analytical signal is capable of dividing an underlying signal such that quantitative and qualitative information is present separately in two components or quantities, in particular as local phase data and local amplitude data. These quantities of the analytic signal are also invariant and equivariant and allow the extraction of structural information independent of brightness, intensity or amplitude, as well as a change in contrast in the underlying signal.
  • the analytical signal can be used in a variety of signal processing applications, such as medical imaging, and the like. A. for registration and segmentation of objects, can be used advantageously.
  • the two-dimensional analytic signal is based on a two-dimensional Hilbert transform of higher order whose first-order Fourier factors, also called Riesz transforms, are defined in frequency space as follows:
  • Computing the two-dimensional analytic signal of a two-dimensional source signal / e L 2 (R 2 ) in spatial space comprises transforming the original signal into a signal representation F in frequency space, filtering the signal F in frequency space with a filter B and then transforming the filtered signal the Fourier factors of the Hilbert transform.
  • filters and signals in the frequency domain with capital letters and their spatial equivalents in the spatial space with corresponding lower case letters are referred to here and throughout the following description.
  • computing the two-dimensional analytic signal comprises calculating a filtered signal F p from the signal F with a filter B, signals F x and F y with the Hilbert transform of the first order H 1 as well as of signals, "Fx y and F yy with the Hilbert transform of second order H 2 , as follows:
  • ⁇ 8> is the pointwise multiplication in the frequency domain and the filter B is preferably a bandpass filter. From the calculated two-dimensional analytical signal, the quantitative, qualitative and further derived information can be extracted.
  • the two-dimensional analytical signal Due to the properties of the two-dimensional analytical signal, particularly strong intensity fluctuations of the received signals and thus brightness variations of the output signal can be compensated particularly advantageously, sturgeon artifacts are eliminated and structural le features in the output signal are highlighted.
  • the computation of structural features from the two-dimensional analytic signal during the initial processing of the received signals results in a more accurate and consistent output signal.
  • the calculation and application of the two-dimensional analytical signal in the final generation of the output signal allows a clearer delineation of local structures.
  • the quality of the resulting image data can be significantly improved without decreasing the accuracy and resolution of the output signal.
  • processing the received signals comprises demodulating the received signals and demodulating calculating an envelope based on the two-dimensional analytic signal.
  • an information-bearing signal is extracted from the received signals, which represent a modulated carrier signal or a modulated carrier wave.
  • the demodulation of the received signals may include decomposing, processing and composing frequency ranges of the received signal into an intermediate signal on the basis of which the envelope is calculated.
  • the two-dimensional analytical signal can be calculated directly on the received signal or on a preprocessed signal which is generated from the received signal.
  • the calculation of the envelope is calculated on quantitative information derived from the two-dimensional analytical signal.
  • calculating the two-dimensional analytic signal comprises calculating a local amplitude of the received signals.
  • the local amplitude represents quantitative information of the two-dimensional analytical signal and reflects structural features of the underlying signal.
  • the individual Hilbert-transformed signal components of the two-dimensional analytical signal in the frequency space F p , F x , F y , F ⁇ , F ⁇ and F yy transformed back into the spatial space, the associated signal components in
  • the calculation of the envelopes is done according to this embodiment on the local amplitude data and leads to an overall much improved envelope detection.
  • the received signals comprise a plurality of scan lines, and the two-dimensional analytic signal is simultaneously calculated on the plurality of scan lines.
  • the scanning lines are arranged one below the other in a lateral direction and the two-dimensional analytical signal is now calculated on the basis of this arrangement of the lines and columns.
  • computing the two-dimensional analytic signal comprises applying one or more bandpass filters.
  • the one or more bandpass filters may define the filter B for calculating the signal components of the two-dimensional analytic signal.
  • the bandpass filters can be Poisson filters that produce a linear scaling space.
  • the bandpass filters are log-Gabor filters whose frequency response is defined as where ⁇ 0 is the center frequency and £ / ty 0 defines the bandwidth of the filter.
  • the one or more bandpass filters are arranged on a filter bank to uniformly cover a continuous region of a frequency spectrum and the two-dimensional analytic signal from a response of exactly one bandpass filter or from an accumulation of responses of the bandpass filters is calculated.
  • the individual fil- ter arranged such that the frequency response of adjacent filters overlap such that a uniform coverage of the frequency spectrum is achieved.
  • the bandpass filters may either individually flow into the filter function B in order to extract particularly interesting frequency spectra from the original signal and to base them on further processing, or the filter function B may be defined as a combination of several or all bandpass filters to more complex ones Frequency ranges in the further processing to take into account, for example, to exclude trouble-prone frequency bands.
  • the bandwidth of the one or more bandpass filters is directional.
  • the equilibrium between the influence of the individual directional components for example the lateral and the axial direction, can be adjusted and taken into account, in particular for a simultaneous calculation of the two-dimensional analytical signal on several scanning lines, in particular if a higher resolution or a smaller distance between data samples in one direction ,
  • the axial direction is to be expected and thereby the calculation results could be interfered with.
  • calculating the two-dimensional analytical signal comprises calculating a local orientation.
  • processing the received signals to compute the output signal may include generating temporary image data on which the two-dimensional analytic signal is calculated.
  • a local orientation ⁇ is calculated from the calculated two-dimensional analytical signal
  • the sound source is an ultrasonic source
  • the signals are high frequency signals
  • the output signal comprises B-mode image data.
  • the ultrasound source preferably generates sound in the frequency range between 16 kHz and 1.6 GHz, particularly preferably in the frequency range between 3.0 and 3.5 MHz.
  • the output signal here is preferably a discrete one-, two- or three-dimensional signal whose intensity values for the individual spatial elements, so-called pixels or voxels, in luminance values. te can be implemented, which can be displayed as gray or color values on a display device.
  • the above charge is further solved by a computer-readable medium having instructions stored thereon which, when executed by a computer, cause the computer to execute the method according to the invention.
  • a sonography apparatus comprising a receiver for receiving signals of reflected sound pulses from a sound source; and a processing unit for processing the received signals to generate an output signal, wherein the processing unit calculates a two-dimensional analytic signal.
  • the receiver and the sound source may be formed as separate units or preferably integrated in a unit or a transducer to simplify the operation of the device.
  • the receiver and the processing unit may be formed as separate units, which communicate with each other via a data or signal connection or may be integrated in one unit.
  • both the sound source, the receiver and the processing unit can be integrated in a portable unit.
  • the processing unit can furthermore be a processor set up for processing the received signals, preferably a multi-core processor, wherein the respective cores are set up to carry out individual processing steps in parallel, for example the calculation of the two-dimensional analytical signal.
  • a processor set up for processing the received signals preferably a multi-core processor, wherein the respective cores are set up to carry out individual processing steps in parallel, for example the calculation of the two-dimensional analytical signal.
  • the processing unit comprises a demodulator for demodulating the received signals, wherein the demodulator computes an envelope based on the two-dimensional analytic signal.
  • the demodulator may be implemented as a processor or processor core configured to demodulate signals, or may be implemented as a parameter-driven hardware circuit which extracts, based on the parameters, an information-bearing signal from a modulated carrier signal or a modulated carrier wave.
  • the processing unit for calculating the two-dimensional analytic signal calculates a local amplitude of the received signals.
  • the received signals comprise a plurality of scan lines and the processing unit calculates the two-dimensional analytic signal simultaneously on the plurality of scan lines.
  • the processing unit may include a memory which latches the scan lines and which can be accessed by the processing unit to simultaneously calculate the analytic signal for all scan lines.
  • the individual scan lines can be recorded with a time delay or can be detected simultaneously by providing a plurality of receivers and / or multiple sound sources.
  • the processing unit for computing the two-dimensional analytic signal applies one or more bandpass filters.
  • the one or more bandpass filters are arranged on a filterbank so as to uniformly cover a continuous area of a frequency spectrum and the processing unit obtains the two-dimensional analytic signal from a response of exactly one bandpass filter or from an accumulation of responses of the bandpass filters calculated.
  • the individual bandpass filters of the filterbank may be preconfigured as a dedicated processing unit, such as a processor or a processor core, to filter one or more frequency ranges of an input signal.
  • the bandpass filters are preferably Poisson filters or log Gabor filters.
  • the bandwidth of the one or more bandpass filters is directional.
  • the processing unit calculates a local orientation for calculating the two-dimensional analytic signal.
  • the sound source is an ultrasonic source
  • the signals are high-frequency signals
  • the output signal represents B-mode image data.
  • a sonography system is also provided which comprises a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a filter bank with log Gabor filters and an ultrasound signal spectrum
  • FIG 3 shows an ultrasonic processing process according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows effects of a method according to preferred embodiments of the present invention on generated image data of a head-neck ultrasound
  • FIG. 7 shows portions of B-mode image data generated by conventional approaches and in accordance with embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 shows temporal image data and resulting biopsy needle image data processed in accordance with embodiments of the present invention.
  • Figure 1 shows the magnitude of components of a two-dimensional Hilbert transform associated with a log Gabor filter in the frequency domain.
  • the log Gabor filter is defined by a filter kernel B with a frequency response 101 in the frequency domain and results in filtered Hilbert-transformed first order signals H X ® B and H y l ⁇ S> B, 103 and 105, respectively, and filtered Hilbert-transformed second-order signals H ® B, ⁇ ⁇ ® B and H ⁇ ® B, 107, 109 and 1 1 1, where ® represents the pointwise multiplication in the frequency domain.
  • the two-dimensional analytical signal is obtained by embedding in a three-dimensional projection space.
  • This allows a distinction between geometric features (local orientation and local aperture angles) and structural features (local phase and local amplitude).
  • the opening angle a which distinguishes features of different intrinsic dimensionality, is given as
  • the homogeneous signal component ff, the signal f p in the projection space is defined as
  • Fig. 2 shows a filter bank 201 with five log Gabor filters 203a-203e, shown as dashed lines, and an ultrasonic signal spectrum 205, the x-axis indicating the frequency in MHz.
  • the ultrasonic signal spectrum 205 shown as a solid line was recorded at an ultrasound recording frequency of 3.3 MHz.
  • any signal that is defined in a finite interval, that is, has a finite carrier can be represented, after periodic continuation, by a Fourier series that decomposes the signal into components of different frequencies, each having its own phase and amplitude.
  • Direct application of the Hilbert transform to the original signal representing accumulation of local signals at different frequencies would therefore insufficiently extract the local features.
  • the analytic signal would have to be calculated for infinitesimally small areas in the frequency domain, so-called Dirac deltas. Due to the uncertainty principle, however, this would lead to filters with an infinite carrier in space.
  • bandpass filters can be used to locate both in the spatial domain and in the frequency domain. For example, differences of Poisson filter cores can be used to select frequencies, creating a linear scale space. Furthermore, log-Gabor filters may be preferred in sonography to achieve improved results. Since log-Gabor filters in space can not be described by a closed analytical expression, the filters are preferably used directly in the frequency domain, the frequency response being defined as
  • An essential aspect of the design of filters is to arrange filters on a filter bank 201 such that adjacent filters overlap sufficiently to achieve uniform coverage of the frequency spectrum.
  • the central frequencies may be 2.285 MHz, 2.629 MHz, 3.0 MHz, 3.47 MHz and 4.0 MHz.
  • the further processing can be based on the signal of a certain scale, ie the response of a filter or bandpass filter, or the answers of several different or all scales can be taken into account in the further processing.
  • a certain scale ie the response of a filter or bandpass filter, or the answers of several different or all scales can be taken into account in the further processing.
  • FIG. 3 shows an ultrasound processing process or pipeline 301 according to an embodiment of the present invention, comprising receiving 303 reflected signals, demodulating 305 the received signals, and mapping 307 an intermediate signal to generate 309 an output signal, wherein demodulation 305 further comprises a Frequency analysis 31 1 of the received signal and based thereon envelope detection 313 has.
  • signals of reflected sound pulses preferably radio frequency signals
  • the analysis may comprise a frequency selection and composition and provides a discrete or continuous signal whose envelope is calculated in the following step 313.
  • the envelope representing Signal (envelope signal) is subsequently mapped 307 to intensity values, for example by a non-linear mapping, which are used to generate 309 an output signal.
  • the output signal can be any one, two, three or more dimensional signal that can be used to examine and evaluate the received signals.
  • the output signal is a discrete two-dimensional signal having intensity values that can be represented as image data.
  • other one- or three-dimensional, continuous or discrete output signals can also be generated for examination.
  • the demodulation 305 extracts the information-bearing signal from a modulated carrier signal or a modulated carrier wave, i. H. from the received signals.
  • the envelope detection 313 is based on a calculation of a local amplitude of a two-dimensional analytic signal calculated from the received signal.
  • the received signal may be present as one or more spatially adjacent scan lines, whereby the analytic signal for the scan lines may be calculated separately.
  • the two-dimensional analytic signal can be calculated on all scan lines simultaneously.
  • the calculation of the two-dimensional analytical signal taking into account all scanning lines can in particular significantly improve the envelope recognition, since the signal is analyzed in its two-dimensional context, in which, in addition to axial information, also lateral information, ie those signal information, the belong to adjacent, laterally arranged scan lines.
  • a balance between the influence of signal data in both the lateral and axial directions can be achieved by designing the bandpass filters accordingly, by defining the bandwidths of the bandpass filters in a directional manner, taking into account in particular the spacing of the scan lines or the axial signal resolution.
  • the thus calculated envelope signal is then imaged 307 and used to generate 309 the output signal.
  • the selected image may be any image that maps the envelope signal to intensities.
  • linear or preferably non-linear transfer functions for example different spreading functions, root-based functions, monotonic transformations or characteristic-based transformations, can be used.
  • different image processing operations may be used, such as histogram-based adjustment and equalization of the intensities, various threshold methods, and the use of local operators for smoothing, noise reduction, or highlighting local features.
  • brightness-modulated B-mode image data are preferably used which represent an echo intensity of the received signals converted into brightness values and can thus be interpreted as a sectional image by the object to be examined.
  • the invention is not limited to the generation of B-mode images and can be advantageously used in single or multi-dimensional ultrasound methods, for example in A-mode method, 3D ultrasound or 4D ultrasound.
  • envelopes 401 and 403 were determined on the basis of a calculation of a one-dimensional analytic signal which, in the case of the envelope 403, is further filtered by the log Gabor filters shown in FIG.
  • envelopes 405 and 407 show results of envelope detection based on application of a two-dimensional analytic signal, again, where the envelope 407 was calculated using the filter bank of FIG.
  • FIG. 5 shows further results of the method according to embodiments of the present invention, wherein the two-dimensional image data generated in this case are shown.
  • images 501 and 503 have been calculated on the basis of a one-dimensional analytic signal and images 505 and 507 by a two-dimensional analytic signal.
  • the analytical signals underlying the calculation were filtered with the filters of FIG. 2.
  • the results shown in Fig. 5, in accordance with the results of Fig. 4 show the positive effect of the filter bank on the resulting image data.
  • the comparison of the filtered and the unfiltered images ie. H.
  • the application of the two-dimensional analytic signal provides more accurate and consistent mapping of structures in images 505 and 507. This is particularly apparent from a circular structure 509 in the upper left corner of the image 507, which appears in the corresponding image 503, which was calculated with a one-dimensional analytic signal, only as an elliptical structure 51 1.
  • FIG. 6 shows a correlation comparison for different envelope detection techniques for quantifying the differences in correlation between scan lines using a filtered or unfiltered, one-dimensional or two-dimensional analytic signal according to embodiments of the present invention.
  • correlation coefficients averaged as black, hatched and white bars are calculated between the scanning lines by a distance of 1 (i.e., for adjacent scanning lines), 2 and 3, respectively, with the correlation coefficients averaged over 256 scanning lines of an image.
  • the results of Fig. 6 again show the visually improved consistency of images calculated by means of a filtered two-dimensional analytical signal.
  • FIG. 7 shows results of a simplified high-frequency signal-to-luminance signal conversion of amplitude images a with a logarithmic compression log (a + 25), with sections of the image data calculated according to different methods being images 701, 703, 705 and 707 are shown.
  • the logarithmic compression ultimately leads to a compression of the values, and further information can be lost by discretizing the values, for example, to a discrete number range of 1 to 256 or to 2 16 numerical values or to another discrete number range.
  • Images 701 and 703 and images 705 and 707 are each calculated with a one-dimensional analytic signal and a two-dimensional analytic signal, respectively.
  • filtering was performed with filters as shown in FIG. The results of Fig.
  • the image 707 calculated with a filtered two-dimensional analytic signal according to an embodiment of the present invention shows clearer structures and reduced noise. It will be understood by those skilled in the art that the B-mode image data shown in Figure 7 is different from those seen on conventional ultrasound systems because generally further image processing steps are employed to refine the final result. However, it is also clear that when comparable image processing operations are used for post-processing, the improvement visible in the images shown has a direct effect on any final image data and thus also leads to an improvement of the final image data.
  • Fig. 8 shows results of calculation of B-mode images according to embodiments of the present invention.
  • image 801 shows an intermediate signal imaged with an intensity map, which corresponds to a result of step 307 of FIG. 3, and in which the contours of a biopsy needle are already indistinctly recognizable.
  • the intermediate signal can thus already be a B-mode image.
  • a further improvement of the output signal can be achieved by an additional or alternative calculation of an analytic signal on the intermediate signal shown in the image 801. For this purpose, the local orientation of the analytical signal of the intermediate signal is calculated.
  • Figure 803 shows the result of the calculation based on a one-dimensional analytic signal
  • Figure 805 shows the result of the calculation based on a two-dimensional analytic signal. While Figure 803 allows only indistinct conclusions about the imaged biopsy needle, in Figure 805 clear structural information is visible, revealing the biopsy needle.
  • the calculation of the two-dimensional analytical signal from an intensity-reflected intermediate signal thus enables a more accurate detection of local features. So- in particular, the quality of the results of downstream image processing steps and applications such. As registration, segmentation and feature recognition, which use local features as inputs, be significantly improved.
  • the calculation of the two-dimensional analytical signal can be calculated according to the invention for the demodulation of the received signals of the reflected sound pulses or on intermediate signals and that both can be combined.
  • a first two-dimensional analytical signal on the received signals of reflected sound pulses and a second two-dimensional analytical signal on an intermediate signal for generating an output signal can thus be calculated.
  • the local amplitude for envelope detection is preferably calculated, and the local two-dimensional analytical signal is used to calculate local features in the output signal.
  • the invention is thus not limited to a calculation of a two-dimensional analytical signal on certain intermediate signals, but may comprise the calculation of a plurality of two-dimensional analytical signals on a plurality of intermediate signals.
  • the application and calculation of a two-dimensional analytic signal on both received signals has numerous advantages.
  • the demodulation of the received signals with the two-dimensional analytic signal allows a more accurate extraction of structures, as the signal is analyzed in its natural two-dimensional context.
  • the envelope detection based on the local amplitude of the two-dimensional analytical signal allows the generation of B-mode images with increased quality.
  • the advantageous signal model of the two-dimensional analytical signal leads to a more precise recognition of local features in B-mode images.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anwendung eines zweidimensionalen analytischen Signals in der Sonographie, wobei ein Sonographieverfahren bereitgestellt wird, das ein Empfangen von Signalen reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle und ein Verarbeiten der empfangenen Signale zur Erzeugung eines Ausgabesignals umfasst, wobei das Verarbeiten ein Berechnen eines zweidimensionalen analytischen Signals umfasst. Darüber hinaus werden eine Sonographievorrichtung und ein darauf basierendes Sonographiesystem bereitgestellt.

Description

ANWENDUNG EINES ZWEIDIMENSIONALEN ANALYTISCHEN SIGNALS IN DER
SONOGRAPHIE
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung eines zweidimensionalen analytischen Signals in der Sonographie und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen für die Ultra- schallbildgebung, die zur Signalverarbeitung von reflektierten Schallimpulsen das zweidimensionale analytische Signal berechnen.
Stand der Technik
Die Sonographie, auch Echographie, Ultraschallbildgebung oder vereinfacht Ultraschall genannt, bezeichnet die Anwendung von Schallimpulsen und insbesondere Ultraschallimpulsen als bildgebendes Verfahren zur nichtinvasiven Untersuchung des inneren Aufbaus und der inneren Strukturierung von Objekten, d. h. das zu untersuchende Objekt kann von Außen untersucht werden, ohne dass eine Zerlegung oder Zergliederung des zu untersuchenden Objekts erforderlich wäre. Hierzu sendet im Allgemeinen ein Schallkopf Schallimpulse aus, die aufgrund der Inhomogenität des Materials oder Gewebes im Inneren des zu untersuchenden Objekts unterschiedlich absorbiert, gestreut und reflektiert werden. Ein zu einem Empfänger, der im Schallkopf selbst integriert sein kann, zurückreflektiertes Echo der Schallimpulse wird von diesem empfangen und nachfolgend in ein Signal verarbeitet, welches Schlüsse auf die innere Struktur des zu untersuchenden Objekts erlaubt.
Aufgrund der nichtinvasiven Untersuchungsmöglichkeit wird die Sonographie in zahlreichen Gebieten angewendet. So werden beispielsweise in der Humanmedizin oder Veterinärmedizin die Struktur, Lage und Anordnung von Organen oder von sonstigem Gewebe in einem Patienten oder einem Tier sonographisch untersucht, ohne dass hierbei chirurgische Eingriffe oder sonstige invasive Maßnahmen notwendig wären. Darüber hinaus, setzt die sonographische Untersuchung aufgrund der Eigenschaften der verwendeten Schallimpulse das zu untersuchende Objekt und insbesondere das Gewebe keiner schädigenden Strahlung aus. Über die human- und veterinärmedizinischen Anwendungsgebiete hinaus, kommt die Sonographie in zahlreichen technischen Anwendungen zum Einsatz, z. B. bei der Untersuchung von technischen Strukturen und ihren Materialeigenschaften bei der Produktion oder der Qualitätssicherung, oder im Sicherheitssektor beispielsweise zur Kontrolle von Besuchern, Passagieren oder Gepäckstücken und in weiteren Bereichen.
Ein Vorteil der Sonographie liegt darin, dass Untersuchungen bereits mit Vorrichtungen und Systemen mit einem verhältnismäßig einfachen Aufbau durchgeführt werden können. Einfache Sonographievorrichtungen können die Größe eines tragbare Kleincomputers, z.B. eines Personal Digital Assistants, aufweisen, der sowohl den Schallkopf als auch den Empfänger umfasst, oder sind als Gesamtsysteme auf einem fahrbaren Gestell angeordnet, die sowohl die Messvorrichtung als auch Verarbeitungseinheiten zur Verarbeitung der empfangenen Signale umfassen.
Ferner ist vorteilhaft, dass die Sonographie keine besondere Lagerung des zu untersuchenden Objekts, des Patienten oder der technischen Struktur erfordert oder zur Erzeugung von Bilddaten keine Datenwerte aus unterschiedlichen Raumrichtungen erfordert, wie Sie z. B. bei gängigen Tomographieverfahren zwingend sind.
Die Sonographie ist somit eine einfach anzuwendende Technik, welche mit überschaubaren Mitteln nichtinvasiv die Untersuchung von inneren Strukturen von Objekten erlaubt und schnelle Resultate liefert.
Ein Nachteil der Sonographie besteht jedoch darin, dass die resultierenden Ausgabesignale, beispielsweise Bilddaten, ausgehend von gestreuten und ggf. mehrfach reflektierten Schallimpulsen berechnet werden und somit nicht unerhebliche Artefakte und störendes Rauschen umfassen können. Bisherige Ansätze zur Optimierung der resultierenden Ausgabesignale umfassen gängige Signalverarbeitungsverfahren zur räumlichen Glättung oder Mittelung der Signale über einen bestimmten Zeitabschnitt hinweg sowie Filterung bestimmter Frequenzen. Diese Ansätze liefern zwar Bilder mit einer besseren Qualität, führen jedoch oft zu einer verringerten Orts- und Strukturgenauigkeit der Ausgabesignale und weisen in der Regel eine schlechtere Auflösung auf. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Sonographieverarbeitung derart weiterzuentwickeln, dass die Qualität der Ausgabesignale verbessert wird.
Die Aufgabe wird durch das Sonographieverfahren mit den Merkmalen gemäß Hauptanspruch 1 sowie durch die Sonographievorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Sonographieverfahren umfasst ein Empfangen von Signalen reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle; und ein Verarbeiten der empfangenen Signale zur Erzeugung eines Ausgabesignals, wobei das Verarbeiten ein Berechnen eines zweidimensionalen analytischen Signals umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf einer Reflexion oder Streuung von Schallimpulsen im Inneren eines zu untersuchenden Objekts, die von einer Schallquelle generiert und ausgesendet werden. Unterschiede in der ggf. mehrfachen Reflexion oder Streuung entstehen hierbei durch Inhomogenitäten mit unterschiedlichen Material- oder Gewebeeigenschaften im Inneren des Objekts. Die Signale der in Richtung eines Empfängers (zurück-)reflektierten Schallimpulse werden von diesem empfangen und weiter zu einem Ausgabesignal verarbeitet, beispielsweise zu einem ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionalen, kontinuierlichen oder diskreten Ausgabesignal, dessen Amplituden Intensitätswerte repräsentieren, die Bilddaten darstellen oder als Bilddaten interpretierbar sind.
Erfindungsgemäß wird zur Verarbeitung der empfangenen Signale ein zweidimensionales analytisches Signal berechnet. Das analytische Signal vermag ein zugrunde liegendes Signal derart aufzuteilen, dass quantitative und qualitative Informationen getrennt in zwei Komponenten oder Quantitäten vorliegen, insbesondere als lokale Phasendaten und lokale Amplitudendaten. Diese Quantitäten des analytischen Signals sind zudem invariant und äquivariant und ermöglichen die Extraktion von strukturellen Informationen unabhängig von einer Helligkeit, Intensität oder Amplitude sowie einer Kontraständerung in dem zugrunde liegenden Signal. Somit kann das analytische Signal in einer Vielzahl von Anwendungen der Signalverarbeitung, beispielsweise der medizinischen Bildgebung, u. A. zur Registrierung und Segmentierung von Objekten, vorteilhaft verwendet werden. Das zweidimensionale analytische Signal basiert auf einer zweidimensionalen Hilbert- Transformation höherer Ordnung, deren Fourier-Faktoren erster Ordnung, auch Riesz- Transformation genannt, im Frequenzraum wie folgt definiert sind:
Hl Hl
wobei u = (x,y) e C \ {(0,6)} und z' = V-T ist. Die Fourier-Faktoren der Hilbert- Transformation zweiter Ordnung sind wie folgt definiert:
IHI llull llull
Das Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals eines zweidimensionalen Ursprungssignals / e L2 (R2 ) im Ortsraum umfasst ein Transformieren des Ursprungssignals in eine Signalrepräsentation F im Frequenzraum, ein Filtern des Signals F im Frequenzraum mit einem Filter B und eine anschließende Transformation des gefilterten Signals mit den Fourier-Faktoren der Hilbert-Transformation. Zur Vereinfachung werden hier und in der gesamten nachfolgenden Beschreibung Filter und Signale im Frequenzraum mit Großbuchstaben und ihre räumliche Entsprechungen im Ortsraum mit korrespondierenden Kleinbuchstaben bezeichnet.
Somit umfasst das Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals ein Berechnen eines gefilterten Signals Fp aus dem Signal F mit einem Filter B, von Signalen Fx und Fy mit der Hilbert-Transformation erster Ordnung H1 sowie von Signalen », Fxy und Fyy mit der Hilbert- Transformation zweiter Ordnung H2 , wie folgt:
Figure imgf000005_0001
wobei <8> die punktweise Multiplikation im Frequenzbereich und der Filter B bevorzugt ein Bandpassfilter ist. Aus dem berechneten zweidimensionalen analytischen Signal lassen sich die quantitativen, qualitativen und weitere abgeleitete Informationen extrahieren.
Aufgrund der Eigenschaften des zweidimensionalen analytischen Signals können insbesondere starke Intensitätsschwankungen der empfangenen Signale und somit Helligkeitsvariationen des Ausgabesignals besonders vorteilhaft ausgeglichen, Störartefakte beseitigt und strukturel- le Merkmale im Ausgabesignal hervorgehoben werden. Insbesondere führt die Berechnung von strukturellen Merkmalen aus dem zweidimensionalen analytischen Signal während der initialen Verarbeitung der empfangenen Signale zu einem genaueren und konsistenteren Ausgabesignal. Darüber hinaus ermöglicht die Berechnung und Anwendung des zweidimensionalen analytischen Signals bei der abschließenden Erzeugung des Ausgabesignals eine deutlichere Abgrenzung von lokalen Strukturen. Durch die Anwendung und Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals in einzelnen Verarbeitungsschritten oder in mehreren Verarbeitungsschritten kann somit die Qualität der resultierenden Bilddaten erheblich verbessert werden, ohne die Genauigkeit und Auflösung des Ausgabesignals zu verringern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verarbeiten der empfangenen Signale ein Demodulieren der empfangenen Signale und das Demodulieren ein Berechnen einer Hüllkurve basierend auf dem zweidimensionalen analytischen Signal. Hierbei wird ein informationstragendes Signal aus den empfangenen Signalen extrahiert, welche ein moduliertes Trägersignal oder eine modulierte Trägerwelle darstellen. Das Demodulieren der empfangenen Signale kann eine Dekomposition, ein Verarbeiten und ein Zusammenstellen von Frequenzbereichen des empfangenen Signals zu einem Zwischensignal umfassen, auf dessen Grundlage die Hüllkurve berechnet wird. Hierzu kann das zweidimensionale analytische Signal direkt auf dem empfangenen Signal oder auf einem vorverarbeiteten Signal berechnet werden, das aus dem empfangenen Signal erzeugt wird. Die Berechnung der Hüllkurve wird auf aus dem zweidimensionalen analytischen Signal abgeleiteten quantitativen Informationen berechnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals ein Berechnen einer lokalen Amplitude der empfangenen Signale. Die lokale Amplitude stellt quantitative Informationen des zweidimensionalen analytischen Signals dar und reflektiert strukturelle Merkmale des zugrunde liegenden Signals. Zur Berechnung der lokalen Amplitude werden die einzelnen Hilbert-transformierten Signalkomponenten des zweidimensionalen analytischen Signals im Frequenzraum Fp, Fx, Fy, F^, F^ und Fyy in den Ortsraum zurück transformiert, wobei die zugehörigen Signalkomponenten im
Figure imgf000006_0001
Ortsraum als fp, fx, fy, + fyy } , = fxy und f+_ zu berechnen. Ausgehend von diesen Größen kann nun ein Öffnungswinkel
Figure imgf000006_0002
a berechnet werden als
Figure imgf000007_0001
Hieraus ergibt sich die homogene Signalkomponente fu des Signals fp im Projektionsraum als
Jh ~ i 2 '
woraus unmittelbar die lokale Amplitude a berechnet werden kann als
Figure imgf000007_0002
Die Berechnung der Hüllkurven erfolgt gemäß dieser Ausführungsform auf den lokalen Amplitudendaten und führt zu einer insgesamt deutlich verbesserten Hüllkurvenerkennung.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform umfassen die empfangenen Signale eine Vielzahl von Abtastzeilen und das zweidimensionale analytische Signal wird gleichzeitig auf der Vielzahl der Abtastzeilen berechnet. Hierzu werden die Abtastzeilen in einer lateralen Richtung untereinander angeordnet und das zweidimensionale analytische Signal wird nun ausgehend von dieser Anordnung der Zeilen und Spalten berechnet. Durch die gleichzeitige Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals kann die Hüllkurvenerkennung dadurch verbessert werden, dass zusätzlich Informationen der lateralen Richtung in die Analyse einfließen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals ein Anwenden eines oder mehrerer Bandpassfilter. Hierbei können der eine oder die mehreren Bandpassfilter den Filter B zur Berechnung der Signalkomponenten des zweidimensionalen analytischen Signals definieren. Die Bandpassfilter können Pois- son-Filter sein, die einen linearen Skalierungsraum erzeugen. Bevorzugt sind die Bandpassfilter jedoch log-Gabor-Filter, deren Frequenzantwort definiert ist als wobei ω0 die Zentralfrequenz ist und £/ty0 die Bandbreite des Filters definiert.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der eine oder sind die mehreren Bandpassfilter derart auf einer Filterbank angeordnet, dass ein kontinuierlicher Bereich eines Frequenzspektrums gleichmäßig abgedeckt wird und das zweidimensionale analytische Signal ausgehend von einer Antwort genau eines Bandpassfilters oder ausgehend von einer Akkumulation von Antworten der Bandpassfilter berechnet wird. Bevorzugt werden die einzelnen Fil- ter derart angeordnet, dass sich die Frequenzantwort von benachbarten Filtern derart überlappt, dass eine gleichmäßige Abdeckung des Frequenzspektrums erzielt wird. Die Bandpass- filter können entweder einzeln in die Filterfunktion B einfließen, um so besonders interessierende Frequenzspektra aus dem ursprünglichen Signal zu extrahieren und diese der weiteren Verarbeitung zugrunde zu legen, oder die Filterfunktion B kann als eine Kombination mehrerer oder aller Bandpassfilter definiert sein, um komplexere Frequenzbereiche bei der weiteren Verarbeitung zu berücksichtigen, um beispielsweise störanfällige Frequenzbänder auszuschließen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Bandbreite des einen oder der mehreren Bandpassfilter richtungsabhängig. Hierdurch kann insbesondere bei einer gleichzeitigen Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals auf mehreren Abtastzeilen das Gleichgewicht zwischen dem Einfluss der einzelnen Richtungskomponenten, beispielsweise der lateralen und der axialen Richtung, angepasst und berücksichtigt werden, wenn insbesondere eine höhere Auflösung oder ein kleinerer Abstand zwischen Datensamples in einer Richtung, beispielsweise der axialen Richtung, zu erwarten ist und hierdurch die Berechnungsergebnisse störend beeinflusst werden könnten.
Gemäß einer weiteren Ausf hrungsform umfasst das Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals ein Berechnen einer lokalen Orientierung. Hierbei kann das Verarbeiten der empfangenen Signale zur Berechnung des Ausgabesignals ein Erzeugen von temporären Bilddaten umfassen, auf denen das zweidimensionale analytische Signal berechnet wird. Zur Erzeugung des Ausgabesignals wird aus dem berechneten zweidimensionalen analytischen Signal eine lokale Orientierung Θ als
1 f
Θ = -arctan^-
2 _
berechnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schallquelle eine Ultraschallquelle, die Signale sind Hochfrequenzsignale und das Ausgabesignal umfasst B-Mode-Bilddaten. Bevorzugt erzeugt die Ultraschallquelle einen Schall im Frequenzbereich zwischen 16 kHz und 1,6 GHz, besonders bevorzugt im Frequenzbereich zwischen 3,0 und 3,5 MHz. Das Ausgabesignal ist hierbei bevorzugt ein diskretes ein-, zwei- oder dreidimensionales Signal, dessen Intensitätswerte für die einzelnen räumlichen Elemente, sogenannte Pixel oder Voxel, in Helligkeitswer- te umgesetzt werden können, die als Grau- oder Farbwerte auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden können.
Erfindungsgemäß wird die obige Aufgage ferner durch ein computer-lesbares Medium mit darauf gespeicherten Befehlen gelöst, die, wenn von einem Computer ausgeführt, den Computer dazu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren ausfuhren.
Erfindungsgemäß wird des weiteren eine Sonographievorrichtung bereitgestellt, die einen Empfanger zum Empfangen von Signalen reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle; und eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der empfangenen Signale zur Erzeugung eines Ausgabesignals umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit ein zweidimensionales analytisches Signal berechnet. Hierbei können der Empfänger und die Schallquelle als separate Einheiten ausgebildet sein oder bevorzugt in einer Einheit oder einem Schallkopf integriert sein, um die Bedienung der Vorrichtung zu vereinfachen. Ferner können der Empfänger und die Verarbeitungseinheit als voneinander getrennte Einheiten ausgebildet sein, welche über eine Datenoder Signalverbindung miteinander kommunizieren oder können in einer Einheit integriert sein. Insbesondere können sowohl die Schallquelle, der Empfanger als auch die Verarbeitungseinheit in einer tragbaren Einheit integriert sein. Die Verarbeitungseinheit kann ferner ein zum Verarbeiten der empfangenen Signale eingerichteter Prozessor sein, bevorzugt ein Mehrkernprozessor, wobei die jeweiligen Kerne zur parallelen Durchführung einzelner Verarbeitungsschritte, beispielsweise der Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals, eingerichtet sind. Insgesamt stellt die erfindungsgemäße Sonographievorrichtung aufgrund der Analyse der reflektierten Signale durch das zweidimensionale analytische Signal ein Ausgabesignal mit einer erheblich verbesserten Qualität und mit gleichbleibender Genauigkeit und Auflösung bereit.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verarbeitungseinheit einen Demodulator zum Demodulieren der empfangenen Signale, wobei der Demodulator eine Hüllkurve basierend auf dem zweidimensionalen analytischen Signal berechnet. Der Demodulator kann als ein zum Demodulieren von Signalen eingerichteter Prozessor oder Prozessorkern ausgebildet sein oder kann als eine parametergesteuerte Hardwareschaltung realisiert sein, welche ausgehend von den Parametern ein informationstragendes Signal aus einem modulierten Trägersignal oder einer modulierten Trägerwelle extrahiert. In einer weiteren Ausführungsform berechnet die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals eine lokale Amplitude der empfangenen Signale.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die empfangenen Signale eine Vielzahl von Abtastzeilen und die Verarbeitungseinheit berechnet das zweidimensionale analytische Signal gleichzeitig auf der Vielzahl der Abtastzeilen. Hierbei kann die Verarbeitungseinheit einen Speicher umfassen, der die Abtastzeilen zwischenspeichert und auf den die Verarbeitungseinheit zugreifen kann, um das analytische Signal für alle Abtastzeilen gleichzeitig zu berechnen. Die einzelnen Abtastzeilen können zeitversetzt aufgenommen sein oder durch Bereitstellen mehrerer Empfänger und/oder mehrerer Schallquellen gleichzeitig erfasst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wendet die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals einen oder mehrere Bandpassfilter an.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform sind der eine oder die mehreren Bandpassfilter derart auf einer Filterbank angeordnet, dass ein kontinuierlicher Bereich eines Frequenzspektrums gleichmäßig abgedeckt wird und die Verarbeitungseinheit das zweidimensionale analytische Signal ausgehend von einer Antwort genau eines Bandpassfilters oder ausgehend von einer Akkumulation von Antworten der Bandpassfilter berechnet. Die einzelnen Bandpassfilter der Filterbank können als eine dedizierte Verarbeitungseinheit, beispielsweise als ein Prozessor oder ein Prozessorkern, vorkonfiguriert sein, um einen oder mehrere Frequenzbereiche eines Eingangssignals zu filtern. Bevorzugt sind die Bandpassfilter Poisson-Filter oder log- Gabor-Filter.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Bandbreite des einen oder der mehreren Bandpassfilter richtungsabhängig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform berechnet die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen analytischen Signals eine lokale Orientierung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schallquelle eine Ultraschallquelle, die Signale sind Hochfrequenzsignale und das Ausgabesignal stellt B-Mode-Bilddaten dar. Erfindungsgemäß wird ferner ein Sonographiesystem bereitgestellt, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung beispielhafter bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung von zweidimensionalen Hilbert-Transformierten im Frequenzbereich;
Fig. 2 eine Filterbank mit log-Gabor-Filtern und einem Ultraschallsignalspektrum;
Fig. 3 einen Ultraschallverarbeitungsprozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 einen Vergleich von Ergebnissen einer Hüllkurvenerkennung gemäß einem herkömmlichen Berechnungsansatz und gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 Auswirkungen eines Verfahrens gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf erzeugte Bilddaten einer Sonographie im Kopf-/Halsbereich;
Fig. 6 eine Korrelation zwischen benachbarten Abtastzeilen nach einer Berechnung von Hüllkurven gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen;
Fig. 7 Ausschnitte von B-Mode-Bilddaten, welche mit herkömmlichen Ansätzen und gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden; und
Fig. 8 temporäre Bilddaten und resultierende Bilddaten einer Biopsienadel, welche gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verarbeitet sind.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt den Betrag von Komponenten einer mit einem log-Gabor-Filter verknüpften zweidimensionalen Hilbert-Transformierten im Frequenzbereich. Der log-Gabor-Filter ist durch einen Filter-Kernel B mit einer Frequenzantwort 101 im Frequenzbereich definiert und führt zu gefilterten Hilbert-transformierten Signalen erster Ordnung HX ® B und Hy l <S> B , 103 beziehungsweise 105, und zu gefilterten Hilbert-transformierten Signalen zweiter Ordnung H ® B , Ην ® B und H^ ® B , 107, 109 und 1 1 1, wobei ® die punktweise Multiplikation im Frequenzraum darstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird das zweidimensionale analytische Signal durch eine Einbettung in einen dreidimensionalen Projektionsraum erhalten. Dies ermöglicht eine Unterscheidung von geometrischen Merkmalen (lokale Orientierung und lokaler Öffnungswinkel) und strukturellen Merkmalen (lokale Phase und lokale Amplitude). Um eine Interpretation der Hilbert-transformierten Signale zweiter Ordnung in dem Projektionsraum zu ermöglichen, kann ein Isomorphismus zwischen der Hesse-Matrix und einer Vektordarstellung gewählt werden, die zu /, = ^\fB + /J, /+ = fxy und /+_ = ^ \fa - /J führt. Hieraus können die lokalen Merkmale berechnet werden. Der Öffnungswinkel a , der Merkmale unterschiedlicher intrinsischer Dimensionalität unterscheidet, ist gegeben als
Figure imgf000012_0001
Mit dem Öffnungswinkel a ist die homogene Signalkomponente ff, des Signals fp im Projektionsraum definiert als
_ ll + cosar
ih ~ V 2 '
woraus sich das geometrische Merkmal der lokalen Orientierung Θ als
Θ n =— 1 arctan- / +
2 / + - und die strukturellen Merkmale, d. h. die lokale Phase φ und die lokale Amplitude a, als
(i = atan 2( A-1 iJ2 +[ 7 ,/P)
und
Figure imgf000012_0002
ergeben.
Fig. 2 zeigt eine Filterbank 201 mit fünf log-Gabor-Filtern 203a bis 203e, welche als gestrichelte Linien dargestellt sind, und ein Ultraschallsignalspektrum 205, wobei die x- Achse die Frequenz in MHz angibt. Das als durchgezogene Linie dargestellte Ultraschallsignalspektrum 205 wurde mit einer Ultraschallaufnahmefrequenz von 3,3 MHz aufgenommen. Allgemein kann jedes Signal das in einem endlichen Intervall definiert ist, also einen endlichen Träger besitzt, nach periodischer Fortsetzung durch eine Fourier-Reihe dargestellt werden, die das Signal in Komponenten unterschiedlicher Frequenzen zerlegt, von denen jede ihre eigene Phase und Amplitude aufweist. Eine direkte Anwendung der Hilbert- Transformation auf das ursprüngliche Signal, das eine Akkumulation von lokalen Signalen mit unterschiedlichen Frequenzen repräsentiert, würde deshalb lediglich unzureichend die lokalen Merkmale extrahieren. Theoretisch müsste das analytische Signal für infinitesimal kleine Bereiche im Frequenzbereich, sogenannte Dirac-Deltas, berechnet werden. Aufgrund der Unschärferelation würde dies jedoch zu Filtern mit einem unendlichen Träger im Ortsraum führen.
Um dies zu verhindern, können Bandpassfilter zur Lokalisierung sowohl im Ortsraum als auch im Frequenzraum verwendet werden. Beispielsweise können Differenzen von Poisson- Filterkernen zur Auswahl von Frequenzen eingesetzt werden, wodurch ein linearer Skalenraum geschaffen wird. Ferner können in der Sonographie bevorzugt log-Gabor-Filter eingesetzt werden, um verbesserte Ergebnisse zu erzielen. Da log-Gabor-Filter im Ortsraum nicht durch einen geschlossenen analytischen Ausdruck beschrieben werden können, erfolgt bevorzugt eine Anwendung der Filter direkt im Frequenzraum, wobei die Frequenzantwort definiert ist als
Giß)) = e-C0sWfflo>J /(2-i°g(* .)2))
mit einer Zentralfrequenz ω0 und einer Bandbreite fc/<y0 .
Ein wesentlicher Aspekt des Entwurfs von Filtern besteht darin, Filter auf einer Filterbank 201 derart anzuordnen, dass sich benachbarte Filter ausreichend überlappen, um eine gleichmäßige Abdeckung des Frequenzspektrums zu erzielen. Eine in Fig. 2 gezeigte beispielhafte Anordnung von Filtern auf einer Filterbank umfasst fünf log-Gabor-Filter 203a bis 203e mit einer Bandbreite von k/a>0 = 0,93 . Beispielsweise können die Zentralfrequenzen bei 2,285 MHz, 2,629 MHz, 3,0 MHz, 3,47 MHz und 4,0 MHz liegen.
Ausgehend von auf einer Filterbank angeordneten Filtern kann die weitere Verarbeitung auf das Signal einer bestimmten Skala, d. h. die Antwort eines Filters oder Bandpassfilters, gestützt werden oder es können die Antworten von mehreren verschiedenen oder allen Skalen bei der weiteren Verarbeitung berücksichtigt werden. Hierdurch können die Filter oder Band- passfilter gezielt angepasst werden, um störende Artefakte und Störfrequenzen im Frequenzraum zu beseitigen.
Fig. 3 zeigt einen Ultraschallverarbeitungsprozess oder -Pipeline 301 gemäß einer Ausfuhrimgsform der vorliegenden Erfindung, die ein Empfangen 303 von reflektierten Signalen, ein Demodulieren 305 der empfangenen Signale und ein Abbilden 307 eines Zwischensignals zur Erzeugung 309 eines Ausgabesignal umfasst, wobei das Demodulieren 305 ferner eine Frequenzanalyse 31 1 des empfangenen Signals und eine darauf basierende Hüllkurvenerkennung 313 aufweist. Hierbei werden in einem ersten Schritt Signale reflektierter Schallimpulse, bevorzugt Hochfrequenzsignale, empfangen 303 und nachfolgend analysiert 311. Die Analyse kann eine Frequenzauswahl und -Zusammensetzung umfassen und liefert ein diskretes oder kontinuierliches Signal, dessen Hüllkurve im nachfolgenden Schritt berechnet wird 313. Das die Hüllkurve darstellende Signal (Hüllkurvensignal) wird nachfolgend auf Intensitätswerte, beispielsweise durch eine nicht-lineare Abbildung, abgebildet 307, welche zur Erzeugung 309 eines Ausgabesignals verwendet werden. Das Ausgabesignal kann ein beliebiges ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionales Signal sein, welches zur Untersuchung und Auswertung der empfangenen Signale verwendet werden kann. Bevorzugt ist das Ausgabesignal ein diskretes zweidimensionales Signal mit Intensitätswerten, die als Bilddaten dargestellt werden können. Es können jedoch auch andere ein- oder dreidimensionale, kontinuierliche oder diskrete Ausgabesignale zur Untersuchung erzeugt werden.
Die Demodulation 305 extrahiert das informationstragende Signal aus einem modulierten Trägersignal oder einer modulierten Trägerwelle, d. h. aus den empfangenen Signalen. Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform basiert die Erkennung 313 der Hüllkurve auf einer Berechnung einer lokalen Amplitude eines zweidimensionalen analytischen Signals, das aus dem empfangenen Signal berechnet wurde.
Das empfangene Signal kann als eine oder mehrere räumlich benachbarte Abtastzeilen vorliegen, wobei das analytische Signal für die Abtastzeilen separat berechnet werden kann. Bevorzugt kann das zweidimensionale analytische Signal auf allen Abtastzeilen gleichzeitig berechnet werden. Die Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals unter Berücksichtung aller Abtastzeilen kann insbesondere die Hüllkurvenerkennung deutlich verbessern, da das Signal in seinem zweidimensionalen Kontext analysiert wird, in dem ebenfalls neben axialen Informationen auch laterale Informationen, d. h. diejenigen Signalinformationen, die zu benachbarten, lateral angeordneten Abtastzeilen gehören, berücksichtigt werden. Bevorzugt kann ein Gleichgewicht zwischen dem Einfluss von Signaldaten sowohl in lateraler als auch axialer Richtung durch einen entsprechenden Entwurf der Bandpassfilter erreicht werden, indem die Bandbreiten der Bandpassfilter richtungsabhängig definiert werden, wobei insbesondere der Abstand der Abtastzeilen oder die axiale Signalauflösung berücksichtigt werden kann.
Das so errechnete Hüllkurvensignal wird anschließend abgebildet 307 und zur Erzeugung 309 des Ausgabesignals herangezogen. Die gewählte Abbildung kann eine beliebige Abbildung sein, die das Hüllkurvensignal auf Intensitäten abbildet. Insbesondere können lineare oder bevorzugt nicht-lineare Transferfunktionen, beispielsweise unterschiedliche Spreizfunktionen, Wurzel-basierte Funktionen, monotone Transformationen oder kennlinienbasierte Transformationen, verwendet werden. Zur Erzeugung 309 des Ausgabesignals können ferner unterschiedliche Bildverarbeitungsoperationen verwendet werden, wie zum Beispiel histogrammbasierte Anpassung und Entzerrung der Intensitäten, diverse Schwellwertverfahren, und die Verwendung von lokalen Operatoren zur Glättung, Rauschminderung oder Hervorhebung von lokalen Merkmalen. Als resultierende Bilddaten werden bevorzugt helligkeitsmodulierte B- Mode-Bilddaten verwendet, die eine in Helligkeitswerte umgesetzte Echointensität der empfangene Signale darstellen und so als ein Schnittbild durch das zu untersuchende Objekt interpretiert werden können. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Erzeugung von B-Mode- Bildern beschränkt und kann ferner in ein- oder mehrdimensionalen Ultraschallverfahren vorteilhaft eingesetzt werden, so beispielsweise in A-Mode-Verfahren, 3D-Ultraschalll oder 4D- Ultraschall.
Fig. 4 zeigt Ergebnisse der Hüllkurvenerkennung für eine zentrale Abtastzeile eines Hochfrequenzsignals, das gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berechnet wurde, wobei das Hochfrequenzsignal mit einem linearen Schallgeber bei 3,3 MHz im Kopf/Halsbereich erzeugt wurde. Hierbei wurden Hüllkurven 401 und 403 auf der Grundlage einer Berechnung eines eindimensionalen analytischen Signals ermittelt, das im Fall der Hüllkurve 403 ferner mit den in Fig. 2 dargestellten log-Gabor-Filtern gefiltert ist. Darüber hinaus zeigen Hüllkurven 405 und 407 Ergebnisse der Hüllkurvenerkennung basierend auf einer Anwendung eines zweidimensionalen analytischen Signals, wobei auch hier die Hüllkurve 407 unter Verwendung der Filterbank aus Fig. 2 berechnet wurde. Den Ergebnissen aus Fig. 4 und insbesondere dem Vergleich der Hüllkurve 401 mit der Hüllkurve 403 und dem Ver- gleich der Hüllkurve 405 mit der Hüllkurve 407 ist zu entnehmen, dass die Anwendung einer Filterbank insgesamt zu glätteren Hüllkurven führt.
Fig. 5 zeigt weitere Ergebnisse des Verfahrens gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei die hierbei erzeugten zweidimensionalen Bilddaten dargestellt sind. Hierbei sind Bilder 501 und 503 auf der Grundlage eines eindimensionalen analytischen Signals sowie Bilder 505 und 507 mittels eines zweidimensionalen analytischen Signals berechnet worden. Zudem wurden bei den Bildern 503 und 507 die der Berechnung zugrundeliegenden analytischen Signale mit den Filtern nach Fig. 2 gefiltert. Auch die in Fig. 5 dargestellten Ergebnisse zeigen konform mit den Ergebnissen aus Fig. 4 die positive Auswirkung der Filterbank auf die resultierenden Bilddaten. Ferner verdeutlicht der Vergleich der gefilterten mit den ungefilterten Bildern, d. h. das Bild 503 mit dem Bild 501 sowie das Bild 507 mit dem Bild 505, dass in den gefilterten Bildern 503 und 507 weniger Artefakte und konsistentere Strukturen vorhanden sind. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass die Anwendung des zweidimensionalen analytischen Signals eine genauere und konsistentere Abbildung von Strukturen in den Bildern 505 und 507 liefert. Dies wird insbesondere anhand einer kreisförmigen Struktur 509 in der oberen linken Ecke des Bildes 507 sichtbar, die in dem entsprechenden Bild 503, das mit einem eindimensionalen analytischen Signal berechnet wurde, lediglich als eine elliptische Struktur 51 1 erscheint.
Fig. 6 zeigt einen Korrelationsvergleich für unterschiedliche Hüllkurvenerkennungstechniken zur Quantifizierung der Unterschiede der Korrelation zwischen Abtastzeilen bei Verwendung eines gefilterten oder ungefilterten, eindimensionalen oder zweidimensionalen analytischen Signals gemäß Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung. Hierzu sind jeweils als schwarze, schraffierte und weiße Balken gemittelte Korrelationskoeffizienten dargestellt, die zwischen den Abtastzeilen mit einem Abstand von 1 (d.h. für benachbarte Abtastzeilen), 2 beziehungsweise 3 berechnet wurden, wobei die Korrelationskoeffizienten über 256 Abtastzeilen eines Bildes gemittelt sind. Die Ergebnisse aus Fig. 6 zeigen wiederum die visuell verbesserte Konsistenz von Bildern, die mittels eines gefilterten zweidimensionalen analytischen Signals berechnet wurden.
Fig. 7 zeigt Ergebnisse einer vereinfachten Hochfrequenzsignal-zu-Helligkeitssignal- Konversion von Amplitudenbildern a mit einer logarithmischen Kompression log(a + 25) , wobei Ausschnitte der nach unterschiedlichen Verfahren berechneten Bilddaten als Bilder 701, 703, 705 und 707 dargestellt sind. Die logarithmische Kompression führt letztendlich zu einer Verdichtung der Werte, wobei ferner Informationen durch eine Diskretisierung der Werte, beispielsweise auf einen diskreten Zahlenbereich von 1 bis 256 oder auf 216 Zahlenwerte oder auf einen anderen diskreten Zahlenbereich, verloren gehen können. Die Bilder 701 und 703 sowie die Bilder 705 und 707 sind jeweils mit einem eindimensionalen analytischen Signal bzw. einem zweidimensionalen analytischen Signal berechnet. Darüber hinaus wurde bei den Bildern 703 und 707 die Filterung mit Filtern gemäß Fig. 2 durchgeführt. Auch die Ergebnisse aus Fig. 7 zeigen die vorteilhafte Verwendung der Filter zur Demodulation des empfangenen Signals. Femer zeigt das mit einem gefilterten zweidimensionalen analytischen Signal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnete Bild 707 deutlichere Strukturen und ein verringertes Rauschen. Dem Fachmann ist klar, dass sich die in Fig. 7 gezeigten B-Mode-Bilddaten von denen unterscheiden, die auf herkömmlichen Ultraschallsystemen zu sehen sind, da im Allgemeinen noch weitere Bildverarbeitungsschritte angewendet werden, um das Endergebnis zu verfeinem. Es ist jedoch auch klar, dass sich bei Einsatz vergleichbarer Bildverarbeitungsoperationen zur Nachbearbeitung die in den gezeigten Bildern sichtbaren Verbesserung unmittelbar auch auf etwaige finale Bilddaten entsprechend auswirken und somit ebenfalls zu einer Verbesserung der finalen Bilddaten führen.
Fig. 8 zeigt Ergebnisse einer Berechnung von B-Mode-Bildem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Hierbei zeigt Bild 801 ein mit einer Intensitätsabbildung abgebildetes Zwischensignal, das einem Ergebnis von Schritt 307 aus Fig. 3 entspricht, und in dem bereits die Konturen einer Biopsienadel undeutlich erkennbar sind. Insbesondere kann somit bereits das Zwischensignal ein B-Mode-Bild sein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine weitere Verbesserung des Ausgabesignals durch eine zusätzliche oder alternative Berechnung eines analytischen Signals auf dem im Bild 801 dargestellten Zwischensignal erreicht werden. Hierzu wird die lokale Orientierung des analytischen Signals des Zwischensignals berechnet. Bild 803 zeigt das Ergebnis der Berechnung, die auf einem eindimensionalen analytischen Signal basiert, und Bild 805 das Ergebnis der Berechnung, die auf einem zweidimensionalen analytischen Signal basiert. Während Bild 803 lediglich undeutliche Rückschlüsse auf die abgebildete Biopsienadel erlaubt, sind im Bild 805 deutliche Strukturinformationen sichtbar, die die Biopsienadel erkennen lassen.
Die Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals aus einem intensitätsabgebilde- ten Zwischensignal ermöglicht somit eine genauere Erkennung von lokalen Merkmalen. So- mit kann insbesondere die Qualität der Ergebnisse von nachgeschalteten Bildverarbeitungs- schritten und Anwendungen, wie z. B. Registrierung, Segmentierung und Merkmalserkennung, welche lokale Merkmale als Eingaben verwenden, deutlich verbessert werden.
Dem Fachmann ist klar, dass die Berechnung des zweidimensionalen analytischen Signals erfindungsgemäß zur Demodulation der empfangenen Signale der reflektierten Schallimpulse oder auf Zwischensignalen berechnet werden kann und dass beide kombiniert werden können. Im Ergebnis kann somit ein erstes zweidimensionales analytisches Signal auf den empfangenen Signalen reflektierter Schallimpulse und ein zweites zweidimensionales analytisches Signal auf einem Zwischensignal zur Erzeugung eines Ausgabesignals berechnet werden. Bevorzugt wird bei einer kombinierten Berechnung von zwei analytischen Signalen aus dem ersten zweidimensionalen analytischen Signal die lokale Amplitude zur Hüllkurvenerkennung berechnet und aus dem zweiten zweidimensionalen analytischen Signal die lokale Orientierung zur Extraktion von lokalen Merkmalen in dem Ausgabesignal berechnet. Die Erfindung ist somit nicht auf eine Berechnung eines zweidimensionalen analytischen Signals auf bestimmten Zwischensignalen beschränkt, sondern kann die Berechnung mehrerer zweidimensionaler analytischer Signale auf mehreren Zwischensignalen umfassen.
Die Anwendung und Berechnung eines zweidimensionalen analytischen Signals sowohl auf empfangenen Signalen, beispielsweise Hochfrequenzsignalen, als auch auf Zwischensignalen, die B-Mode-Bilder repräsentieren können, weist zahlreiche Vorteile auf. Die Demodulation der empfangenen Signale mit dem zweidimensionalen analytischen Signal erlaubt eine genauere Extraktion von Strukturen, da das Signal in seinem natürlichen zweidimensionalen Kontext analysiert wird. Insbesondere erlaubt die auf der lokalen Amplitude des zweidimensionalen analytischen Signals basierende Hüllkurvenerkennung die Erzeugung von B-Mode- Bildern mit einer erhöhten Qualität. Darüber hinaus fuhrt das vorteilhafte Signalmodel des zweidimensionalen analytischen Signals zu einer präziseren Erkennung von lokalen Merkmalen in B-Mode-Bildern.
Die in den Figuren 4 bis 8 gezeigten Beispiele und Ergebnisse basieren auf einer Abtastung der Signale von linearen Schallgebern. Dem Fachmann ist klar, dass bei Anwendung von kur- vilinearen Schallgebern die Anwendung der zweidimensionalen Hilbert-Transformation ohne eine vorhergehende Abtastkonversion durch die polare Fourier-Transformation erreicht werden kann. Obwohl die Erfindung in Bezug auf eine Sonographieverarbeitung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf ein spezielles Sonographie- oder Ultraschallverfahren oder -Vorrichtung beschränkt. Vielmehr kommt jede Anwendung in Betracht, in der Signale reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle empfangen werden, die an Strukturen mit unterschiedlichen Material- oder Gewebeeigenschaften oder infolge von Inhomogenitäten des Materials oder Gewebes in einem zu untersuchenden Objekt reflektiert werden. Es ist ferner klar, dass lineare und nicht-lineare Schallquellen und Empfänger genauso unter die Erfindung fallen, wie Schallimpulse unterschiedlicher Frequenzbereiche.
Die Merkmale der in den Ansprüchen offenbarten Erfindung können für die Realisierung der Erfindung entweder alleine oder in jeder beliebigen Kombination von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Sonographieverfahren (301), das folgende Schritte umfasst:
Empfangen (303) von Signalen reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle; und Verarbeiten der empfangenen Signale zur Erzeugung eines Ausgabesignals, wobei das Verarbeiten ein Berechnen eines zweidimensionalen Analytischen Signals umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verarbeiten der empfangenen Signale ein Demodulieren (305) der empfangenen Signale und das Demodulieren (305) ein Berechnen (313) einer Hüllkurve basierend auf dem zweidimensionalen Analytischen Signal umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Berechnen des zweidimensionalen Analytischen Signals ein Berechnen einer lokalen Amplitude der empfangenen Signale umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die empfangenen Signale eine Vielzahl von Abtastzeilen umfassen und das zweidimensionale Analytische Signal gleichzeitig auf der Vielzahl der Abtastzeilen berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen des
zweidimensionalen Analytischen Signals ein Anwenden eines oder mehrerer Bandpassfilter umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der eine oder die mehreren Bandpassfilter derart auf einer Filterbank angeordnet sind, dass ein kontinuierlicher Bereich eines Frequenzspektrums gleichmäßig abgedeckt wird und das zweidimensionale Analytische Signal ausgehend von einer Antwort genau eines Bandpassfilters oder ausgehend von einer Akkumulation von Antworten der Bandpassfilter berechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Bandbreite des einen oder der mehreren Bandpassfilter richtungsabhängig ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen des zweidimensionalen Analytischen Signals ein Berechnen einer lokalen Orientierung umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schallquelle eine Ultraschallquelle ist, die Signale Hochfrequenzsignale sind und das Ausgabesignal B- Mode-Bilddaten darstellt.
10. Computer-lesbares Medium mit darauf gespeicherten Befehlen, die, wenn von einem Computer ausgeführt, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
1 1. Sonographievorrichtung, die Folgendes umfasst:
einen Empfänger zum Empfangen von Signalen reflektierter Schallimpulse einer Schallquelle; und
eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der empfangenen Signale zur Erzeugung eines Ausgabesignals, wobei die Verarbeitungseinheit ein zweidimensionales Analytisches Signal berechnet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, wobei die Verarbeitungseinheit einen Demodulator zum Demodulieren der empfangenen Signale umfasst und der Demodulator eine Hüllkurve basierend auf dem zweidimensionalen Analytischen Signal berechnet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen Analytischen Signals eine lokale Amplitude der empfangenen Signale berechnet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die empfangenen Signale eine Vielzahl von Abtastzeilen umfassen und die Verarbeitungseinheit das zweidimensionale Analytische Signal gleichzeitig auf der Vielzahl der Abtastzeilen berechnet.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 , wobei die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen Analytischen Signals einen oder mehrere Bandpassfilter anwendet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der eine oder die mehreren Bandpassfilter (203a,..., 203e) derart auf einer Filterbank (201) angeordnet sind, dass ein kontinuierlicher Bereich eines Frequenzspektrums gleichmäßig abgedeckt wird und die Verarbeitungseinheit das zweidimensionale Analytische Signal ausgehend von einer Antwort genau eines Bandpassfilters (203a,...,203e) oder ausgehend von einer Akkumulation von Antworten der Bandpassfilter (203a,...,203e) berechnet.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Bandbreite des einen oder der mehreren Bandpassfilter (203a,..., 203e) richtungsabhängig ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 17, wobei die Verarbeitungseinheit zum Berechnen des zweidimensionalen Analytischen Signals eine lokale Orientierung berechnet.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 18, wobei die Schallquelle eine Ultraschallquelle ist, die Signale Hochfrequenzsignale sind und das Ausgabesignal B- Mode-Bilddaten darstellt.
20. Sonographiesystem, das eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19 um- fasst.
PCT/EP2011/005384 2010-10-26 2011-10-25 Anwendung eines zweidimensionalen analytischen signals in der sonographie WO2012055543A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112011103567T DE112011103567A5 (de) 2010-10-26 2011-10-25 Anwendung eines zweidimensionalen analytischen Signals in der Sonographie
US13/882,142 US20130315462A1 (en) 2010-10-26 2011-10-25 Use of a Two-Dimensional Analytical Signal in Sonography

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010049669 2010-10-26
DE102010049669.3 2010-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012055543A1 true WO2012055543A1 (de) 2012-05-03

Family

ID=44903155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/005384 WO2012055543A1 (de) 2010-10-26 2011-10-25 Anwendung eines zweidimensionalen analytischen signals in der sonographie

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130315462A1 (de)
DE (1) DE112011103567A5 (de)
WO (1) WO2012055543A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014066231A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Cell identification method and device, and urine analyzer

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9509977B2 (en) * 2012-03-28 2016-11-29 Olympus Corporation Image processing system and microscope system including the same
US8922802B2 (en) * 2013-02-21 2014-12-30 Ricoh Company, Ltd. Method and system for halftoning using energy minimization
JP6390145B2 (ja) * 2014-04-09 2018-09-19 コニカミノルタ株式会社 超音波画像診断装置及び超音波画像診断装置の作動方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4837578A (en) * 1981-10-29 1989-06-06 California Institute Of Technology Apparatus and method for range detection using the analytic signal identified from the received signal
US5293871A (en) * 1993-05-05 1994-03-15 Cornell Research Foundation Inc. System for ultrasonically determining corneal layer thicknesses and shape

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6056693A (en) * 1999-08-16 2000-05-02 General Electric Company Ultrasound imaging with synthetic transmit focusing
JP2004520870A (ja) * 2000-11-28 2004-07-15 アレズ フィジオニックス リミテッド 非侵襲的な生理学的評価システムおよびその方法
US9005126B2 (en) * 2007-05-03 2015-04-14 University Of Washington Ultrasonic tissue displacement/strain imaging of brain function

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4837578A (en) * 1981-10-29 1989-06-06 California Institute Of Technology Apparatus and method for range detection using the analytic signal identified from the received signal
US5293871A (en) * 1993-05-05 1994-03-15 Cornell Research Foundation Inc. System for ultrasonically determining corneal layer thicknesses and shape

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FELSBERG M ET AL: "THE MONOGENIC SIGNAL", IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 49, no. 12, 1 December 2001 (2001-12-01), pages 3136 - 3144, XP008035813, ISSN: 1053-587X, DOI: 10.1109/78.969520 *
GAMMELL ET AL: "Analogue implementation of analytic signal processing for pulse-echo systems", ULTRASONICS, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS LTD. GUILDFORD, GB, vol. 19, no. 6, 1 November 1981 (1981-11-01), pages 279 - 283, XP025665154, ISSN: 0041-624X, [retrieved on 19811101], DOI: 10.1016/0041-624X(81)90019-6 *
GAMMELL ET AL: "Improved ultrasonic detection using the analytic signal magnitude", ULTRASONICS, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS LTD. GUILDFORD, GB, vol. 19, no. 2, 1 March 1981 (1981-03-01), pages 73 - 76, XP025720179, ISSN: 0041-624X, [retrieved on 19810301], DOI: 10.1016/0041-624X(81)90111-6 *
LENNART WIETZKE ET AL: "The Signal Multi-Vector", JOURNAL OF MATHEMATICAL IMAGING AND VISION, KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS, BO, vol. 37, no. 2, 11 March 2010 (2010-03-11), pages 132 - 150, XP019790725, ISSN: 1573-7683 *
LIEBGOTT H ET AL: "Transverse oscillations for tissue motion estimation", ULTRASONICS, IPC SCIENCE AND TECHNOLOGY PRESS LTD. GUILDFORD, GB, vol. 50, no. 6, 1 May 2010 (2010-05-01), pages 548 - 555, XP026977554, ISSN: 0041-624X, [retrieved on 20091110] *
MALTAVERNE T ET AL: "Motion estimation using the monogenic signal applied to ultrasound elastography", 2010 ANNUAL INTERNATIONAL CONFERENCE OF THE IEEE ENGINEERING IN MEDICINE AND BIOLOGY SOCIETY : (EMBC 2010) ; BUENOS AIRES, ARGENTINA, 31 AUGUST - 4 SEPTEMBER 2010, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 31 August 2010 (2010-08-31), pages 33 - 36, XP031882941, ISBN: 978-1-4244-4123-5, DOI: 10.1109/IEMBS.2010.5626086 *
MOHAMMAD R HOSEINI ET AL: "Two dimensional analytic wavelet thresholding and its application to ultrasonic pulse-echo B-scan denoising", ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING (CCECE), 2010 23RD CANADIAN CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 2 May 2010 (2010-05-02), pages 1 - 5, XP031755096, ISBN: 978-1-4244-5376-4 *
VICTOR MURRAY ET AL: "Multiscale AM-FM Demodulation and Image Reconstruction Methods With Improved Accuracy", IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 18, no. 5, 1 May 2010 (2010-05-01), pages 1138 - 1152, XP011299732, ISSN: 1057-7149 *
WACHINGER C ET AL: "Estimation of acoustic impedance from multiple ultrasound images with application to spatial compounding", COMPUTER VISION AND PATTERN RECOGNITION WORKSHOPS, 2008. CVPR WORKSHOPS 2008. IEEE COMPUTER SOCIETY CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 23 June 2008 (2008-06-23), pages 1 - 8, XP031285584, ISBN: 978-1-4244-2339-2 *
WEIWEI ZHANG ET AL: "Real Time 3-D Ultrasound to MR Cardiovascular Image Registration Using a Phase-Based Approach", BIOMEDICAL IMAGING: MACRO TO NANO, 2006. 3RD IEEE INTERNATIONAL SYMPOS IUM ON APRIL 6, 2006, PISCATAWAY, NJ, USA,IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 6 April 2006 (2006-04-06), pages 666 - 669, XP010912718, ISBN: 978-0-7803-9576-3, DOI: 10.1109/ISBI.2006.1625004 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014066231A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Siemens Healthcare Diagnostics Inc. Cell identification method and device, and urine analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
DE112011103567A5 (de) 2013-09-12
US20130315462A1 (en) 2013-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016108737B4 (de) Wissensbasierte Ultraschallbildverbesserung
DE69725670T2 (de) Hochgenaue Zeit-Frequenz-Signalanalyse mit niedriger Verzerrung unter Verwendung gedrehter Fensterspektrogramme
DE60038382T2 (de) Intravaskuläre ultraschallbildanalyse unter verwendung einer aktiven konturmethode
DE69530686T2 (de) Gerät zur gewebecharakterisierung mittels ultraschall
DE10248745B4 (de) Verfahren zur Verwendung von Ultraschall zum Analysieren von interessierenden Medien und Ultraschallanalysesystem
DE10312018B4 (de) System und Verfahren zur Ultraschall-Bildverarbeitung
DE69936036T2 (de) Verfahren und Gerät zur automatischen Kompensierung von Zeit-Verstärkung und/oder Seitenintensität-Verstärkung bei der B-Mode Ultraschallbildgebung
DE19619808C2 (de) Ultraschall-Abbildungsverfahren und Ultraschall-Diagnosesystem
DE102018218751A1 (de) Machinengestützter arbeitsablauf bei der ultraschallbildgebung
DE102013001230B4 (de) Achsbezogene Charakterisierung von Scherwellen mit Ultraschall
DE69922983T2 (de) Bildgebungssystem und-verfahren
DE2657899A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur darstellung und kenntlichmachung von koerpern mittels ultraschall
DE10224234A1 (de) System und Verfahren zur Phasenumkehr-Ultraschallabbildung
DE102008028387A1 (de) Tomographisches Bildrekonstruktionsverfahren zum Erzeugen eines Bildes von einem Untersuchungsobjekt und nach diesem Verfahren arbeitende bildgebende Einrichtung
EP1324701A1 (de) Ultraschalltomograph
DE3104014A1 (de) &#34;ultraschall-abtaster&#34;
DE102005050917A1 (de) Verfahren und Tomographiegerät zur Rekonstruktion einer tomographischen Darstellung eines Objektes
DE102016100367A1 (de) Spärliche Verfolgung in Schallstrahlintensitätsimpuls-Bildgebung
DE102011055477A1 (de) Verfahren und System zur Korrektur von Ultraschalldaten
DE102011083727B4 (de) Verfahren zur Erzeugung eines rauschreduzierten CT-Bilddatensatzes, Rechensystem und CT-System
DE102007013570A1 (de) Verfahren zur Rauschverminderung in digitalen Bildern mit lokal unterschiedlichem und gerichtetem Rauschen
DE10238322A1 (de) Retrospektive bzw. fenstergesteuerte Filterung von Bildern zur Adaption von Schärfe und Rauschen in der Computer-Tomographie
EP2214112B1 (de) Verfahren zum Festlegen einer Konstellation von Messpunkten auf einer anatomischen Struktur
WO2012055543A1 (de) Anwendung eines zweidimensionalen analytischen signals in der sonographie
DE112020005100T5 (de) Zusätzliche Diagnosedaten in der parametrischen Ultraschallbildgebung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11776707

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120111035675

Country of ref document: DE

Ref document number: 112011103567

Country of ref document: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13882142

Country of ref document: US

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112011103567

Country of ref document: DE

Effective date: 20130912

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11776707

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1