DE60219138T2

DE60219138T2 - Adaptive bildverarbeitung für räumliche zusammensetzung

Info

Publication number: DE60219138T2
Application number: DE60219138T
Authority: DE
Inventors: James R. Jago
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: WO2002059644A1; EP1358507B1; JP3935433B2; US20010014773A1; ATE358282T1; JP2004522515A; EP1358507A1; US6547732B2; DE60219138D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf diagnostische Ultraschall-Bildgebungssysteme und insbesondere auf diagnostische Ultraschall-Bildgebungssysteme, die räumlich zusammengesetzte Bilder erzeugen, welche adaptiv verarbeitet werden.
In der US-amerikanischen Patentschrift 6.126.598 und der Hauptanmeldung mit der Seriennummer 09/335.058 werden Geräte und Verfahren zur Durchführung einer räumlichen Zusammensetzung von diagnostischen Ultraschallbildern in Echtzeit beschrieben. Die räumliche Zusammensetzung ist ein Bildgebungsverfahren, bei dem eine Anzahl von Ultraschallechos von einem gegebenen Ziel, die aus mehreren Blickrichtungen oder Winkeln erlangt wurden, zu einem einzelnen zusammengesetzten Bild kombiniert werden, indem die Daten an jedem Punkt in dem zusammengesetzten Bild kombiniert werden, die aus jedem Winkel empfangen wurden. Das zusammengesetzte Bild weist typischerweise weniger Speckle und eine bessere Spiegelreflexionsabgrenzung auf als herkömmliche Ultraschallbilder aus einem einzigen Gesichtswinkel. Diese speziellen Patente beschreiben Systeme zur räumlichen Zusammensetzung, die adaptiv variierbar sind, um die Anzahl der Signale aus verschiedenen Blickrichtungen, die zusammengesetzt werden, in Abhängigkeit von Bildgebungsbedingungen zu verändern. Wenn die Bewegung des Schallkopfs zum Beispiel relativ hoch ist, wird die Anzahl der für ein gegebenes zusammengesetztes Bild verwendeten Blickrichtungen reduziert. Wenn der Schallkopf relativ stationär ist, wird die Anzahl der Blickrichtungen erhöht. In der Hauptpatentanmeldung wird die Anzahl der Blickrichtungen erhöht, wenn die Bildgebung bei geringen Tiefen erfolgt, und verringert, wenn die Bildgebung bei größeren Tiefen erfolgt.
Diese adaptiven Verfahren sind nützlich, um die Qualität der in Echtzeit räumlich zusammengesetzten Bilder zu verbessern, weil sie Probleme wie Bildunschärfen und unerwünscht niedrige Bildraten verhindern. Es wäre wünschenswert, andere adaptive Verfahren zu haben, die die Bildqualität für bestimmte diagnostische Anwendungen und Bildgebungsziele verbessern. Zum Beispiel würde sich ein Kardiologe, der die Blutgefäßwände auf Plaque-Bildung untersucht, Bilder wünschen, die für die Erkennung vaskulärer Strukturen optimiert sind, während sich ein Orthopäde, der nach Muskel- und Gelenkver letzungen sucht, Bilder wünschen würde, die für die Erkennung von Muskelgewebe und Sehnen optimiert sind. Dementsprechend wäre es wünschenswert, in der Lage zu sein, die Bildqualität von räumlich zusammengesetzten Bildern für die Art der durchgeführten Diagnose optimieren zu können und diese Optimierung adaptiv vornehmen zu können.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird die räumliche Zusammensetzung von Ultraschallechos aus verschiedenen Blickrichtungen adaptiv variiert, um die Weise, in der die Echodaten kombiniert werden, zu variieren. Gemäß einem Aspekt wird der Kombinationsprozess automatisch in Reaktion auf die Auswahl einer bestimmten Diagnoseprozedur durch den Arzt gewählt. Gemäß einem anderen Aspekt ist der Kombinationsprozess dynamisch in Reaktion auf eine Eigenschaft der empfangenen Echosignale variierbar, wodurch verschiedene Bereiche eines Bildes selektiv durch verschiedene Prozesse kombiniert werden können. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Auswahl der Kombinationsprozesse eine Funktion der Variation in den Echodaten mit der Blickrichtung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Auswahl des Kombinationsprozesses eine Funktion von durch einen Bildprozessor erzeugten Steuersignalen. Steuersignale aus einer Analyse der Echodaten können weiterhin benutzt werden, um bestimmte Eigenschaften in dem Bild hervorzuheben statt die Kombinationsverfahren über das Bild zu variieren.
In den Zeichnungen zeigen:
1 in Form eines Blockschaltbildes ein gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiertes diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem;
2 in Form eines Blockschaltbildes weitere Details der Kombinationseinheit aus 1;
3a-3d beispielhafte Echoeigenschaften als eine Funktion des Lenkungswinkels;
4 einen Randbedingungsartefakt, der auftreten kann, wenn die kombinatorische Verarbeitung in einem Bild geändert wird; und
5 in Form eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Implementierung des räumlichen Zusammensetzungsprozessors aus 1.
Zunächst Bezug nehmend auf 1 ist ein gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiertes diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem dargestellt. Ein Schallkopf 10 mit einem Arraywandler 12 sendet Strahlenbündel in unterschiedlichen Lenkungswinkeln über ein Bildfeld aus, das durch das gestrichelte Rechteck und die gestrichelten Parallelogramme bezeichnet ist. In der Zeichnung sind drei Gruppen von Ab tastlinien, bezeichnet mit A, B und C dargestellt, wobei jede Gruppe in einem unterschiedlichen Winkel relativ zum Schallkopf gelenkt wird. Das Aussenden der Strahlenbündel wird durch einen Sender 14 gesteuert, der die Phase und die Aktivierungsdauer jedes der Element des Arraywandlers steuert, um auf diese Weise jedes Strahlenbündel von einem vorgegebenen Ursprung aus am Array entlang und in einem vorgegebenen Lenkungswinkel auszusenden. Die entlang jeder Abtastlinie zurückgeworfenen Echos werden durch die Elemente des Arrays empfangen, durch Analog-Digital-Umsetzung digitalisiert und einem digitalen Strahlformer 16 zugeführt. Der digitale Strahlformer verzögert und summiert die Echos von den Arrayelementen, um eine Sequenz von fokussierten, kohärenten digitalen Echoabtastwerten entlang jeder Abtastlinie zu bilden. Der Sender 14 und der Strahlformer 16 werden unter der Steuerung einer Systemsteuereinheit 18 betrieben, die ihrerseits auf die Einstellung von Bedienelementen auf einer Benutzeroberfläche reagiert, welche durch den Benutzer des Ultraschallsystems betätigt werden. Die Systemsteuereinheit steuert den Sender, um die gewünschte Anzahl von Abtastliniengruppen unter den gewünschten Lenkungswinkeln mit den gewünschten Sendeenergien und -frequenzen zu senden. Die Systemsteuereinheit steuert auch den digitalen Strahlformer, um die empfangenen Echosignale für die verwendeten Aperturen und Bildtiefen angemessen zu verzögern und zu kombinieren.
Die Abtastlinien-Echosignale werden durch einen programmierbaren digitalen Filter 22 gefiltert, der das interessierende Frequenzband definiert. Bei der harmonischen Bildgebung von Kontrastmittel oder bei der Durchführung einer harmonischen Bildgebung von Gewebe wird der Durchlassbereich des Filters 22 so eingestellt, dass Oberschwingungen des Sendebandes durchgelassen werden. Die gefilterten Signale werden dann von einem Detektor 24 erkannt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen der Filter und der Detektor mehrere Filter und Detektoren, so dass die empfangenen Signale in mehrere Durchlassbereiche aufgeteilt, einzeln detektiert und rekombiniert werden können, um Bildspeckle durch Frequenzzusammensetzung zu reduzieren. Bei B-Mode-Bildgebung führt der Detektor 24 eine Amplitudendetektion der Echosignal-Hüllkurve durch. Bei Doppler-Bildgebung werden Echogruppen für jeden Punkt in dem Bild zusammengeführt und einer Doppler-Verarbeitung unterzogen, um die Doppler-Verschiebung oder Doppler-Leistungsintensität zu schätzen. Die Echosignale können vor oder nach der Detektion anderen Signal- und Bildverarbeitungen unterzogen werden, zum Beispiel der Oberschwingungstrennung oder der Frequenzzusammensetzung.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden die digitalen Echosignale durch räumliche Zusammensetzung in einem Prozessor 30 verarbeitet. Die digitalen Echosignale werden am Anfang durch einen Vorprozessor 32 vorverarbeitet. Der Vorprozessor 32 kann die Signalabtastwerte falls gewünscht mit einem Gewichtungsfaktor vorgewichten. Die Abtastwerte können mit einem Gewichtungsfaktor vorgewichtet werden, der eine Funktion der Anzahl von Teilbildern ist, die verwendet werden, um ein bestimmtes zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Der Vorprozessor kann auch Randlinien gewichten, die sich am Rand von einem überlappenden Bild befinden, um somit die Übergänge zu glätten, wo sich die Anzahl von Abtastwerten oder Bildern, die zusammengesetzt werden, verändert. Die vorverarbeiteten Signalabtastwerte können dann in einem Resampler 34 einer erneuten Abtastung unterzogen werden. Der Resampler 34 kann die Schätzwerte von einem Teilbild räumlich neu auf diejenigen eines anderen Teilbildes ausrichten oder auf die Pixel des Bildanzeigeraums.
Nach der Neuabtastung werden die Einzelbilder von einer Kombinationseinheit 36 zusammengesetzt. Das Kombinieren kann Summierung, Mittelwertbildung, Peak-Detektion oder andere kombinatorische Mittel umfassen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Die zu kombinierenden Abtastwerte können in diesem Prozessschritt vor dem Kombinieren ebenfalls gewichtet werden. Schließlich führt ein Postprozessor 38 eine Nachverarbeitung durch. Der Postprozessor normalisiert die kombinierten Werte auf einen Anzeigewertebereich. Die Nachverarbeitung kann am einfachsten durch Nachschlagetabellen implementiert werden und kann gleichzeitig eine Komprimierung und Abbildung des Bereichs zusammengesetzter Werte auf einen Bereich von Werten durchführen, die für die Anzeige des zusammengesetzten Bildes geeignet sind.
Der Zusammensetzungsprozess kann im Schätzdatenraum oder im Anzeigepixelraum durchgeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird im Anschluss an den Zusammensetzungsprozess eine Bildrasterwandlung durch einen Bildrasterwandler 40 durchgeführt. Die zusammengesetzten Bilder können in Schätzwertform oder in Anzeigepixelform in einem Cineloop-Speicher 42 gespeichert werden. Bei Speicherung in Schätzwertform können die Bilder einer Rasterwandlung unterzogen werden, wenn sie aus dem Cineloop-Speicher zur Anzeige wiedergegeben werden. Der Bildrasterwandler und der Cineloop-Speicher können auch genutzt werden, um dreidimensionale Darstellungen der räumlich zusammengesetzten Bilder wiederzugeben, wie in den US-amerikanischen Patentschriften 5.485.842 und 5.860.924 beschrieben, oder Anzeigen eines erweiterten Sichtfel des durch Überlagern von sukzessiv erfassten, sich teilweise überlappenden Bildern in lateraler Richtung. Im Anschluss an die Bildrasterwandlung werden die räumlich zusammengesetzten Bilder durch einen Videoprozessor 44 für die Anzeige aufbereitet und auf einer Bildanzeigevorrichtung 50 angezeigt.
2 veranschaulicht eine Anordnung der Kombinationseinheit 36 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Echosignale von Punkten in der Bildregion bei unterschiedlichen Lenkungswinkeln werden einer variablen Echo-Kombinationseinheit 60 und einem Lenkungswinkel-Analysator 62 zugeführt. Die Winkelabhängigkeit der Echosignale von jedem Punkt wird durch den Lenkungswinkel-Analysator analysiert, um die Art des Ziels zu identifizieren, das die Echos erzeugt hat. Die Art des von dem Lenkungswinkel-Analysator erkannten Ziels wird dann benutzt, um den Algorithmus zu steuern, der für das Kombinieren der Echodaten für diesen Punkt oder das Pixel in dem zusammengesetzten Bild benutzt wird. Somit ist das für jedes Pixel in dem zusammengesetzten Bild verwendete Kombinationsverfahren eine Funktion der Eigenschaften des Ziels, das diesem Punkt in der Bildregion entspricht.
Typische Abhängigkeiten der Rückstreuamplitude vom Einfallswinkel bei verschiedenen Arten von Zielen in den Ultraschallbildern sind in 3 dargestellt. Jeder der vier Graphen in 3 zeigt die Rückstreuamplitude von sieben von einem typischen Ziel empfangenen Echos als ein Ergebnis der Beschallung bei sieben verschiedenen Einfallswinkeln α. Zum Beispiel zeigt 3a sieben Echos 110, 111, 112 usw., die von kohärentem Speckle stammen. Es ist zu sehen, dass diese Echos in der relativen Amplitude weit verteilt sind. Eine Varianzanalyse der Amplituden dieser Echos ergibt eine relativ große Standardabweichung. Die verwendete Analyse kann komplex sein oder eine relativ einfache Approximierung sein. Die Standardabweichung für reinen Speckle beträgt 1,91, aber da die Anzahl der analysierten Abtastwerte relativ klein ist, könnte ein geringerer Wert als ein Schwellenwert angewiesen werden, über dem davon ausgegangen wird, dass die Analyse Speckle identifziert hat. Wenn zum Beispiel die Zufallsverteilung oder Varianz der Echowerte eine Standardabweichung von 1,5 oder mehr aufweist, würde der Lenkungswinkel-Analysator feststellen, dass es sich bei dem Punkt in dem Bild um ein Speckle-Ziel handelt. Da das Speckle eines Ziels durch Mittelwertbildung um die Quadratwurzel der Anzahl von unabhängigen Lenkungsrichtungen reduziert wird, nutzt die Echo-Kombinationseinheit 60 einen Mittelwertbildungsprozess, um die Echowerte 110, 111, 112 usw. zu mitteln. Somit würde für dieses Pixel in der Bildregion eine Speckle-Reduzierung auftreten, indem eine Mittelwertbildung der Echowerte an diesem Bildpunkt durchgeführt wird.
3b zeigt Echowerte 120, 121, 122 usw., die von einem Punkt aus mehreren Lenkungsrichtungen empfangen wurden, in denen die Verteilung oder Varianz der Amplituden relativ klein ist. Einen solchen Wertebereich, bei dem die Variation der Amplitude relativ unempfindlich gegenüber der Lenkungsrichtung ist, würde man typischerweise von einem Punktziel empfangen. Es kann ein Standardabweichungs-Schwellenwert von zum Beispiel 0,5 zugeordnet werden, um diese Eigenschaft zu detektieren, wobei Standardabweichungen unter diesem Schwellenwert auf Punktziele hinweisen. Der in Reaktion auf diese Eigenschaft ausgewählte Algorithmus kann eine Mittelwertbildung oder eine Minimum-Detektion sein.
3c zeigt eine Gruppe von Lenkungswinkel-Echowerten 130, 131, 132 usw., die für eine bestimmte Beschallungsrichtung 131 einen deutlichen Peak aufweisen. Eine derartige Werteverteilung ist charakteristisch für ein anisotropes Ziel wie eine spiegelnde Grenzfläche in dem Körper. Die verwendeten Lenkungswinkel können zu einer Verteilung führen, die den Peak-Wert enthält, oder zu einer Gruppe von Werten, die zu einem Peak hintendieren, der außerhalb des verwendeten Bereichs an Lenkungsrichtungen liegt. Wenn genügend Punkte erfasst sind, um den Peak zu beinhalten, kann er durch Schwellenwertbildung detektiert werden, oder alternativ kann die Eigenschaft identifiziert werden, wenn ein Polynom mit quadratischer Gestalt (innerhalb einer Fehlermarge) an die Echoabtastwerte angepasst werden kann. Die Identifizierung eines anisotropen Ziels führt zu einer kombinatorischen Verarbeitung durch eine Peak-Detektion oder einen Peak-Minimum-(Differenz)-Algorithmus durch die Echo-Kombinationseinheit.
Schließlich zeigt 3d eine Gruppe von Werten, die eine Anzahl von Werten bei oder nahe Null umfasst. Eine derartige Verteilung von Echowerten ist charakteristisch für Rauschen und kann detektiert werden, indem ein Schwellenwert Z eingestellt und ermittelt wird, ob eine minimale Anzahl W von Werten unter diesem Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert Z basiert auf dem dynamischen Bereich des Systems, wobei ein größerer dynamischer Bereich mehr Rauschverunreinigung aufweist. Die Reaktion auf die Detektion eines auf Rauschen zurückzuführenden Wertes kann die Verwendung eines Median- oder Min-Max- oder Minimumwertes des Bereichs durch die Echo-Kombinationseinheit sein, oder einfach das Einstellen des Pixelwertes an dieser Bildposition auf Null in Fällen, wo die große Mehrheit der Werte unter dem Rausch-Schwellenwert liegt. Andere kombinierende Algorithmen können in einer bestimmten konstruierten Aus führungsform der Erfindung genutzt werden. Zum Beispiel kann auf Wunsch eine Verarbeitung des geometrischen Mittels und/oder eine Verarbeitung des quadratischen Mittelwertes eingesetzt werden.
2 zeigt einen Bildprozessor 64 des Ultraschallsystems aus 1, der ein Teil des Signalverarbeitungspfads des Systems ist, wie durch einen Eingang 66 und einen Ausgang 68 von und zu dem Datenpfad des Ultraschallsystems angegeben. Der Bildprozessor 64 hat einen zusätzlichen Ausgang, der mit der Echo-Kombinationseinheit 60 verbunden ist, um die Art der durch die Echo-Kombinationseinheit durchzuführenden kombinatorischen Verarbeitung zu steuern. Der Bildprozessor 64 ist repräsentativ für jegliche Art von Filterung oder Verarbeitung, die an den Ultraschall-Bilddaten vorgenommen werden kann und die eingesetzt werden kann, um Bildeigenschaften wie spiegelnde Ziele, Rauschen, Punktziele, Speckle usw. zu unterscheiden. Diese Bestimmung kann benutzt werden, um das Kombinationsverfahren wie oben für den Lenkungswinkel-Analysator beschrieben auszuwählen, oder kann bei dem Kombinieren mit dem Ausgangssignal des Lenkungswinkel-Analysators verwendet werden, um das Kombinationsverfahren auszuwählen.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Analyse der Bilddaten auf Pixel-für-Pixel-Basis durchgeführt, was zu einer Auswahl des Kombinationsverfahrens führt, das für jedes Pixel in dem Bild optimiert ist. Ein gegebenes zusammengesetztes Bild kann Bilddaten von anisotropen Zielen, Punktzielen, Rauschen und Speckle enthalten, und es kann eine Vielzahl von unterschiedlichen bildabhängigen Kombinationsprozessen für verschiedene Pixel in dem gesamten Bild angewendet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kombinationsverfahren für die räumliche Zusammensetzung ausgehend von der Art der durchzuführenden diagnostischen Untersuchung ausgewählt. Wenn zum Beispiel eine die Geburtshilfe betreffende Untersuchung des Weichgewebes oder eine Brustuntersuchung durchgeführt wird, bezieht sich die Untersuchung häufig auf stark dämpfende Ziele. Bei der geburtshilflichen Untersuchung versucht der Arzt eventuell, Weichgewebe zu erkennen, das an stark reflektierende Knochen in einem Fötus angrenzt. Bei der Brustuntersuchung versucht der Arzt eventuell, Tumore zu lokalisieren, indem er in dem Bild nach ihren akustischen Schatten sucht. Der räumliche Zusammensetzungsprozess wird also nicht durchgeführt, um zu versuchen, akustische Schatten zu unterdrücken, sondern um diese Eigenschaft stärker hervorzuheben. In derartigen Fällen wird die Auswahl des Untersuchungstyps durch die Arzteingabe über die Benutzeroberfläche 20 als ein Steuersignal für die Echo- Kombinationseinheit 60 verwendet, wie in 2 dargestellt. Die Auswahl von Untersuchungen dieser Art, wo stark dämpfende Ziele Gegenstand der Nachforschung sind, kann zu der Auswahl von Echo-Kombination durch einen Minimum-Detektionsprozess führen, bei dem das Echosignal mit dem minimalen Wert der verschiedenen Lenkungsrichtungen für den Pixelwert an jedem Punkt im Bild verwendet wird.
Als ein weiteres Beispiel für die Auswahl des Kombinationsverfahrens nach der Art der Untersuchung wird eine geburtshilfliche Untersuchung durchgeführt, um fötale Knochen zu untersuchen, oder es wird eine die Skelettmuskulatur betreffende Untersuchung durchgeführt, um eine Sehnenverletzung zu untersuchen, oder es wird eine Gefäßuntersuchung durchgeführt, um die Blutgefäßwände auf Plaque zu untersuchen. Bei diesen Untersuchungen sind anisotrope Ziele einschließlich Spiegelreflektoren Gegenstand der Nachforschung. Unter diesen Umständen würde die Auswahl des Untersuchungstyps zu der Verwendung eines Peak-Detektions-Algorithmus durch die Echo-Kombinationseinheit führen, bei dem das Echo der verschiedenen Lenkungsrichtungen mit der Peak-Amplitude für den Pixelwert an jedem Punkt im Bild verwendet wird.
Als noch ein weiteres Beispiel mag der Arzt die optimale Reduzierung von Bildartefakten wie Speckle oder Rauschen wünschen, so dass das Bild so sauber wie möglich ist. In diesen Fällen würde die Auswahl dieser Art von Optimierung durch den Arzt zu der Anwendung einer Mittelwertbildung durch die Echo-Kombinationseinheit an jedem Punkt im Bild führen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Ergebnis der durchgeführten Analyse benutzt, um ein ausgewähltes Merkmal in dem Bild zu bezeichnen oder hervorzuheben statt die Bilddaten zu verwenden, um den Kombinationsprozess der räumlichen Zusammensetzung adaptiv zu steuern. Es sei zum Beispiel angenommen, dass der Arzt eine Sehne auf einen Riss oder eine andere Verletzung untersucht. Sehnen sind stark anisotrop, und die von Sehnen zurückgeworfenen Echos von Strahlenbündel aus unterschiedlichen Blickrichtungen weisen eine deutliche Lenkungsrichtungsempfindlichkeit auf, wie diejenigen, die in 3c dargestellt sind. Wenn eine Gruppe von Echos mit dieser Eigenschaft in einem Bild gefunden wird, wird dieser Punkt des Bildes hervorgehoben, zum Beispiel indem das Pixel auf einen bestimmten Farbton eingestellt wird. Als ein Beispiel können Pixel mit einem Peak-Wert über einem bestimmten Schwellenwert farbig oder auf andere Weise in dem Bild hervorgehoben sein. Alternativ kann die für das Pixel verwendete Farbtonmenge so gewählt werden, dass sie den Grad der Winkelabhängigkeit (Anisotropie) des Punkts im Bild repräsentiert. Die kombinatorische Verarbeitung des gesamten Bildes könnte zum Beispiel auf Mittelwertbildung eingestellt werden, um das Bildspeckle und Rauschen zu reduzieren, und Punkt in dem Bild, die die gewünschte Eigenschaft aufweisen, können mit einem gewünschten Farbton gefärbt sein. Alternativ können die Punkte in dem Bild mit der gewünschten Eigenschaft hervorgehoben werden, indem ein optimales Kombinationsverfahren für die Diagnose benutzt wird, zum Beispiel Peak-Anzeige, während andere Punkte in dem Bild kombinatorisch anders verarbeitet werden, zum Beispiel durch Mittelwertbildung, um Speckle und Rauschartefakte zu reduzieren.
Die vorliegende Erfinderin hat herausgefunden, dass die Verwendung von unterschiedlichen Kombinationsalgorithmen für unterschiedliche Regionen eines räumlich zusammengesetzten Bildes zu der Entwicklung von Artefakten an einem Rand führen kann, wo von einer Art von Kombinationsverfahren zu einer anderen Art übergegangen wird. Diese Artefakte können dazu führen, dass der Arzt eine Gewebegrenzfläche oder Grenze diagnostiziert, wo eigentlich keine existiert. Um derartige Artefakte zu reduzieren und möglicherweise zu eliminieren, werden bei den Übergängen Änderungen an den Verarbeitungsverfahren vorgenommen. Zum Beispiel zeigt 4 eine Region 70 eines Ultraschallbildes, wo die Struktur rechts von der Linie 72 mit einer Art von kombinatorischer Verarbeitung, zum Beispiel Peak-Detektions-Anzeige, verarbeitet wird. Der Bildteil links von der Linie 72 wird mit einem anderen Kombinationsverfahren verarbeitet, zum Beispiel Mittelwertbildung. Dies kann zu der Entwicklung einer scheinbaren Grenze im Bild bei der Linie 72 führen. Um diesen Artefakt zu reduzieren, wird auf beiden Seiten der Linie 72 ein kombinatorischer Übergangsprozess angewendet. Zum Beispiel kann in der Region rechts von der gestrichelten Linie 76 die Peak-Detektions-Anzeige verwendet werden und in der Region links von der gestrichelten Linie 74 kann Mittelwertbildung verwendet werden, und in der Region zwischen den beiden gestrichelten Linien kann gewichtete Mittelwertbildung verwendet werden. Der Wechsel der Kombinationsverfahren kann schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. In beiden Fällen reduziert die Anwendung einer Übergangsbearbeitung die Artefakte der kombinatorischen Verarbeitung. Alternativ kann der Entscheidungsfindungsprozess, der die Echodaten analysiert, absichtlich auf „fuzzy" gestellt werden (d.h. er hat ein gewisses Maß an Uneindeutigkeit), um Übergangsverarbeitungsergebnisse zu erzielen.
5 zeigt eine bevorzugte Implementierung des räumlichen Zusammen setzungsprozessors 30 aus 1. Der Prozessor 30 ist vorzugsweise durch einen Signalprozessor 72 implementiert, der eine Aufbereitung der von dem Strahlformer in 1 empfangenen Echosignale durchführt. Der Signalprozessor 72 führt viele der Prozesse durch, die dem obigen Vorprozessor 32 zugeschrieben sind. Die Echosignale werden an einen universellen Prozessor 74 weitergeleitet, der den Großteil der Verarbeitung durchführt, die für eine räumlich zusammengesetzte Bildanzeige erforderlich ist. Der Prozessor 74 kann die Echodaten erneut abtasten, die für die Bestimmung des Kombinationsverfahrens erforderliche Analyse der Echodaten durchführen und die oben beschriebene kombinatorische Verarbeitung und Nachverarbeitung durchführen. Einzelne Teilbilder für die räumliche Zusammensetzung und vollständig gebildete zusammengesetzte Bilder werden in einem Bildspeicher 76 gespeichert. Die gespeicherten Bilder können entweder in Schätzraumschreibweise (R-θ) oder Anzeigeraumschreibweise (kartesisch) gespeichert werden. Nicht-bildrastergewandelte Bilder werden dem Bildrasterwandler 40 zugeführt, der nach Bedarf bildrastergewandelte Bilder zurückschickt. Die bildrastergewandelten Bilder werden zur Anzeige an den Videoprozessor 44 weitergeleitet. Obwohl die vorliegende Erfindung in der Echtzeitbildgebung eingesetzt werden kann, um Teilbilder für die räumliche Zusammensetzung abhängig von den empfangenen Echosignalen adaptiv zu kombinieren, ist zu beachten, dass die gleichen Verfahren in einem Nachverarbeitungsmodus eingesetzt werden können. Ein gespeichertes Bild kann zum Beispiel abgerufen und seine Blickrichtungsechos, aus denen es erzeugt wurde, kombinatorisch auf unterschiedliche Weise erneut verarbeitet werden, bis der Arzt das Bild erzeugt, das für eine bestimmte Diagnose optimiert ist. Ein Bild, das bei Echtzeitempfang und -anzeige durch Mittelwertbildung verarbeitet wurde, kann abgerufen werden, und die Echos aus den unterschiedlichen Lenkungsrichtungen können mit jedem der anderen oben beschriebenen kombinatorischen Verfahren erneut verarbeitet werden, um gewünschte Bildeigenschaften oder eine andere Art von Bildeigenschaft besser darzustellen oder hervorzuheben.

1

Transmitter: Sender
Digital Beamformer: Digitaler Strahlformer
Filter: Filter
Detect.: Detektor
Pre-processor: Vorprozessor
Resampler: Resampler
Combiner: Kombiniereinheit
Post-processor: Postprozessor
System controller: System-Steuereinheit
Scan conv.: Bildrasterwandler
Cineloop memory: Cineloop-Speicher
Video processor: Videoprozessor
Display: Anzeigevorrichtung

2

Image processor: Bildprozessor
From resampler: Vom Resampler
Steering angle analyzer: Lenkungswinkel-Analysator
Echo combiner: Echo-Kombiniereinheit
Algo: Algorithmus
Sel: Auswahl
EXAM TYPE: Untersuchungstyp
From 20: Von 20

5

From B.F.: Vom Strahlformer
Scan converter: Bildrasterwandler
Gen. Purpose Processor: Universalprozessor
Video processor: Videoprozessor
To display: Zur Anzeige
Image memory: Bildspeicher

Claims

Diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem zum Bilden räumlich zusammengesetzter Bilder, das Folgendes umfasst: einen Empfänger (16) zum Empfangen von Echosignalen von Punkten in einer Bildregion aus verschiedenen Lenkungsrichtungen, wobei ein einzelner Punkt in der Bildregion Echos aus mehreren verschiedenen Blickrichtungen zurückwirft; dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschall-Bildgebungssystem weiterhin Folgendes umfasst: einen Prozessor (62) zum Analysieren der aus den mehreren verschiedenen Blickrichtungen von dem einzelnen Punkt in der Bildregion empfangenen Echosignale, um ein Steuersignal zu erzeugen; und eine Echo-Kombinationseinheit (60), um in Abhängigkeit von dem Steuersignal die aus den mehreren verschiedenen Blickrichtungen von dem einzelnen Punkt in der Bildregion empfangenen Echosignale zu kombinieren, um somit einen Bildsignalwert zu erzeugen.
Diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, wobei die Echo-Kombinationseinheit auf das Steuersignal reagiert, um die aus verschiedenen Blickrichtungen empfangenen Echosignale gemäß einem Algorithmus zu kombinieren, der aus einer Vielzahl von Kombinationsalgortihmen einschließlich Mittelwertbildung, Minimum-Detektion, Peak-Detektion, Median-Detektion, Min-Max-Verarbeitung, Verarbeitung des geometrischen Mittels, Verarbeitung des quadratischen Mittelwertes, Differenz-Detektion und Null-Einstellung ausgewählt wurde.
Verfahren zum Erzeugen von räumlich zusammengesetzten Ultraschallbildern, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Empfangens von Echosignalen von Punkten in einer Bildregion aus verschiedenen Lenkungsrichtungen, wobei ein einzelner Punkt in der Bildregion Echos aus mehreren verschiedenen Blickrichtungen zurückwirft; dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst: – Analysieren der aus den mehreren verschiedenen Blickrichtungen von dem einzelnen Punkt in der Bildregion empfangenen Echosignale, um ein Steuersignal zu erzeugen; und Kombinieren der aus den mehreren verschiedenen Blickrichtungen von dem einzelnen Punkt in der Bildregion empfangenen Echosignale in Abhängigkeit von dem Steuersignal, um somit einen Bildsignalwert zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Analysierens das Analysieren von mindestens entweder der Standardabweichung, der Verteilung, der Varianz, dem Minimum, dem Peak, der Wertanpassung oder dem Schwellenwertpegel der Echosignale umfasst, die aus den mehreren Blickrichtungen von dem einzelnen Punkt in der Bildregion empfangen wurden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Kombinierens das Auswählen in Reaktion auf das Steuersignal von einem der Prozesse: Mittelwertbildung, Minimum-Detektion, Peak-Detektion, Median-Detektion, Min-Max-Verarbeitung, Verarbeitung des geometrischen Mittels, Verarbeitung des quadratischen Mittelwertes, Differenz-Detektion und Null-Einstellung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Kombinierens die Verwendung eines ersten Kombinationsalgorithmus umfasst, um einige der Bildsignalwerte eines Bildes zu erzeugen, und die Verwendung eines zweiten Kombinationsalgorithmus, um den Rest der Bildsignalwerte des Bildes zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Verwendung des zweiten Kombinationsalgorithmus zum Hervorheben einer bestimmten Signaleigenschaft des Bildes führt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Kombinierens das Auswählen eines Kombinationsalgorithmus für die von dem einzelnen Punkt zurückgeworfenen Echosignale auf einer Punkt-für-Punkt-Basis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Kombinierens die Nutzung von übergangsbezogenen Kombinationsalgorithmen über räumlich benachbarte Punkte eines Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, mit einem Schritt des Hervorhebens von Punkten in einem Bild in Reaktion auf das Steuersignal, wobei der Schritt des Hervorhebens das selektive Färben von Punkten in dem Bild und/oder das selektive Variieren des Ausmaßes der Hervorhebung an dem Punkt in dem Bild umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Punkte in einem Bild, die hervorgehoben sind, Bildsignalwerten entsprechen, die durch einen bestimmten Kombinationsalgorithmus erzeugt wurden.