DE102004043600A1

DE102004043600A1 - Verfahren und Vorrichtung zur harmonischen Bildgebung von Gewebe mit natürlich (durch Gewebe) decodierter codierter Anregung

Info

Publication number: DE102004043600A1
Application number: DE102004043600A
Authority: DE
Inventors: Xiaohui Waukesha Hao; Richard Menomonee Falls Chiao; Steven Waukesha Miller; Yadong Waukesha Li
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2005-03-31
Also published as: CN1623513A; US20050054925A1; CN100506163C; US7037265B2; JP2005081150A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (200, 300, 400, 500) und Vorrichtungen (10), die Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels eines Ultraschallgeräts ermöglichen. Codierte Pulse (210, 310, 410, 510) und die phaseninvertierte Version der besagten codierten Pulse (230, 33, 430, 530) mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer 1 werden in das Gewebe abgestrahlt. Rückgestreute Echos (220, 240, 320, 340, 420, 440, 520, 540) werden empfangen und vor oder nach einem kohärenten Summieren gefiltert. Eine Decodierung/Kompression der empfangenen Echos der codierten Pulse wird auf natürliche Weise durch das Ausbreiten der speziell entworfenen Ultrabreitbandsignalformen (d. h. Bandbreite > 80%) in ein Gewebe und durch Pulsinversion durchgeführt. Kostspielige Decodierungs/Kompressionsfilter werden nicht benötigt.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Bildgebungsverfahren, die ein Ultraschallgerät verwenden. Die Erfindung betrifft insbesondere Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels eines Ultraschallgeräts.

Tissue Harmonic Imaging (THI) ist ein bekanntes Bildgebungsverfahren, das in Ultraschallgeräten verwendet wird. Die Anfänge eines derartigen Bildgebungsverfahren gründeten sich auf den erkannten Bedarf nach einer Verbesserung der Effizienz akustischer Kontrastmittel, in Fällen, wo das rückgestreute Signal reich an Harmonischen ist. Nach Einführung in die klinische Praxis, zeigte sich, dass sich Bilder auch ohne Einbringen eines Kontrastmittels gewinnen ließen, und dass sich diese Bilder außerdem durch eine Zunahme an Deutlichkeit auszeichneten Tissue Harmonic Imaging (THI) wurde daher als ein eigenständiges Bildgebungsverfahren etabliert. Zuvor wurden im Allgemeinen zwei Verfahren zur Durchführung von THI eingesetzt, nämlich die Bandpassfilterung mit Einzelpulsabgabe und das Verfahren einer Mehrfachpulsabgabe/Phasenumkehrung.

In einem bekannten Einzelpulsverfahren werden die harmonischen Komponenten extrahiert, indem auf das empfangene Signal ein Bandpassfilter angewendet wird. Allerdings kann der Einsatz der Bandpassfilterung die Bandbreite begrenzen. Beispielsweise muss die Bandbreite des Abstrahlungssignals und des Bandpassfilters beschränkt werden, um das Grundspektrum und die harmonischen Bänder zu trennen. Es muss eine Filtergrenzfrequenz ausgewählt werden, wobei ein Kompromiss zwischen einem Verlust an harmonischem Signal und einer von dem Grundspektrum ausgehenden Verfälschung einzugehen ist. Die Beschränkung der Sondenbandbreite verlangt den Einsatz der Sendebandbreite. Eine schmale Bandbreite kann eine Verlängerung des Sendepulses und der Filterimpulsantwort erfordern, was wiederum eine Verringerung der axialen Auflösung zur Folge haben kann.

Die Beschränkungen der bekannten harmonischen Einzelpuls-Bandpassfilterung wurden weitestgehend überwunden, indem Pulsinversion (Phasenumkehr) eingesetzt wurde, wie sie in der am 13. Januar 1998 ausgegebenen US-Patentschrift 5 706 819 offenbart ist. Ein bekanntes Phasenumkehrverfahren verwendet zwei oder mehr sequentielle Pulse, die entlang desselben Pfads gelenkt sind, jedoch umgekehrte Polaritäten aufweisen. Die kohärente Summe des rückgestreuten Signals, das sich aus diesen Pulsabgaben ergibt, eliminiert die ungeradzahligen Harmonischen (einschließlich der Grundschwingung) während die geradzahligen Harmonischen (einschließlich der zweiten Harmonischen) für die Erzeugung von Bildern erhalten bleiben. Bildgebung mit Phasenumkehr ermöglicht Breitbandpulse und somit die Bewahrung der räumlichen Auflösung für die harmoni sche Bildgebung. Allerdings bedeutet Breitbandbetrieb im Falle regulärer Pulse eine kurze Pulslänge, was wiederum einen Verlust an Penetration nach sich zieht, insbesondere im Falle der harmonischen Bildgebung, bei der das Signal der zweiten Harmonischen ungefähr 20dB niedriger ist als das Grundschwingungssignal. Die Erfordernis einer doppelten oder mehrfachen Pulsabgabe entlang desselben Strahlpfads reduziert darüber hinaus im Falle der Phasenumkehr die Framerate.

Es ist vorteilhaft, die Auflösung zu erzielen, die einer harmonischen Bildgebung mit Pulsinversion eigen ist, während die Framerate, die Penetration und das (auch als "SNR" bezeichnete) Signal/Rausch-Verhältnis erhalten bleiben, wie sie einer harmonischen Bildgebung mit Einzelpulsabgabe eigen sind. Allerdings sind einige größere Probleme zu bedenken. Erstens besteht ein beständiges Problem darin, eine ausreichende Penetration und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, während eine gute Auflösung erhalten bleiben soll. Für fundamentale Bildgebung wurden frequenzmodulierte Signale (z.B. Chirp) mit einem großen Zeit-Bandbreite-Produkt verwendet. Dieser Ansatz ist in der Lage mit derselben Bandbreite wie herkömmliche Pulse die Penetration und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, wobei geeignet decodiert wird, um wesentliche Nebenzipfel zu vermeiden und eine gute axiale Auflösung beizubehalten. In der US-Patentschrift Nr. 6,213,947 B1, ausgegeben am 10. April 2001, ist die Verwendung eines angepassten Filters offenbart, das das maximale Signal-Rausch-Verhältnis für eine frequenz/"nichtlinearephasen"-modulierte codierte Anregung realisiert. Das Decodierfilter kann auf HF-Signale, die eine sehr hohe Abtastfrequenz aufweisen, oder auf demodulierte HF-Signale angewandt werden, die komplexe Filterkoeffizienten verwenden. In beiden Fällen, ist das Decodierfilter verhältnismäßig groß und kostspielig. Die Kostenfrage hält die meisten der gegenwärtigen Ultraschallgerätehersteller sogar davon ab, die frequenz-/nichtlinear-phasenmodulierte codierte Anregung in Ultraschallgeräten der Spitzenklasse einzusetzen. Auch wenn die Kosten annehmbar wären, arbeitet das Decodierfilter mit einer angepassten Konstruktion möglicherweise meistens nicht erwartungsgemäß, insbesondere im Falle der harmonischen Bildgebung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Dekompression im Falle harmonischer Bildgebung schwieriger ist, da die Phasen, als eine Funktion der Zeit, im Vergleich zur Grundschwingung doppelt so rasch wechseln, und die Komplexität der Erzeugung von Gewebe-Harmonischen durch weitgehend heterogenes Gewebe die Effizienz der angepassten Kompressionsfilterung erheblich reduziert, die immer auf der Grundlage idealer Bedingungen entworfen ist. Als Folge hiervon könnte der Pegel der Nebenzipfel sehr hoch ausfallen, was für Anwendungen von Ultraschallbildgebung in der Praxis nicht von Vorteil ist. Ein fehlangepasstes Filter (ähnlich jenem, wie es von T. X. Misaridis und J. A. Jensen, in der Veröffentlichung mit dem Titel "An Effective Coded Excitation Scheme Based On A Predistorted FM Signal And An Optimized Digital Filter" offenbart ist, das auf eine Verringerung des Pegel von Nebenzipfeln unter Hinnahme eines gewissen Verlusts an Signal-Rausch-Verhältnis abzielt, kann für das Decodieren von Nutzen sein.

Ein weiteres Problem bei der harmonischen Bildgebung stellt das harmonische Verhalten im Nahfeld dar. Harmonische Signale in Gewebe unterscheiden sich von örtlicher Nichtlinearität von Mikroblasen, da die THI-Signale allmählich während ihres Ausbreitens entstehen. Im Falle eines sehr nahen Feldes (beispielsweise näher als etwa 2cm) werden in dem Gewebe möglicherweise nicht ausreichend viele harmonische Komponenten erzeugt. Im Allgemeinen ruft dies einem Überstrahlen ähnelnde Bildcharakteristiken hervor, wobei eine dünne Linie aufgrund entweder einer Sättigung des übersteuerten schwachen Signals der zweiten Harmonischen oder einer Streuung des Grundsignals insbesondere im Falle hoher Frequenz als ein dicker Block erscheinen könnte. Dieses Phänomen begrenzt die Anwendung von Harmonischen in einer Nahfeldstruktur mit Hochfrequenzsonden erheblich, z.B. im Falle winziger Teile oder einer Oberflächenstruktur.

Das dritte Problem bildet die Framerate. Phasenumkehrtechniken gehen im Allgemeinen mit einer nachteiligen Reduzierung der Framerate einher, da pro Strahlposition mehrere Pulsabgaben erforderlich sind. Einige Patente offenbaren eine Verbesserung der Frameraten, beispielsweise die US-Patentschrift 6 436 046 B1, ausgegeben am 20. August 2002, und die US-Patentschrift 6 066 099, ausgegeben am 23. Mai 2000. Diese Patentschriften schließen beispielsweise die Multi-Line Akquisition (d.h. mehrere Empfangsstrahlen werden einem der Sendestrahlen zugeordnet), die räumlich benachbarte Abstrahlung von phaseninvertierten Vektoren und die simultane Multi-Line Abstrahlung ein.

Folglich besteht der Wunsch, eine hochqualitative harmonische Bildgebung über das gesamte Sichtfeld hinweg zu ermöglichen, und zwar so, dass diese Probleme gelöst sind.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels eines Ultraschallgeräts. Mindestens ein Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet für die harmonische Bildgebung Breitbandsendesignale (BW größer als etwa 80 %) mit codierter Anregung, wobei das Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 ist. Zumindest ein Ausführungsbeispiel verwendet Pulsinversion zum Entfernen von Grundsignalen und verwendet ferner mindestens eines der Verfahren: Multi-Line Akquisition, räumlich alternierende Phasenwechsel oder Multi-Line Abstrahlung (oder eine Kombination von zwei oder mehr solcher Verfahren), um die Reduzierung der Framerate zu vermeiden, die durch eine doppelte Pulsabgabe hervorgerufen wird, wie sie zuvor vorgesehen war. Das Breitbandsendesignal verbessert die Leistung der harmonischen Bildgebung im sehr nahen Feld, während es gleichzeitig die Penetration und das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu einem normalen Pulsinversionsverfahren steigert, bei dem reguläre Pulse (d.h. mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt = 1) verwendet werden. Ein Decodieren des Empfangssignals geschieht auf natürliche Weise durch das Ausbreiten von codierten Pulsen in einem Gewebe und durch Pulsinversion.

Es wird erwartet, dass Ausführungsbeispiele dieser Erfindung in der Lage sind, die Bildauflösung im Vergleich zu einem harmonischen Bildgebungsverfahren, das Bandpassfilterung von Einzelpulsen verwendet, erheblich zu verbessern, während gleichzeitig die Penetration und das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu der harmonischen Bildgebung, die Einzelpulsabgabe verwendet, beibehalten oder sogar verbessert werden, wobei die Penetration harmonischer Bildgebung, die reguläre Pulsinversion verwendet, weit übertroffen wird.

Ferner wird in Betracht gezogen, dass Ausführungsbeispiele dieser Erfindung eines oder mehrere der Verfahren: Multi-Line Akquisition, räumlich alternierende Phasenwechsel und/oder Multi-Line Abstrahlung (oder eine Kombination von zwei oder mehr solcher Verfahren) verwenden. Dies bedeutet, dass für den Vorteil einer erheblich höheren Auflösung im Vergleich zu einer harmonischen Bildgebung, die eine Bandpassfilterung mit Einzelpulsabgabe verwendet, keine Verringerung der Framerate hingenommen werden muss.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer harmonischen Bildgebung, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden. Zu diesem Ausführungsbeispiel gehören die Schritte: Abstrahlen eines codierten Pulses, der ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 aufweist, und einer phaseninvertierten Version des codierten Pulses, und Empfangen wenigstens eines rückgestreuten Echos des codierten Pulses und wenigstens eines rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses. Zumindest das rückge streute Echo des codierten Pulses und das rückgestreute Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses werden kohärent summiert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer harmonischen Bildgebung mittels eines Ultraschallgeräts, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden. Zu diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gehören die Schritte: entlang einem Sendestrahlpfad wenigstens einen codierten Puls mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 abzustrahlen und mindestens zwei rückgestreute Echos des abgestrahlten codierten Pulses entlang gegenüberliegenden Seiten des Sendestrahlpfads zu empfangen. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte: Formen wenigstens einer phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses, Abstrahlen der wenigstens einen phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses und Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echos der wenigstens einen phaseninvertierten Version des codierten Pulses entlang gegenüberliegender Seiten eines Sendestrahlpfad. Die mindestens zwei rückgestreuten Echos des codierten Pulses und die mindestens zwei rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses werden kohärent summiert.

Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer harmonischen Bildgebung mittels eines Ultraschallgeräts, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden. Zu diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gehören die Schrit te: entlang eines ersten Strahlpfades wenigstens einen codierten Puls mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 abzustrahlen und mindestens ein rückgestreutes Echo des abgestrahlten codierten Pulses zu empfangen. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte: Formen wenigstens einer phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses, Abstrahlen der wenigstens einen phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses entlang eines zweiten Strahlpfades und Empfangen mindestens eines rückgestreuten Echos der wenigstens einen phaseninvertierten Version des codierten Pulses. Das wenigstens eine rückgestreute Echo des codierten Pulses und das wenigstens eine rückgestreute Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses werden kohärent summiert, wobei wenigstens ein empfangenes Echo entlang eines zu dem ersten und zweiten Strahlpfad in beabstandeter Beziehung stehenden dritten Strahlpfades gebildet wird.

Noch ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer harmonischen Bildgebung mittels eines Ultraschallgeräts, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden. Zu diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gehören die Schritte: wenigstens zwei codierte Pulse mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 entlang zweier getrennter Sendestrahlpfade abzustrahlen und mindestens zwei rückgestreute Echos der zwei abgestrahlten codierten Pulse zu empfangen. Das Verfahren beinhaltet ferner die Schritte: Formen von mindestens zwei phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse, gleichzeitiges Abstrahlen der beiden phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse entlang der beiden Strahlpfade und Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echos der beiden phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse. Die mindestens zwei rückgestreuten Echos der codierten Pulse und die mindestens zwei rückgestreuten Echos der beiden phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse werden kohärent summiert, wobei mindestens zwei summierte Echos entlang der beiden Strahlpfade gebildet werden.

Zu einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der zuvor beschriebenen Verfahren kann ferner der Schritt gehören, mittels eines Filters zu filtern, das mindestens eine ausgewählte Frequenz passieren lässt und ein oder mehrere andere Frequenzen sperrt. Es wird in Betracht gezogen, dass ein derartiges Filtern vor oder nach dem kohärenten Summieren stattfinden kann. Ein oder mehrere andere Ausführungsbeispiele beinhalten den Schritt, die wenigstens eine kohärente Summe der rückgestreuten Echos zu decodieren, wobei ein derartiges Decodieren auf natürliche Weise durch ein Ausbreiten des einen oder der mehreren codierten Pulse und einer oder mehrerer phaseninvertierter Versionen der codierten Pulse in einem Gewebe und durch das kohärente Summieren eines oder mehrerer rückgestreuter Echos der codierten Pulse und des einen oder der mehreren rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse geschieht. Noch weitere Ausführungsbeispiele können den Schritt beinhalten, eine Mittenfrequenz des wenigstens einen Pulses so auszuwählen, dass ein Signal der zweiten Harmonischen mit einer Mittenfrequenz erzeugt wird, die innerhalb eines vorbestimmten Bandbreitenbereichs einer Sonde fallen.

Zu einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gehört eine Ultraschallvorrichtung zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) von Gewebe mittels natürlicher decodierter codierter Anregung, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden. Zu diesem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gehört eine Sonde, die dazu eingerichtet ist, wenigstens einen codierten Puls und eine phaseninvertierte Version des codierten Pulses in ein Gewebe einzustrahlen, wobei wenigstens ein empfangenes Signal in Antwort auf wenigstens ein Echo des codierten Pulses und wenigstens die phaseninvertierte Version des von dem Gewebe rückgestreuten codierten Pulses erzeugt werden. Zu der Vorrichtung gehört ferner ein kohärentes Summierungsmodul, das geeignet ist, mindestens eines der rückgestreuten Echos des codierten Pulses und eines der rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses kohärent zu summieren, wobei wenigstens eine kohärente Summe gebildet wird.

Zumindest ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist ein Filtermodul auf, das wenigstens an das kohärente Summierungsmodul gekoppelt und dazu eingerichtet ist, wenigstens eine ausgewählte Frequenz durchzulassen und eine oder mehrere andere Frequenzen zu sperren. Es wird in Betracht gezogen, dass das Filtermodul mindestens entweder ein Bandpassfilter, ein Basisband-Tiefpassfilter und/oder ein fehlangepasstes Filter oder eine Kombination dieser Filter aufweisen kann.

KURZBESCHREIBUNG EINIGER ANSICHTEN IN DEN ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallgeräts, das gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
2 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das dazu dient, Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels einer Ultraschallvorrichtung (ähnlich der in 1 veranschaulichten) durchzuführen, die eine natürliche decodierte codierte Anregung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet.
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein weiteres Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels einer Ultraschallvorrichtung (ähnlich der in 1 veranschaulichten), die eine natürliche decodierte codierte Anregung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet.
4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm noch ein weiteres Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels einer Ultraschallvorrichtung (ähnlich der in 1 veranschaulichten), die eine natürliche decodierte codierte Anregung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet.
5 veranschaulicht in einem Flussdiagramm noch ein weiteres Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Ima ging (THI) mittels einer Ultraschallvorrichtung (ähnlich der in 1 veranschaulichten), die eine natürliche decodierte codierte Anregung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet.
6 veranschaulicht ein Beispiel des konstruierten Abstrahlungssignalspektrums gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
7 veranschaulicht in einem Blockschaltbild ein Verfahren zum Abstrahlen von Strahlen gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
8 veranschaulicht in einem Blockschaltbild ein weiteres Verfahren zum Abstrahlen von Strahlen gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht in einem Blockschaltbild noch ein weiteres Verfahren zum Abstrahlen von Strahlen gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
10 veranschaulicht Beispiele einer Pulsverkürzung während eines Abstrahlens gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Die vorausgehende Kurzbeschreibung sowie die nachfolgende detaillierte Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher. In den Figuren sind spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Veranschauli chung gezeigt. Es ist jedoch selbstverständlich keinesfalls beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die in den beigefügten Figuren gezeigten Anordnungen und Funktionalitäten zu beschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung bezieht sich lediglich zum Zweck einer Veranschaulichung auf ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Ultraschallvorrichtung. Allerdings versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit anderen Vorrichtungen oder Bildgebungssystemen verwendet werden kann.
Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung versuchen die drei zuvor erörterten Probleme zu lösen, die die Durchführung von herkömmlichen Tissue Harmonic Imaging (THI) betreffen: 1) der zwischen Penetration, Signal-Rausch-Verhältnis und Auflösung zu schließende Kompromiss, 2) das harmonische Leistungsvermögen im Nahfeld und 3) die im Zusammenhang mit einer mehrfachen Pulsabgabe zur Erhöhung der Auflösung auftretende Verringerung der Framerate. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen diese Probleme mittels frequenzmodulierter codierter Anregungspulse in Kombination mit Pulsinversion, wobei die Signalformen ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 und eine Bandbreite größer als etwa 80 % aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass zum Decodieren keine kostspieligen angepassten Decodier/Kompressionsfilter verwendet werden.
1 veranschaulicht eine allgemein mit 10 bezeichnete Ultraschallvorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Eine Sonden/Transducer-Vorrichtung 12 strahlt ein oder mehrere Ultraschallpulssignale (beispielsweise codierte Pulse und/oder phaseninvertierte Versionen der codierten Pulse) in einen Patienten (beispielsweise in lebendes Gewebe) ab, indem sie elektrische analoge Signale in Ultraschallenergie umwandelt. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel empfängt die Sonden/Transducer-Vorrichtung 12 von dem Objekt ein oder mehrere rückgestreute Ultraschallechos (beispielsweise Echos der codierten Pulse und/oder phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse), indem sie Ultraschallenergie in analoge elektrische Signale umwandelt.
In wenigstens einem Ausführungsbeispiel weist die Ultraschallvorrichtung 10 einen Sender/Empfänger-Schalter 14 auf, der wenigstens an eine Sonden/Transducer-Vorrichtung 14 gekoppelt ist und mit dieser kommuniziert. Der Sender/Empfänger-Schalter 14 dient dazu, der Ultraschallvorrichtung 10 und der Sonden/Transducer-Vorrichtung 14 zu ermöglichen, zwischen Abstrahlungs- und Empfangsmodi umzuschalten. Beispielsweise ermöglicht ein Verwenden des Schalters es der Sonden/Transducer-Vorrichtung 12, jeweils geeignet das eine oder die mehreren Ultraschallpulssignale abzustrahlen und das eine oder die mehreren rückgestreuten Echos zu empfangen.
Wenigstens eine Abstrahlungsvorrichtung oder ein Sendermodul 16 mit Multi-Line/alternierenden Vektor ist wenigstens an den Sender/Empfänger-Schalter 14 gekoppelt und mit diesem kommunizierend veranschaulicht. Das Sendermodul 16 dient dazu, ein oder mehrere Pulse (zu denen sowohl puls- als auch phaseninvertierte Versionen der Pulse gehören) entlang einer oder mehrerer Strecken bzw. Strahlpfaden gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung abzustrahlen, wie sie weiter unten gezeigt sind. 1 veranschaulicht ferner wenigstens einen Signalformspeicher 18, der wenigstens an das Sendermodul 16 und einen Signalformgenerator 20 gekoppelt ist und mit diesen kommuniziert. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzeugt der Signalformgenerator 18 wenigstens ein oder mehrere Ultraschallpulssignale sowie die eine oder die mehreren phaseninvertierten Versionen der Pulssignale, die vor einer Abstrahlung in dem Signalformspeicher 18 gesichert und gespeichert werden können.
Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist wenigstens einen Multi-Line Empfänger 22 auf, der wenigstens an den Sender/Empfänger-Schalter 14 gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert. Der Empfänger 22 ist eingerichtet, um ein oder mehrere Echos oder Echostrahlen der gesendeten Pulse (zu denen Echos der Pulse und von phaseninvertierten Versionen der Pulse gehören) entlang ein oder mehrerer Strecken oder Pfaden gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung entgegenzunehmen, wie sie weiter unten gezeigt sind. Der Multi-Line Empfänger 22 ist ferner an einen Vektorspeicher 24 gekoppelt und kommuniziert mit diesem. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Vektorspeicher eingerichtet, um ein oder mehrere Echos (zu denen ein oder mehrere Echos der Pulse und von phaseninvertierten Versionen der Pulse gehören) zu empfangen, zu sichern und zu speichern.
Ein kohärentes Summierungsmodul oder eine entsprechende Vorrichtung 26 ist an wenigstens den Vektorspeicher 24 gekoppelt und kommuniziert mit diesem. Das Modul bzw. die Vorrichtung 26 ist dazu eingerichtet, um, wie weiter unten gezeigt, wenigstens ein rückgestreutes Echo eines Pulses mit wenigstens einem rückgestreuten Echo einer phaseninvertierten Version des Pulses kohärent zu summieren. Das kohärente Summierungsmodul 26 ist an ein Filtermodul bzw. eine solche Vorrichtung 28 (beispielsweise ein Bandpassfilter) gekoppelt und kommuniziert mit diesem. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung filtert das Filtermodul 28 wenigstens die kohärente Summierung eines rückgestreuten Echos des Pulses und eines rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des Pulses mittels eines oder mehrerer Filter, die ausgewählte Frequenzen durchlassen und andere Frequenzen sperren. Es ist einsichtig, dass das Modul 26 und das Modul 28 in eine Stellung geschaltet werden können, so dass die Filterung für jedes rückgestreute Echo abhängig von der Implementierung vor der kohärenten Summierung stattfinden kann. Ferner wird in Betracht gezogen, dass das Filtermodul 28 keinen angepassten Decodierungs/Dekompressionsfilter verwendet, um ein derartiges Filtern zu erreichen. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass das Filtermodul 28 ein fehlangepasstes Filter verwenden kann, um Bereichsseitenkeulenpegel zu verbessern.
1 veranschaulicht ferner ein weiteres Signalverarbeitungsmodul bzw. eine entsprechende Vorrichtung 30, die wenigstens an das Filtermodul 28 gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert. Es wird in Betracht gezogen, dass das weitere Signalverarbeitungsmodul bzw. die Vorrichtung 30 dazu eingerichtet ist, um eine beliebige andere erforderliche oder gewünschte Signalverarbeitung zu ermöglichen oder durchzuführen. Das weitere Signalverarbeitungsmodul bzw. die Vorrichtung 30 ist an eine Scankonvertierungsvorrichtung 32 gekoppelt und kommuniziert mit dieser, die wiederum an ein Display 34 angeschlossen ist und mit diesem kommuniziert. Die Scankonvertierungsvorrichtung 32 ist in einem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, Scankonvertierungsfunktionen, Farbtransformationsfunktionen und Zuweisungsfunktionen für Gewebe/Strömung vorzusehen, und formatiert die Daten für eine Anzeige. Das Display 32 nimmt die Daten von der Scankonvertierungsvorrichtung 32 entgegen und gibt das resultierende Bild wieder.
Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen zentralen Controller oder Steuerprozessor 50 auf, der den Haupt-, bzw. zentralen Prozessor des Ultraschallgeräts 10 enthalten kann und vielfältige andere Komponenten des Ultraschallgeräts 10 miteinander verbindet. Der zentrale Controller 50 führt die vielfältigen Datenalgorithmen und Funktionen für die unterschiedlichen Bildgebungs- und Diagnosemodi aus. Digitale Daten und Steuerbefehle können zwischen dem zentralen Controller 50 und einer oder mehreren Komponenten des Ultraschallgeräts 10 übermittelt werden. Alternativ können die durch den zentralen Controller 50 ausgeführten Funktionen durch mehrere Prozessoren oder eine Kombination von solchen ausgeführt werden. Als weitere Alternative können die Funktionen des zentralen Controllers 50 in einen einzelnen nachgeschalteten PC integriert werden.
Obwohl nicht dargestellt, kommt in Betracht, dass wenigstens ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Benutzerschnittstelle aufweist, die es einer Bedienperson ermöglicht, dem Ultraschallgerät 10 Benutzerbefehle einzugeben. Eine derartige Benutzerschnittstelle kann eine Tastatur, eine Maus, Schalter, Drehknöpfe, Druckknöpfe, Trackballs, Fußpedale, ein Mikrofon zum Eingeben von Sprachsteuerbefehlen, Bildschirmmenüs und/oder ähnliche Vorrichtungen aufweisen.
Zumindest eine Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet codierte Ultrabreitbandsignalformen mit Phasenumkehrung. Solche Ultrabreitbandsignalformen decodieren sich auf natürliche Weise durch Ausbreiten in einem Gewebe und durch Phasenumkehrung. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass mindestens eine der codierten Signalformen auf linearen oder nichtlinear frequenzmodulierten Signalen aufgebaut sein kann. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel können eine oder mehrere der codierten Signalformen linear frequenzmodulierte Signale sein und ein oder mehrere der anderen codierten Signalformen können nichtlinear frequenzmodulierte Signale sein. Zumindest ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung lösen die zuvor erwähnten Probleme, die bei bekannten verfahren von Tissue Harmonic Imaging (THI) bestehen.
Zumindest ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet eine Konstruktion einer abgestrahlten Signalform. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Konstruktion einer abgestrahlten Signalform ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer 1, gewöhnlich mit einer bruchteiligen (auch als "BW" bezeichneten) Bandbreite größer als etwa 80 %. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Signalform amplituden- und frequenzmoduliert sein. Eine Amplitudenmodulation kann in Form einer Fensterfunktion, beispielsweise Gauß-Shading verwendet werden. Eine Frequenzmodulation kann linear (wie beispielsweise in einem Chirp) oder nichtlinear sein. Die Mittenfrequenz des Pulses wird geeignet ausgewählt, so dass das erzeugte Signal der zweiten Harmonischen eine Mittenfrequenz aufweist, die innerhalb des –12dB-Bandbreitenbereichs der Sonde fällt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung benutzen frequenzmodulierte codierte Anregungspulse in Kombination mit Pulsinversion, wobei die Signalformen ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 und eine Bandbreite größer als etwa 80 % aufweisen. Ferner wird in Betracht gezogen, dass die Bandbreite der Signalformen abhängig von dem Problem der praktischen Anwendung möglicherweise nicht größer als 80 % zu sein braucht.
2 veranschaulicht in einem High-Level-Flussdiagramm ein allgemein mit 200 bezeichnetes Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) mit natürlicher decodierter codierter Anregung (mittels eines Ultraschallgeräts oder einer Vorrichtung, ähnlich der in 1 veranschaulichten) mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird eine speziell festgelegte (Pulsinversion verwendende) Signalform verwendet, um Tissue Harmonic Imaging (THI) durchzuführen. Insbesondere weist das Verfahren 200 einen Schritt 210 auf, der ein Abstrahlen mindestens eines codierten Pulses (beispielsweise einen Ultrabreitbandpuls mit einer Bandbreite größer als etwa 80 %) mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 beinhaltet.
Schritt 220 beinhaltet ein Empfangen mindestens eines rückgestreuten Echos des codierten Pulses (beispielsweise entlang demselben Strahlpfad). Schritt 230 beinhaltet ein Abstrahlen wenigstens einer phaseninvertierten Version des codierten Pulses (beispielsweise entlang demselben Strahlpfad). Schritt 240 beinhaltet ein Empfangen wenigstens eines rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (beispielsweise entlang demselben Strahlpfad). In wenigstens einem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Verfahren 200 ferner ein Schritt 250, der ein kohärentes Summieren mindestens eines der rückgestreuten Echos des codierten Pulses mit mindestens einem der rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses beinhaltet, wobei wenigstens eine kohärente Summe gebildet wird. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird in Betracht gezogen, dass das wenigstens eine kohärent summierte rückgestreutes Echo des codierten Pulses und mindestens eines rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (beispielsweise mittels eines Bandpassfilters) gefiltert wird. In noch einem Ausführungsbeispiel wird in Betracht gezogen, dass das mindestens entweder das rückgestreute Echos des codierten Pulses und/oder das rückgestreute Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses vor einem kohärenten Summieren gefiltert wird. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel weist zumindest der codierte Puls mindestens entweder einen linear frequenzmodulierten Puls und/oder einen nichtlinear frequenzmodulierten Puls auf. Darüber hinaus kann der codierte Puls amplitudenmoduliert oder frequenzmoduliert sein. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass eine Mittenfrequenz des wenigstens einen Pulses so ausgewählt wird, dass ein Signal der zweiten Harmonischen mit einer Mittenfrequenz erzeugt wird, die innerhalb eines vorbestimmten Bandbreitenbereichs einer Sonde fällt.
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein allgemein mit 300 bezeichnetes Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) mit natürlicher decodierter codierter Anregung (mittels eines Ultraschallgeräts oder einer Vorrichtung, die der in 1 veranschaulichten ähnelt) im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel wird eine (mittels Pulsinversion) speziell festgelegte Signalform verwendet, um Tissue Harmonic Imaging (THI) durchzuführen. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 300 einen Schritt 310 auf, der ein Abstrahlen wenigstens eines codierten Pulses (beispielsweise eines Ultrabreitbandpulses mit einer Bandbreite größer als etwa 80 %) beinhaltet, der ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 aufweist. Schritt 320 beinhaltet ein Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen des abgestrahlten codierten Pulses entlang gegenüberliegenden Seiten (beispielsweise der rechten und linken Seite) eines Sendestrahlpfads.
Schritt 330 beinhaltet ein Bilden wenigstens einer phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses und ein Abstrahlen der wenigstens einen phaseninvertierten Version des wenigstens einen codierten Pulses (beispielsweise entlang demselben Sendestrahlpfad). Schritt 340 beinhaltet ein Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der wenigstens einen phaseninvertierten Version des codierten Pulses entlang gegenüberliegenden Seiten (beispielsweise der rechten und linken Seite) des Sendestrahlpfads.
Zu dem Verfahren 300 gehört ferner ein Schritt 350, um mindestens zwei rückgestreute Echostrahlen des codierten Pulses und die mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der phaseninvertierten Version des codierten Pulses kohärent zu summieren, wobei mindestens zwei kohärente Summen gebildet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass das kohärente Summieren von mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen des codierten Pulses zumindest in einem Ausführungsbeispiel mit den mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (beispielsweise mittels eines Bandpassfilters) gefiltert werden. Ferner wird in Betracht gezogen, dass die mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen des codierten Pulses und die mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der phaseninvertierten Version des codierten Pulses gefiltert werden, bevor sie kohärent summiert werden. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Verfahren 300 ferner, dass wenigstens der codierte Puls ein linear frequenzmodulierter Puls, ein nichtli near frequenzmodulierte Puls, ein amplitudenmodulierter oder ein frequenzmodulierter Puls sein kann.
4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein allgemein mit 400 bezeichnetes Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) mit natürlicher decodierter codierter Anregung (mittels eines Ultraschallgeräts oder einer Vorrichtung, ähnlich der in 1 veranschaulichten) im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel wird eine (mittels Pulsinversion) speziell festgelegte Signalform verwendet, um Tissue Harmonic Imaging (THI) durchzuführen. Zu wenigstens einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 400 gehört ein Schritt 410, der ein Abstrahlen wenigstens eines codierten Pulses (beispielsweise eines Ultrabreitbandpulses mit einer Bandbreite größer als etwa 80 %) mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 entlang eines ersten Strahlpfads beinhaltet. Schritt 420 beinhaltet ein Empfangen wenigstens eines rückgestreuten Echostrahls des abgestrahlten codierten Pulses (beispielsweise entlang demselben Strahlpfad).
Zu dem Verfahren 400 gehört ferner ein Schritt 430, der beinhaltet, dass wenigstens eine phaseninvertierte Version des wenigstens einen codierten Pulses gebildet wird und die wenigstens eine phaseninvertierte Version des wenigstens einen codierten Pulses entlang einem zweiten Strahlpfad abgestrahlt wird (wobei der zweite Strahlpfad beispielsweise räumlich benachbart oder in der Nähe des ersten Strahlpfads angeordnet ist). Schritt 440 beinhaltet ein Empfangen wenigs tens eines rückgestreuten Echostrahls der wenigstens einen phaseninvertierten Version des codierten Pulses.
In wenigstens einem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Verfahren 400 ein Schritt 450, der ein kohärentes Summieren des wenigstens einen rückgestreuten Echostrahl des codierten Pulses mit dem wenigstens einen rückgestreuten Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses beinhaltet, wobei ein entlang einem dritten Strahlpfad empfangener Echostrahl gebildet wird. In einem Ausführungsbeispiel befindet sich der dritte Strahlpfad sowohl relativ zu dem ersten als auch zu dem zweiten Strahlpfad in beabstandeter Beziehung (beispielsweise in der Mitte zwischen den benachbarten ersten und zweiten Strahlpfaden). Es wird in Betracht gezogen, dass der empfangene Echostrahl in wenigstens einem Ausführungsbeispiel (beispielsweise mittels eines Bandpassfilters) gefiltert wird. In noch einem Ausführungsbeispiel werden der wenigstens eine rückgestreute Echostrahl des codierten Pulses und das wenigstens eine rückgestreute Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses vor dem kohärenten Summieren gefiltert. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Verfahren 400 ferner, dass wenigstens der codierte Puls ein linear frequenzmodulierter Puls und nichtlinear frequenzmodulierter Puls ist und ein amplitudenmodulierter oder ein frequenzmodulierter Puls sein kann.
5 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein allgemein mit 500 bezeichnetes Verfahren zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) (mittels eines Ultraschallgeräts oder einer Vorrichtung, ähnlich der in 1 veranschaulich ten) mit natürlicher decodierter codierter Anregung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel wird eine (mittels Pulsinversion) speziell festgelegte Signalform verwendet, um Tissue Harmonic Imaging (THI) durchzuführen. Zumindest ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 500 weist einen Schritt 510 auf, der ein gleichzeitiges Abstrahlen von mindestens zwei codierten Pulsen (beispielsweise einen Ultrabreitbandpuls mit einer Bandbreite größer als etwa 80 %) entlang zwei gesonderten Strahlpfaden beinhaltet, wobei das Zeit-Bandbreite-Produkt der Pulse größer als etwa 1 ist. Die beiden gesonderten Strahlpfade sind ausreichend beabstandet, um ein akustisches Übersprechen zu vermeiden.
Schritt 520 beinhaltet ein Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der beiden (beispielsweise entlang den beiden gesonderten Strahlpfaden) abgestrahlten codierten Pulse. Schritt 530 beinhaltet ein Bilden von mindestens zwei phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse und ein gleichzeitiges Abstrahlen der beiden phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse (beispielsweise entlang denselben zwei Strahlpfaden). Schritt 540 beinhaltet ein Empfangen von mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der beiden phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse (beispielsweise entlang denselben zwei gesonderten Strahlpfaden).
In wenigstens einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren 500 einen Schritt 550 auf, der ein kohärentes Summieren wenigstens der zwei rückgestreuten Echostrahlen der codierten Pulse mit den mindestens zwei rückgestreuten Strahlen der phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse (die beispielsweise zwei summierten Echostrahlen entlang denselben zwei Strahlpfaden bilden) beinhaltet. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel werden die beiden summierten Echostrahlen (beispielsweise mittels eines Bandpassfilters) gefiltert. In noch einem Ausführungsbeispiel werden die mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der codierten Pulse und die mindestens zwei rückgestreuten Echostrahlen der phaseninvertierten Versionen der codierten Pulse vor dem kohärenten Summieren gefiltert. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird für jeden der codierten Pulse die wenigstens eine phaseninvertierte Version der codierten Pulse gebildet. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass die zwei Strahlpfade räumlich getrennt sind.
6 veranschaulicht ein Beispiel des Spektrums eines Ultrabreitbandpulses und eines regulären amplitudenmodulierten Pulses mit derselben Zeitdauer und Mittenfrequenz. Ein Abstrahlungssignalspektrum (nämlich die in 6 mit 610 bezeichnete durchgezogene Linie) einer Konstruktion eines Ultrabreitbands ist gemäß speziellen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein (als eine mit 612 bezeichnete, strichpunktierte Linie veranschaulichtes) Spektrum eines regulären Pulses ist zum Vergleich mit dem konstruierten Abstrahlungssignalspektrum 610 eines Ultrabreitbands gezeigt und weist dieselbe Zeitdauer auf. Die mit 614 bezeichnete gestrichelte Linie veranschaulicht die Bandbreite der Sonde.
In wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird doppelte Pulsabgabe (d. h. Pulsinversion) verwendet. In einem solchen Fall stellt das Sinken der Framerate ein wichtiges Problem dar. Drei unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Abstrahlungsverfahren, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind in 7–9 veranschaulicht, um auf das Sinken der Framerate einzugehen.
7 veranschaulicht das Verwenden von Multi-Line Akquisition gemäß wenigstens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das allgemein mit 700 bezeichnete veranschaulichte Ausführungsbeispiel verwendet mehrere (d.h. 2 oder mehr) empfangene Strahlen pro Sendestrahl. 7 veranschaulicht eine Sonde 705, die zwei (mit 710 bzw. 712 bezeichnete) Strahlen auf der linken und rechten Seite (des gesendeten Strahlpfads 714) aufweist. Es wird in Betracht gezogen, dass dieses Ausführungsbeispiel die Sendevektoren pro Frame um die Hälfte oder mehr reduzieren kann, wobei dieselbe Empfangsliniendichte wie bei einem herkömmlichen Strahlformen erreicht wird. Ein Kombinieren von Multi-Line Akquisition mit Pulsinversion (die ein Empfangen von multiplen Strahlen anstelle eines einzelnen Strahls beinhaltet, der einem einzelnen Strahl sowohl in der positiven als auch in der negativen [phaseninvertierten] Abstrahlung entspricht) unterstützt ein Wiederherstellen der Framerate zu der Höhe, wie sie einer herkömmlichen harmonischen Bandpassfilterung mit Einzelpulsabgabe zugeordnet ist, während die Vorteile von Harmonischen der Pulsinversion erhalten bleiben.
8 veranschaulicht noch ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verwenden eines alternierenden räumlichen Phasenwechsels. Insbesondere gehört zu diesem allgemein mit 800 bezeichneten Ausführungsbeispiel eine Sonde 805, die alternierend die Polaritätsphase einer oder mehrerer Signalformen wechselt, um Vektoren räumlich Abzustrahlen. Insbesondere veranschaulicht 8 zwei Signalformen, nämlich Tx(n) (bezeichnet mit 810, die eine positive Polarität aufweist) und Tx(n + 1) (bezeichnet mit 812, die, eine negative Polarität aufweist). Es sollte klar sein, dass während lediglich zwei Signalformen veranschaulicht sind, auch mehr als zwei Signalformen in Betracht kommen. Darüber hinaus wird in Betracht gezogen, dass Tx(n) 810 eine negative Polarität aufweisen kann, während Tx(n + 1) 812 eine positive Polarität aufweisen kann. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel kann die Grundfrequenzkomponente aufgehoben werden, indem über den Frame hinweg ein für zwei Strahlen kohärenter gleitender Mittelwert gebildet wird.
9 veranschaulicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel beinhaltet Multi-Line Abstrahlung. Insbesondere ähnelt dieses allgemein mit 900 bezeichnete Ausführungsbeispiel der in 7 veranschaulichten zuvor erläuterten Multi-Line Akquisition. In diesem Ausführungsbeispiel strahlt eine Sonde 905 ein oder mehrere gesonderte Pulse in das Bildgebungsfeld gleichzeitig ab. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel werden die rückgestreuten Echos der Pulse entlang demselben (nicht gezeigten) Strahlpfad empfangen, (beispielsweise mittels eines Filters) gefiltert und in dem Arbeitsspeicher gespeichert. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden zwei mit 910 bzw. 912 bezeichnete gesonderte Vektoren Tx(n) und Tx(n + k) zum Zeitpunkt ti abgestrahlt. Die rückgestreuten Echos werden empfangen, (beispielsweise mittels eines Bandpassfilters) gefiltert und kohärent mit den gespeicherten Pulsen summiert. Es wird in Betracht gezogen, dass das auf eine Pulsinversion zurückzuführende Sinken der Framerate durch ein Verwenden wenigstens eines der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vermieden werden kann. Tx(n) und Tx(n + k) sind ausreichend beabstandet, um ein akustisches Übersprechen zu vermeiden.
Ferner wird in Betracht gezogen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung raschere Frameraten zulassen können, als mit Bandpassfilterungsverfahren mit Einzelpulsabgabe zu erreichen sind. Beispielsweise können ein oder mehrere der zuvor erörterten Ausführungsbeispiele kombiniert werden, um die Framerate zu steigern. Beispielsweise kann das in 7 veranschaulichte Ausführungsbeispiel der Multi-Line Akquisition mit dem in 9 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Multi-Line Abstrahlung kombiniert werden, wobei die Framerate verdoppelt wird.
In wenigstens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gestattet das Ultrabreitbanddesign des Pulses mit einer BW größer als etwa 80 % eine größere Niederfrequenzkomponente in dem Sendepuls, wobei sowohl die Penetration als auch das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich verbessert wird. Die akustische Dämpfung ist proportional zu der Frequenz, wo bei die logarithmische Dämpfung oder atten(r) in dB mathematisch dargestellt werden kann durch: atten(r) = 2farwobei f die Frequenz repräsentiert, 2 für Hin- und Rückweg steht, r die Ausbreitungsentfernung repräsentiert und a den Dämpfungskoeffizienten repräsentiert. Folglich dringt ein Puls mit einer niedrigeren Frequenz in ein Gewebe bei gleicher Dämpfung beispielsweise in einen umgekehrt proportional tieferen Bereich ein. Ein Steigern der Niederfrequenzkomponente gestattet ein Eindringen auf mindestens zwei Wegen: a) ein tieferes Abstrahlen kann wie durch die zuvor angegebene Gleichung beschrieben erreicht werden; und b) Signal-Rausch-Verhältnis und Penetration verbessern sich auf der Empfangsseite, da das erzeugte Signal der zweiten Harmonischen ein Spektrum aufweisen wird, das innerhalb der effektiven Bandbreite der Sonde liegt. Die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses dient der Kontrastauflösung.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht im Vergleich zu einer Einzelpulsabgabe und regulären Pulsinversionsverfahren (sowohl räumlich als auch den Kontrast betreffend) eine verbesserte Bildauflösung. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel wird Pulsinversion verwendet, die ein Abstrahlen von Ultrabreitbandsignalen (d.h. BW größer als etwa 80 %) ermöglicht. Ferner wird in Betracht gezogen, dass durch sorgfältiges Konstruieren des Zeit-Bandbreite-Produkts die Punktverwaschungsfunktion in der harmonischen Bildgebung im Vergleich zu dem Fall einer Bandpassfilterung mit Einzelpulsabgabe viel kompakter und gleichmäßiger ausfallen wird. Darüber hinaus kann dass verbesserte Signal-Rausch-Verhältnis in dem Signal der zweiten Harmonischen dazu beitragen, die Streuung des Grundsignals zu übertreffen, was wiederum den Kontrast und die räumliche Auflösung im Vergleich zu der regulären Pulsinversion steigern kann.
Es sollte klar sein, dass eine Ultrabreitbandabstrahlung mehr Hochfrequenzkomponenten in der Abstrahlung aufweist, wodurch die harmonischen Bildgebung im Nahfeld ermöglicht wird. Eine derartige harmonische Bildgebung im Nahfeld wird klar, wenn eine Erzeugung von Harmonischen in Gewebe betrachtet wird, die eine Erzeugung einer zweiten Harmonischen beinhaltet, die die Lösung einer verlustlose, ebene Welle ist, die von einer Monofrequenzquelle stammt. Eine derartige Erzeugung von Harmonischen in Gewebe (Oberwellenerzeugung), die eine Erzeugung einer zweiten Harmonischen aus einer Lösung einer verlustlosen, von einer Monofrequenzquelle stammenden ebenen Welle umfasst, kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden, wie sie in "Nonlinear Acoustics, Hamilton MF, Blackstock DT." offenbart ist:
wobei P₂ die Komponente der zweiten Harmonischen repräsentiert, x die Tiefe repräsentiert, ρ₀ die Dichte des Ausbreitungsgewebes repräsentiert, c die Schallgeschwindigkeit repräsentiert, ρ₀ den akustischen Druck an der Quelle repräsentiert, β den Koeffizienten der Nichtlinearität repräsentiert und ω die Abstrahlungskreisfrequenz repräsentiert. Aus obiger Gleichung geht hervor, dass das Produkt aus Entfernung und Frequenz (xω) proportional zu der Stärke von P₂ ist. Folglich bewirkt ein Erhöhen der Sendefrequenz ω eine Vermehrung der Erzeugung von zweiten Harmonischen im Nahfeld. Je kleiner der Abstand zu der Fläche des Transducers (d. h. der Sonde) ist, desto höher muss die Sendefrequenz sein.
Ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung benutzen lediglich ein Filter, das möglicherweise eine oder mehrere ausgewählte Frequenzen durchlässt, während es die übrigen Frequenzen sperrt oder blockiert; kostspielig angepasste Decodier- und Kompressionsfilter werden nicht verwendet.
Das Decodieren geschieht auf natürliche Weise durch Ausbreitung von codierten Pulsen in einem Gewebe und durch Pulsinversion. Erstens erzeugt der Niederfrequenzanteil der Signalform im Nahfeld nur sehr geringe harmonische Antwort; lediglich der Hochfrequenzanteil erzeugt wesentliche harmonische Echos. Die Dauer des harmonischen Signals ist daher verkürzt. Der Niederfrequenzanteil wird mittels Pulsinversion aufgehoben und lediglich das durch den Hochfrequenzanteil erzeugte harmonische Signal kurzer Dauer trägt zu dem Bild bei.
Zweitens nimmt die Komponente sehr hoher Frequenz während der Abstrahlung durch Dämpfung rascher ab, was zu einem kürzeren Puls führt, während die Welle durch das Gewebe fortschreitet. 10 veranschaulicht ein Beispiel der Pulsverkürzung (d. h. Dämpfungseffekt) bei einem Ultrabreitbandsig nal während der Abstrahlung. Der Figur ist zu entnehmen, dass mit ansteigender Tiefe die Pulsdauer aufgrund der Dämpfung der Hochfrequenzkomponente verkürzt wird. Diese wird nützlich sein, um die Punktverwaschungsfunktion in Bereichen des mittleren und fernen Feldes kompakter zu gestalten.
Drittens weist die harmonische Bildgebung gegenüber der fundamentalen Bildgebung eine naturgemäß kompaktere und glattere Punktverwaschungsfunktion auf. Bei der fundamentalen Bildgebung werden codierte Anregungssignalformen mit Blick auf eine Maximierung der Penetration konstruiert. Daher setzen codierte Anregung verwendende Techniken (beispielsweise Chirp) im Allgemeinen sehr lange Abstrahlungssignalformen sowie Decodierfilter ein. Allerdings braucht in wenigstens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Signalform der codierten Anregung des Abstrahlungssignals nicht besonders lang zu sein, so dass ein Decodieren im Falle eines Kombinierens mit der Pulsinversion und den oben erwähnten Effekten nicht erforderlich ist. Allerdings ist klar, dass, obwohl auf ein Decodieren verzichtet werden kann, dennoch auf das empfangene Echo ein fehlangepasstes Filter angewandt werden kann, das konstruiert ist, um den Pegel der Bereichsseitenkeule zu verbessern. Im Vorliegenden unterscheidet sich das fehlangepasste Filter von dem angepassten Filter, da es vom Standpunkt einer Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses nicht zu dem Abstrahlcode passt.
Zusammenfassend führt wenigstens ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Breitbandabstrahlungssignale (mit BW größer als etwa 80 %) mit codierter Anregung ein, wobei das Zeit- Bandbreite-Produkt für harmonische Bildgebung größer als etwa 1 ist. Zumindest ein Ausführungsbeispiel verwendet Pulsinversion zum Entfernen eines Überlappungseffekts des Grundsignals und verwendet ferner mindestens eines der Verfahren Multi-Line Akquisition, räumlich alternierender Phasenwechsel oder Multi-Line Abstrahlung (oder eine Kombination von zwei oder mehr solcher Verfahren), um das zuvor erläuterte, durch eine doppelte Pulsabgabe hervorgerufene Sinken der Framerate zu vermeiden. Das Breitbandsendesignal verbessert die Leistung der harmonischen Bildgebung im sehr nahen Feld, während es gleichzeitig die Penetration und das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu einem normalen Pulsinversionsverfahren steigert, bei dem reguläre Pulse (mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt = 1) verwendet werden. Ein Decodieren des Empfangssignals geschieht auf natürliche Weise durch die Ausbreitung in dem Gewebe und durch Pulsinversion.
Es wird erwartet, dass Ausführungsbeispiele dieser Erfindung in der Lage sind, die Bildauflösung im Vergleich zu einem harmonischen Bildgebungsverfahren, das Bandpassfiltern von Einzelpulsen verwendet, erheblich zu verbessern, während gleichzeitig die Penetration und das Signal-Rausch-Verhältnis im Vergleich zu der harmonischen Bildgebung, die Einzelpulsabgabe verwendet, beibehalten oder sogar verbessert werden, wobei die Penetration regulärer harmonischer Bildgebung mit Pulsinversion bei weitem übertroffen wird.
Ferner wird in Betracht gezogen, dass Ausführungsbeispiele dieser Erfindung eines oder mehrere der Verfahren Multi-Line Akquisition, räumlich alternierender Phasenwechsel und/oder Multi-Line Abstrahlung (oder eine Kombination von zwei oder mehr solcher Verfahren) verwenden. Dies bedeutet, dass für den Vorteil einer erheblich höheren Auflösung im Vergleich zu einer harmonischen Bildgebung, die Bandpassfilterung mit Einzelpulsabgabe verwendet, keine Verringerung der Framerate hingenommen werden muss.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung kombiniert Ultrabreitbandsignalform, Phasenumkehrung und Gewebedämpfung, was eine natürliche Kompression des Signals der empfangenden Harmonischen zur Folge hat, wobei Nutzen gezogen wird aus der codierten Anregung, um eine Verbesserung der Leistung der harmonischer Bildgebung im Nahfeld, ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und eine bessere Penetration zu erreichen, und gleichzeitig auf ein kostspieliges Decodierfilter verzichtet werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren 200, 300, 400, 500 und Vorrichtungen 10, die Tissue Harmonic Imaging (THI) mittels eines Ultraschallgeräts ermöglichen. Codierte Pulse 210, 310, 410, 510 und die phaseninvertierte Version der besagten codierten Pulse 230, 330, 430, 530 mit einem Zeit-Bandbreite-Produkt größer 1 werden in das Gewebe abgestrahlt. Rückgestreute Echos 220, 240, 320, 340, 420, 440, 520, 540 werden empfangen und vor oder nach einem kohärenten Summieren gefiltert. Eine Decodierung/Kompression der empfangenen Echos der codierten Pulse wird auf natürliche Weise durch das Ausbreiten der speziell entworfenen Ultrabreitbandsignalformen (d.h. Bandbreite > 80 %) in ein Gewebe und durch Pulsinversion durchgeführt. Kostspielige Decodierungs/Kompressionsfilter werden nicht benötigt.
Während die Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass vielfältige Änderungen vorgenommen und äquivalente Ausführungen substituiert werden können, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren Schutzumfang abzuweichen. Es ist dementsprechend nicht beabsichtigt, die Erfindung auf das offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel zu beschränken, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele einbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

10: Ultraschallvorrichtung
12: Sonde/Transducer
14: Sender/Empfänger-Schalter
16: Multi-Line/Alternierungsvektor-Sendevorrichtung
18: Signalformspeicher
20: Signalformgenerator
22: Multi-Line Empfänger
24: Vektorspeicher
26: Vorrichtung zum kohärenten Summieren
28: Filtermodul
30: Signalverarbeitungsmodul
32: Scankonvertierungsvorrichtung
34: Display
132: Display
200: 2 Verfahren
Schritt 210: Strahle mindestens einen Puls ab
Schritt 220: Empfange rückgestreutes Echo
Schritt 230: Strahle phaseninvertierten Puls ab
Schritt 240: Empfange rückgestreutes Echo des phaseninvertierten Pulses
Schritt 250: Summiere kohärent
300: 3 Verfahren
Schritt 310: Strahle mindestens einen Puls ab
Schritt 320: Empfange 2 rückgestreute Echosignale
Schritt 330: Strahle phaseninvertierten Puls ab
Schritt 340: Empfange 2 rückgestreute Echosignale des phaseninvertierten Pulses
Schritt 350: Summiere kohärent
400: 4 Verfahren
Schritt 410: Strahle mindestens einen Puls entlang einem Strahlpfad ab
Schritt 420: Empfange rückgestreutes Echo entlang dem Strahlpfad
Schritt 430: Strahle phaseninvertierten Puls entlang einem benachbarten Strahlpfad ab
Schritt 440: Empfange rückgestreutes Echo eines phaseninvertierten Pulses entlang einem benachbarten Strahlpfad
Schritt 450: Summiere kohärent
500: 5 Verfahren
Schritt 510: Strahle mindestens zwei Pulse ab
Schritt 520: Empfange zwei rückgestreute Echosignale
Schritt 530: Strahle zwei phaseninvertierte Pulse ab
Schritt 540: Empfange zwei rückgestreute Echos des phaseninvertierten Pulses
Schritt 550: Summiere kohärent
600: 6 Spektrum
610: Sende Welle mit Ultrabreitbanddesign
612: Bandbreite der Sonde
614: Reguläres Pulsspektrum
700: 7 Ausführungsbeispiel
705: Sonde
710: Linker Strahl
712: Rechter Strahl
714: Strahlpfad
800: 8 Ausführungsbeispiel
805: Sonde
810: Positive Polarität aufweisende Wellenform
812: Negative Polarität aufweisende Wellenform
900: 9 Ausführungsbeispiel
905: Sonde
910: Puls Tx(n)
912: Puls Tx(n + k)

Claims

Verfahren (200, 300, 400, 500) zum Durchführen harmonischer Bildgebung, ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden, mit den Schritten: Abstrahlen eines codierten Pulses (210, 310, 410, 510), der ein Zeit-Bandbreite-Produkt größer als etwa 1 aufweist, und einer phaseninvertierten Version des codierten Pulses (230, 330, 430, 530); Empfangen wenigstens eines rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) und wenigstens eines rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540); und kohärentes Summieren (250, 350, 450, 550) des wenigstens einen rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) mit dem wenigstens einen gestreuten reflektierten Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540).
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt eines Decodierens des rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) und des rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540), wobei das Decodieren auf natürliche Weise geschieht durch: A. Ausbreiten wenigstens dieses codierten Pulses (220, 320, 420, 520) und der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540) im Innern von Gewebe; und B. das kohärente Summieren (250, 350, 450, 550) des rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) mit dem rückgestreuten Echo der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt eines Filterns des rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) und der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540) bevor oder nach dem kohärenten Summieren (250, 350, 450, 550) unter Verwendung eines Filters (28), das mindestens eine ausgewählte Frequenz passieren lässt und mindestens eine übrige Frequenz sperrt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Filter (28) auf mindestens einem der Elemente Bandpassfilter, Basisband-Tiefpassfilter und/oder fehlangepasstes Filter aufbaut.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem wenigstens der codierte Puls (210, 310, 410, 510) auf mindestens einen frequenzmodulierten Ultrabreitbandpuls mit einer Bandbreite aufbaut, die größer als etwa 80 % ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Mittenfrequenz des wenigstens einen Pulses geeignet ausgewählt wird, so dass ein Signal einer zweiten Harmonischen mit einer Mit tenfrequenz erzeugt wird, die innerhalb eines vorbestimmten Bandbreitenbereichs einer Sonde (12, 705, 805, 905) liegt.
Ultraschallvorrichtung (10) zum Durchführen von Tissue Harmonic Imaging (THI) von Gewebe mittels natürlicher decodierter codierter Anregung, und ohne ein angepasstes Decodier- und Kompressionsfilter zu verwenden, wobei zu der Vorrichtung gehören: eine Sonde (12, 705, 805, 905), die eingerichtet ist, um wenigstens einen codierten Puls (210, 310, 410, 510) und eine phaseninvertierte Version des codierten Pulses (230, 330, 430, 530) in ein Gewebe abzustrahlen, wobei wenigstens ein empfangenes Signal in Antwort auf wenigstens ein Echo des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) und wenigstens ein Echo der phaseninvertierten Versionen des von dem Gewebe rückgestreuten codierten Pulses (240, 340, 440, 540) erzeugt werden; und ein kohärentes Summierungsmodul (26), das geeignet ist, um mindestens eines der rückgestreuten Echos des codierten Pulses (220, 320, 420, 520) mit mindestens einem der rückgestreuten Echos der phaseninvertierten Version des codierten Pulses (240, 340, 440, 540) kohärent zu summieren, wobei wenigstens eine kohärente Summe gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit einem Filtermodul (28), das wenigstens an das kohärente Summierungsmodul (26) gekoppelt ist, und das geeignet ist, um wenigstens eine ausgewählte Frequenz durchzulassen und wenigstens eine andere Frequenz zu sperren.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit wenigstens einem Multi-Line Sender (16), der geeignet ist, mindestens eine Vielzahl von Pulsen entlang mindestens entweder einem Strahlpfad oder einer Vielzahl von Strahlpfaden abzustrahlen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner mit wenigstens einem Multi-Line Empfänger (22), der geeignet ist, wenigstens ein Echo oder eine Vielzahl von Echos eines gesendeten Pulses entlang einem Strahlpfad oder einer Vielzahl von Strahlpfaden zu empfangen.