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FACHGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschalldiagnosegerät und insbesondere
ein Ultraschalldiagnosegerät
zum Erzeugen eines dreidimensionalen (3D) Echodatenerfassungsraums.
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HINTERGRUND
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Ultraschalldiagnosegeräte zum Erzeugen
eines dreidimensionalen Ultraschallbilds wurden realisiert. Ein
derartiges Ultraschalldiagnosegerät weist eine Feldwandlereinheit
mit einer Vielzahl an Wandlerelementen zum Bewirken von elektronischem
Abtasten mit einem Ultraschallstrahl, einen mechanischen Abtastmechanismus
zum Bewegen der Feldwandlereinheit zum mechanischen Abtasten usw. auf.
Mit der vorstehend beschriebenen Struktur erzeugt ein Ultraschalldiagnosegerät einen
dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum, der aus einer Vielzahl
an Abtastebenen zusammengesetzt ist, wodurch er ein dreidimensionales
Ultraschallbild (z.B. ein Projektionsbild) auf der Basis einer großen Anzahl
von innerhalb des dreidimensionalen Echodatenerfassungsraums erfassten
Echodaten erzeugt. Die Abtastebene wird durch elektronisches Abtasten der
Ultraschallstrahlen erzeugt. Die Abtastebene ist nämlich aus
einer Vielzahl von Ultraschallstrahlen (Schallstrahlen) zusammengesetzt.
Demgemäß ist der
dreidimensionale Echodatenerfassungsraum eine Sammlung von Ultraschallstrahlen
(ein Ultraschallstrahlfeld). Demgegenüber wurden auch andere Typen
von Ultraschalldiagnosegeräten
vorgeschlagen, die einen dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum
unter Verwendung eines zweidimensionalen (2D) Feldwandlers erzeugen,
der eine Vielzahl von zweidimensional angeordneten Wandlerelementen
umfasst. Diese Geräte
erzeugen einen dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum durch zweidimensionales
elektro nisches Abtasten von Ultraschallstrahlen (ohne Bewegen der
Wandler zum mechanischen Abtasten).
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In
den letzten Jahren wurden auch Ultraschalldiagnosegeräte zum Erzeugen
eines Bilds unter Verwendung von reflektierten Echos, die von einem
Ultraschallkontrastmittel reflektiert wurden, das in ein Gewebe
(z.B. ein Blutgefäß) eines
lebenden Körpers
injiziert worden ist, zur Anwendung gebracht. Normalerweise sind
Echos von Blut schwächer
als Echos von Gewebe, wohingegen Echos von einem Ultraschallkontrastmittel
relativ stark sind. Die Geräte
verwenden diese Eigenschaft, um ein Bild eines Blutgefäßes zu erzeugen.
Insbesondere ist ein Ultraschallkontrastmittel aus einer sehr großen Anzahl
von Mikroblasen (sehr kleine Blasen mit einer vorbestimmten Struktur)
zusammengesetzt. Erreichen die Ultraschallwellen die Mikroblasen,
werden die Mikroblasen zerstört
oder sie verschwinden. Gleichzeitig werden reflektierte Wellen,
die verzerrt sind, (Echos) erzeugt. Unter Verwendung der Basiswellenkomponenten
oder höherer
harmonischer Wellenkomponenten dieser Echos wird ein Ultraschallbild
erzeugt.
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Es
ist möglich,
die Existenz oder das Verhalten eines Ultraschallkontrastmittels
durch Vergleichen von zwei Echodatenpunkten, die vor und nach der
Zerstörung
oder dem Verschwinden der Mikroblasen, die das Ultraschallkontrastmittel
bilden, erfasst werden, oder durch Vergleichen von zwei Echodatenpunkten,
die vor und nach der Bewegung des Ultraschallkontrastmittels erfasst
wurden, deutlich sichtbar zu machen.
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Im
Allgemeinen wird ein Ultraschallkontrastmittel kontinuierlich in
Gewebe eines lebenden Körpers
für eine
vorbestimmte Dauer injiziert, sobald die Injektion gestartet wurde.
Werden zwei Echodatenpunkte (Echodaten oder Pixeldaten), die an
der gleichen Strahladresse erfasst wurden, verglichen, ist es schwierig,
ein genaues Bild des Ultraschallkontrastmittels zu erstellen, wenn
ein Zeitintervall zwischen der Erfassung dieser zwei Datenpunkte
zu lange dauert. Angenommen, z.B., bei einem bestimmten lokalen
Bereich innerhalb eines Blutgefäßes werden die
Mikroblasen des Ultraschallkontrastmittels bei der ersten Bestrahlung
von Ultraschallwellen zerstört oder
verschwinden und die zweite Bestrahlung der Ultraschallwellen wird
nicht unmittelbar nach der ersten Bestrahlung durchgeführt. Also,
angenommen, die zweite Ultraschallbestrahlung wird nicht durchgeführt, bis
eine ausreichende Menge an Ultraschallkontrastmittel durch den Blutfluss
zu diesem lokalen Bereich zugeführt
ist. In einem derartigen Fall besteht kein deutlicher Unterschied
zwischen den von der ersten Bestrahlung erhaltenen Daten und den
von der zweiten Bestrahlung erhaltenen Daten.
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Weitere
Erklärungen
werden gegeben. Herkömmlicherweise
wird, wenn der dreidimensionale Echodatenerfassungsraum erzeugt
wird, die Abtastebene mit einer wie vorstehend beschriebenen festgesetzten
Geschwindigkeit abgetastet (z.B. mechanisch). Bei einem derartigen
Abtasten wird ein Abtastbetrieb der Abtastebene zweimal nacheinander durchgeführt, das
Zeitintervall zwischen den zwei erfassten Datenpunkten an der gleichen
Strahladresse durch diese zwei Abtastvorgänge ergibt z.B. eine Sekunde.
Dies macht es schwierig, ein momentanes Phänomen durch Vergleichen der
zwei Datenpunkte zu erkennen.
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US 5,233,993 beschreibt
ein Ultraschalldiagnosegerät,
welches sich schnell bewegendes und sich langsam bewegendes Gewebe
in einem leicht beobachtbaren Zustand anzeigen kann. Dieses Gerät sendet
und empfängt
Ultraschallstrahlen in unterschiedlichen Winkeln in einem Schnitt.
Um ein Bewegungsbild eines sich schnell bewegenden Gegenstands erzeugen
zu können,
wird eine Messung in jede durch unterschiedliche Winkel definierte
Richtung zweimal durchgeführt.
Zum Prüfen
dieses Verfahrens wird die Richtung in mehrere Sätze gruppiert und die Messung
in einem Satz wird zweimal erzeugt, bevor eine Messung im nächsten Satz
durchgeführt
wird.
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Ein ähnliches
Verfahren ist in
US 4,790,321 offenbart,
mit dem Unterschied, dass der Schnitt nicht in mehrere Richtungen,
sondern Abtastwinkel aufgeteilt ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Nachteile
des Stands der Technik konzipiert, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein neues Ultraschallabtastverfahren zum Erzeugen eines
dreidimensionalen Echodatenerfassungsbereichs bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optimales
Strahlenabtasten bereitzustellen, um das Verhalten oder die Änderung
eines Ultraschallkontrastmittels als Ultraschallbild anzuzeigen.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messung
eines momentanen Phänomens
innerhalb eines dreidimensionalen Datenerfassungsbereichs zu ermöglichen.
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Zum
Erzielen der vorstehenden Aufgaben weist ein Ultraschalldiagnosegerät gemäß der Erfindung
die Merkmale gemäß Anspruch
1 auf.
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Gemäß der vorstehenden
Struktur werden im Verfahren des Auswählens einer Reihe von Adressen
in Bezug auf das Strahladressfeld Strahladressen wiederholt für jede Adressgruppe
ausgewählt. Dies
ermöglicht
es, das Zeitintervall zwischen einer Vielzahl an erfassten Echodaten
an derselben Strahladresse im Vergleich zu einem herkömmlichen
Abtastverfahren zu verkürzen.
Es ist auch möglich,
das Zeitintervall durch Ändern
eines Einstellungsverfahrens der Adressgruppen nach Bedarf zu ändern.
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Gemäß Anspruch
2 ist jeder der Teilräume aus
einer oder mehreren Abtastebenen zusammengesetzt und ist jede der
Abtastebenen aus einer Vielzahl an Ultraschallstrahlen zusammengesetzt,
die sequenziell in der elektronischen Abtastrichtung gebildet sind.
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Gemäß Anspruch
3 verwendet das Bilderzeugungsmittel zwei Punkte von an der gleichen Strahladresse
bei einem vorbestimmten Zeitintervall erhaltene Echodaten, um ein
Ultraschallbild zu erzeugen, das eine Änderung innerhalb des vorbestimmten
Zeitintervalls darstellt.
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Gemäß Anspruch
4 umfasst das Bilderzeugungsmittel eine Differentialbetriebseinheit
zum Durchführen
eines Differentialbetriebs in Bezug auf die zwei Punkte von Echodaten.
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Gemäß Anspruch
5 ist das Ultraschallbild ein Bild, das ein in einen lebenden Körper injiziertes
Ultraschallkontrastmittel darstellt.
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Gemäß Anspruch
6 umfasst das Strahlerzeugungsmittel einen zweidimensionalen Feldwandler
und werden die Ultraschallstrahlen elektronisch zweidimensional
abgetastet.
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Gemäß Anspruch
7 führt
das Strahlerzeugungsmittel das Abtasten der Ultraschallstrahlen
in die erste Abtastrichtung zum Erzeugen einer Abtastebene durch
und bewegt die Position der Abtastebene vorwärts in die zweite Abtastebene
und wird im Verfahren des Vorwärtsbewegens
der Position der Abtastebene in die zweite Abtastrichtung eine derartige
Vorwärtsbewegung
für jeden
Abschnitt, der jedem der Adressgruppen entspricht, wiederholt.
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Gemäß Anspruch
8 ist die Vielzahl an Adressgruppen in einer Matrix in Bezug auf
das Strahladressfeld bereitgestellt.
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Gemäß Anspruch
9 ist jede der Adressgruppen aus einer Vielzahl an Strahladresslinien
zusammengesetzt und werden Ultraschallstrahlen elektronisch für jede der
Strahladresslinien abgetastet.
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Gemäß Anspruch
10 ist jede der Adressgruppen aus einer Vielzahl an zufallsbedingt
im Strahladressfeld bereitgestellten Strahladressen zusammengesetzt.
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Gemäß Anspruch
11 ist das Strahladressfeld aus einer Vielzahl an Empfangsstrahladressen
zusammengesetzt und wird an jeder der Adressgruppen für ein Senden
und Empfangen des Ultraschallstrahls ein Sendestrahl erzeugt und
wird eine Vielzahl an Empfangsstrahlen gleichzeitig erzeugt.
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Erfindungsgemäß umfasst
ein Ultraschaldiagnosegerät
einen Einstellungsabschnitt zum Einstellen einer Vielzahl an Adressgruppen
in Bezug auf ein zweidimensionales Strahladressfeld; eine Ablaufsteuerung
zum Einstellen einer Sequenz, die zum Auswählen einer Vielzahl an Strahladressen,
die das Strahladressfeld festlegen, verwendetet wird, während Strahladressen
wiederholt für
jede der Adressgruppen ausgewählt
werden, eine Adresssteuerung zum Auswählen von Strahladressen gemäß der durch
die Ablaufsteuerung eingestellten Sequenz; einen Strahlerzeuger
zum Erzeugen eines Ultraschallstrahls an einer durch die Adresssteuerung
ausgewählten
Strahladresse; und einen Bilderzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines
Ultraschallbilds auf der Basis von durch die Erzeugung des Ultraschallstrahls erhaltenen
Echodaten.
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Gemäß Anspruch
12 wird für
jede der Adressgruppen ein Schritt des sequentiellen Auswählens einer
Vielzahl an Strahladressen der Adressgruppen mindestens zweimal
wiederholt.
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Gemäß Anspruch
13 ist das Strahladressfeld aus einer Vielzahl an Empfangsstrahladressen
zusammengesetzt und wird für
jede der Adressgruppen ein Schritt des gemeinsamen Auswählens einer
Vielzahl an Empfangsstrahladressen der Adressgruppe mindestens zweimal
wiederholt.
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Gemäß Anspruch
14 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Ultraschalldiagnosegerät zum Erzeugen
eines dreidimensionalen Echodatenerfassungsraums im Gewebe eines
lebenden Körpers,
in den ein Ultraschallkontrastmittel injiziert ist, Mittel zum Einstellen
einer Vielzahl an Teilräumen
im dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum; Mittel zum Bewirken
einer Strahlabtastung in Bezug auf den dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum durch
Wiederholen von mehrmaligem Senden und Empfangen einer Ultraschallwelle
für jeden
der Teilräume;
Mittel zum Erzeugen eines Teilbilds, welches die Gegenwart oder
das Verhalten des Ultraschallkontrastmittels auf der Basis von durch
mehrmaliges Senden und Empfangen einer Ultraschallwelle für jeden
der Teilräume
erhaltenen Echodaten darstellt; und Mittel zum Synthetisieren von
Teilbildern bezüglich
der Vielzahl an Teilräumen,
um ein Ultraschallbild zu erzeugen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Aufgaben der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen erklärt,
in welchen:
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1 eine
Konzeptansicht ist, die einen Hauptteil einer Ultraschallsonde zur
Verwendung beim Erfassen von dreidimensionalen Echodaten gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ein
Diagramm ist, das n Strahladressen (ein Strahladressfeld) darstellt;
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3 ein
Diagramm zum Erklären
einer herkömmlichen
Adressauswahlsequenz ist;
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4 ein
Diagramm zum Erklären
einer Adressauswahlsequenz gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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5 ein
Diagramm zum Erklären
einer Adressauswahlsequenz gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 ein
Diagramm zum Erklären
einer Adressauswahlsequenz gemäß noch einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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7 ein
Blockdiagramm ist, das ein Ultraschalldiagnosegerät gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt; und
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8 ein
Diagramm zum Erklären
einer Adressauswahlsequenz ist, die verwendet wird, wenn eine Vielzahl
an Empfangsstrahlen gleichzeitig für einen Sendestrahl erzeugt
wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine Perspektivansicht, die eine Struktur einer zum Erfassen von
dreidimensionalen Echodaten verwendeten Ultraschallsonde 10 schematisch
darstellt, die in einem Ultraschalldiagnosegerät enthalten ist.
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Eine
Ultraschallsonde zur dreidimensionalen Echodatenerfassung 10 umfasst
eine Feldwandlereinheit 12, einen mechanischen Abtastmechanismus 13 und
einen Positionsdetektor (nicht dargestellt). Die Feldwandlereinheit 12 umfasst
einen Feldwandler (nicht dargestellt), der aus einer Vielzahl an
in einer Linie angeordneten Wandlerelementen zusammengesetzt ist.
Diese Feldwandlereinheit 12 wird zum elektronischen Abtasten
eines Ultraschallstrahls 24 verwendet. Während ein
Beispiel für
elektronisches lineares Abtasten in 1 veranschaulicht
ist, umfasst elektronisches Abtasten andere Abtasttypen wie elektronisches
Sektorabtasten. Durch das elektronische Abtasten des Ultraschallstrahls 24 wird eine
Abtastebene 22 erzeugt, die in 1 von rechteckiger
Gestalt ist. Mit dem elektronischen Sektorabtasten hätte andererseits
die Abtastebene 22 eine Sektorgestalt. Normalerweise erzeugt
ein Senden/Empfangen einer Ultraschallwelle einen Sendestrahl und
einen Empfangsstrahl. Es ist jedoch, wie später be schrieben, möglich, eine
Vielzahl an Empfangsstrahlen gleichzeitig in Bezug auf einen Sendestrahl
(ein breiter Sendestrahl) zu bilden.
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Der
mechanische Abtastmechanismus 13 umfasst einen Antriebsmotor 16,
eine Vorschubschraube 14 und ein Lagerungsteil 18 zum
Bewegen der Feldwandlereinheit 12 zum mechanischen Abtasten.
Da insbesondere das Lagerungsteil 18 auf die Vorschubschraube 14 gepasst
ist, bewegt sich, wenn der Antriebsmotor 16 in eine Richtung
gedreht wird, die Feldwandlereinheit 12 gegen eine Richtung
(Vorwärtsrichtung)
in Z-Richtung. Wird
der Antriebsmotor 16 in die andere Richtung gedreht, bewegt
sich andererseits die Feldwandlereinheit 12 in die andere
Richtung (Rückwärtsrichtung)
in Z-Richtung. Wie
später beschrieben,
wird bewirkt, dass sich die Feldwandlereinheit 12 während der
Vorwärtsbewegung
der Feldwandlereinheit 12 in die Z-Richtung an entsprechenden
Schritten der Vorwärtsbewegung
rückwärts bewegt.
Das mechanische Abtasten wird nämlich
in einer ähnlichen
Weise wie eine Rückstichbewegung durchgeführt.
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Eine
Wellensende-/-empfangsoberfläche
(eine Bodenfläche
in 1) der Feldwandlereinheit 12 kann in
direktem Kontakt mit einer Oberfläche eines lebenden Körpers gebracht
werden. Alternativ dazu kann eine Kupplungsflüssigkeit zwischen der Wellensende-/-empfangsoberfläche und
der Oberfläche
des lebenden Körpers
vorgesehen sein. Im letzteren Fall wird die Kupplungsflüssigkeit
in einem Gehäuse (nicht
dargestellt) der Ultraschallsonde 12 aufbewahrt. Wie später detaillierter
beschrieben, kann, wenn ein zweidimensionaler Feldwandler verwendet wird,
das vorstehend beschriebene mechanische Abtasten durch elektronisches
Abtasten ersetzt werden. Elektronisches Abtasten des Ultraschallstrahls
kann nämlich
sowohl in X- als auch in Z-Richtung erfolgen. Während die Ultraschallsonde 10 vorzugsweise
in Kontakt mit der Oberfläche
eines lebenden Körpers verwendet
wird, ist es auch möglich,
die Ultraschallsonde 10 in ein röhrenförmiges Gewebe wie Speiseröhre, Rektum,
Blutgefäß usw. einzusetzen.
Ferner kann, während
ein Diagnosegegenstand vorzugsweise ein menschlicher Körper ist,
er auch kein Mensch, sondern ein Tier sein.
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Wie
vorstehend beschrieben, werden das elektronische Abtasten (das erste
Abtasten) des Ultraschallstrahls 24 und das mechanische
Abtasten (das zweite Abtasten) der Abtastebene 22 durchgeführt. Im
Allgemeinen wird das elektronische Abtasten mit einer viel höheren Geschwindigkeit
durchgeführt
als das mechanische Abtasten. Deshalb wird durch Durchführen des
mechanischen Abtastens, während
das elektronische Abtasten wiederholt wird, ein dreidimensionaler
Echodatenerfassungsraum 20 erzeugt. Der dreidimensionale
Echodatenerfassungsraum 20 kann als eine Sammlung an vielen
Abtastebenen 22 betrachtet werden. Während der dreidimensionale
Echodatenerfassungsraum 20 in 1 würfelförmig ist,
wenn elektronisches Sektorabtasten erfolgt, wäre er im Wesentlichen eine
Pyramidengestalt. In 1 zeigt die Y-Richtung eine
Tiefenrichtung entlang des Ultraschallstrahls 24, zeigt
die X-Richtung eine elektronische Abtastrichtung (die erste Abtastrichtung)
und ist die Z-Richtung eine mechanische Abtastrichtung (die zweite
Abtastrichtung).
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2 zeigt
ein zweidimensionales Strahladressfeld 30, das auf der
X-Z-Ebene erzeugt ist. In 2 ist jede
Strahladresse (ein Mittelpunkt zum Erzeugen eines Ultraschallstrahls)
durch einen gefüllten
Kreis angezeigt. Insbesondere ist das Strahladressfeld 30 aus
n Strahladressen #1~#n zusammengesetzt. Die Erzeugung der Ultraschallstrahlen (ein
Sendewellenstrahl und ein Empfangswellenstrahl) an den jeweiligen
Strahladressen, die das Strahladressfeld 30 bilden, führt zur
Bildung eines dreidimensionalen Echodatenerfassungsraums. Eine Vielzahl
an in einer Linie in die X-Richtung
(eine Stahladresslinie) angeordneten Strahladressen entspricht einer
Abtastebene 22. Die Abtastebene 22 ist leicht
zur Z-Richtung (siehe 2) hin geneigt, da während des
elektronischen Abtastens des Ultraschallstrahls auch mechanisches
Abtasten durch Bewegen der Abtastebene 22 in die Richtung
senkrecht zur elektronischen Abtastrichtung durchgeführt wird. Jedoch
kann eine derartige Neigung der Abtastebene 22 tatsachlich
vernachlässigt
werden, da die Geschwindigkeit des elektronischen Abtastens typischerweise
höher ist
als diejenige des mechanischen Abtastens. Es ist auch möglich, die
Feldwandlereinheit 12 zeitweise zu stoppen, mit Unterbrechungen an
den jeweiligen Positionen entlang der Z-Richtung und das elektronische
Abtastens an den jeweiligen Stopppositionen durchzuführen. (In
diesem Falle ist die Abtastebene 22 nicht geneigt). Des
Weiteren, kann, wenn ein zweidimensionaler Feldwandler eingesetzt
wird, die vorstehend erwähnte
Neigung eliminiert werden.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die n Strahladressen (das Strahladressfeld 30)
virtuell in eine Vielzahl an Adressgruppen unterteilt, die in 2 durch
S1, S2, S3 und S4 angezeigt sind. Zum Beispiel ist die Adressgruppe
S1 aus i Strahladressen von der Strahladresse #1 bis Strahladresse
#i zusammengesetzt. Gleichermaßen
enthält
jede der anderen Adressgruppen S2 bis S4 ebenfalls i Strahladressen.
Während
es bevorzugt ist, dass alle Adressgruppen die gleiche Anzahl an
Strahladressen umfassen, kann die Anzahl an Adressen unter den Adressgruppen
unterschiedlich sein. Auch kann die Anzahl an Adressgruppen (die
Anzahl an jede Adressgruppe bildenden Strahladressen) variabel sein
und durch einen Anwender eingestellt werden. Alternativ dazu kann
diese Anzahl variabel sein und gemäß dem Betriebsmodus oder der
Messbedingung automatisch eingestellt werden.
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In
dieser Ausführungsform
wird im Verfahren zum Erzeugen eines einzelnen dreidimensionalen Echodatenerfassungsraums
für jede
Adressgruppe das Abtasten einer Reihe an Strahladressen jener Adressgruppen
zweimal durchgeführt.
Insbesondere werden, wenn Augenmerk auf z.B. die Adressgruppe S1
gerichtet wird, die Strahladressen #1 bis #i zuerst nacheinander
(Ultraschallstrahlen werden aufeinander folgend erzeugt) sequentiell
ausgewählt
und dann die Strahladressen #1 bis #i nacheinander (Ultraschallstrahlen
werden sequentiell erzeugt) erneut sequentiell ausgewählt. Dieses
schrittweise Abtasten wird für
jede der Adressgruppen durchgeführt,
so dass schließlich
die Ultraschallstrahlen für
jede Strahladresse zweimal erzeugt werden. Folglich wird eine Reihe
an Strahladressen gemäß dieser „iterativen
Sequenz" sequentiell
ausgewählt,
wodurch der dreidimensionale Echodatenerfassungsraum erzeugt wird.
In diesem Fall bewegt sich die Feldwandlereinheit 12 um
einen vorbestimmten Abstand an den entsprechenden Schritten während deren
Vorwärtsbewegung
in die Z-Richtung rückwärts. Dann werden
die dreidimensionalen Echodatenerfassungsräume 20 in einer gegebenenfalls
wiederholten Weise erzeugt. Der dreidimensionale Echodatenerfassungsraum 20 kann
erzeugt werden, wenn nur das Vorwärtsabtasten in die Z-Richtung
durchgeführt wird,
oder kann sowohl während
des Vorwärts-
als auch des Rückwärtsabtastens
in die Z-Richtung erzeugt werden. In jedem Fall kann, wenn die dreidimensionalen
Echodatenerfassungsräume 20 wiederholt
erzeugt werden, die gleiche iterative Sequenz angewandt werden oder
können
unterschiedliche schrittweise Sequenzen angewandt werden. Des Weiteren
kann, während
die Anzahl an Abtastvorgängen,
die für
jede Adressgruppe durchgeführt
wird, vorzugsweise zwei ist, sie auf drei oder mehr eingestellt
werden.
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Mit
Bezug auf 3 und 4 wird ein
herkömmliches
Adressabtastverfahren mit dem Adressabtastverfahren der vorliegenden
Ausführungsform verglichen. 3 zeigt
ein her kömmliches
Adressabtastverfahren, und 4 zeigt
das Adressabtastverfahren der vorliegenden Ausführungsform. In 3 und 4 stellt
die horizontale Achse die Z-Richtung dar
und stellt die vertikale Achse die verstrichene Zeit t dar. Hier
wird angenommen, dass sowohl die elektronische Abtastgeschwindigkeit
als auch die mechanische Abtastgeschwindigkeit im herkömmlichen Verfahren
und im Verfahren der vorliegenden Ausführungsform gleich sind.
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Wie
in 3 dargestellt, sind im herkömmlichen Verfahren die Strahladressen
nicht in Gruppen unterteilt und werden die Strahladressen nacheinander
von der ersten Strahladresse zur n-ten (letzten) Strahladresse sequentiell
ausgewählt.
Wenn nämlich ein
Adressabtastvorgang als Ganzes betrachtet wird, wird jede Adresse
nur einmal ausgewählt.
Deshalb werden 4τ zum
Abtasten aller Strahladressen benötigt und werden 8τ zum zweimaligen
Durchführen
von Adressabtasten benötigt,
um ein Differentialbild zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform wird
andererseits, wie in 4 dargestellt, das Adressabtasten
für jede
Adressgruppe zweimal durchgeführt
(zweimaliges Unterabtasten). Insbesondere wird z.B. in Bezug auf
die Adressgruppe S1 der erste Adressabtastvorgang durchgeführt, der
die Zeit τ benötigt, und
anschließend
wird der zweite Adressabtastvorgang durchgeführt, der eine weitere Zeit τ benötigt. Dann
wird in Bezug auf die Adressgruppe S2 das erste Adressabtasten durchgeführt, welches
die Zeit τ benötigt und
dieser folgt das zweite Adressabtasten, welches eine weitere Zeit τ benötigt. Auf
diese Weise wird gleichermaßen
ein Adressabtasten in Bezug auf die Adressgruppen S3 und S4 durchgeführt. Als
Ergebnis werden zum Durchführen von
Adressabtasten für
alle Strahladressen 8τ benötigt.
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Deshalb
braucht, wenn die erforderliche Zeit für einen Abtastvorgang in der
Z-Richtung vom Startpunkt zum Endpunkt zwischen dem herkömmlichen Verfahren
und dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform einfach verglichen
wird, das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform doppelt so lange wie
das herkömmliche
Verfahren. Jedoch beträgt
die zum Erzeugen eines Differentialbilds benötigte Gesamtzeit sowohl für das herkömmliche
Verfahren als auch das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform
8τ. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform wird
das Adressabtasten für
jede Adressgruppe (nämlich
für jeden „Teilraum" im dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum)
zweimal durchgeführt.
In diesem Fall ist der Zeitintervall zwischen den zwei Ad ressabtastvorgängen kurz.
Wird die Aufmerksamkeit z.B. auf eine bestimmte Strahladresse gerichtet, kann,
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
die erforderliche Zeit von dem ersten Wellensenden/-empfangen (Erzeugung
eines Ultraschallstrahls) zum zweiten Wellensenden/-empfangen (Erzeugung
eines Ultraschallstrahls) ein Viertel dessen betragen, was für das herkömmliche
Verfahren benötigt
wird. Dies ermöglicht
es, zwei Strahlabtastvorgänge
mit einem kurzen Intervall zwischen ihnen für jeden Teilraum, der jeder
Adressgruppe entspricht, zu erzielen. Als Ergebnis ist es möglich, im
Teilraum verursachte scharfe Änderungen
klar abzubilden. Dieser Vorteil kann über den gesamten dreidimensionalen
Echodatenerfassungsraum erzielt werden.
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Deshalb
ist es möglich,
wenn z.B. ein Ultraschallkontrastmittel in einen lebenden Körper injiziert ist
und das Verhalten des Ultraschallkontrastmittels im lebenden Körper vom
Zeitpunkt unmittelbar nach der Injektion beobachtet wird, einen
Differentialvorgang an zwei Punkten an Bilddaten (die entweder Pixeldaten
oder Echodaten sein können)
für jeden
Teilraum durchzuführen.
Dies führt
zur Erzeugung eines Ultraschallbilds, welches das Verhalten des
Ultraschallkontrastmittels genau wiedergibt. Es sollte jedoch angemerkt
werden, dass der Differentialvorgang nicht unbedingt durchgeführt wird.
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5 und 6 veranschaulichen
andere Beispiele für
Abtastverfahren. Im in 5 dargestellten Beispiel ist
das Strahladressfeld 30 in eine Vielzahl an Blöcken B1~Bm
geteilt, welche in einer Matrix angeordnet sind. Für jeden
Block wird eine Vielzahl an Ultraschallstrahlabtastvorgängen gleichzeitig durchgeführt und
ein derartiges Strahlabtasten zweimal wiederholt. Dieses Verfahren
stellt auch eine Betriebswirkung bereit, ähnlich derjenigen im Verfahren von 4.
Es sollte angemerkt werden, dass, wenn das wie in 5 dargestellte
Strahladressauswahlverfahren eingesetzt wird, es bevorzugt ist,
einen zweidimensionalen Feldwandler zu verwenden, sodass ein elektronisches
Abtasten sowohl in X- als auch in Z-Richtung erzielt werden kann.
Dies wird gleichermaßen
auf das in 6 dargestellte Verfahren angewandt,
welches nachstehend beschrieben wird.
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In
der in 6 dargestellten Beispielanordnung ist eine Adressgruppe
aus einer Vielzahl an Adressen zusammengesetzt, die durch statistisch angeordnete
schwarze Kreise angezeigt sind, und eine Vielzahl an derartigen
Adressgruppen ist im Strahladressfeld 30 als Ganzes umfasst.
Wie in den vorstehend beschriebenen Beispielen wird das Adressabtasten
für jede
Adressgruppe mehrmals durchgeführt.
Dieses Verfahren kann auch den Betriebsvorteil bereitstellen, der
demjenigen in den vorstehend beschriebenen Verfahren gleicht.
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8 zeigt
noch ein anderes Beispiel für
ein Abtastverfahren. In diesem Beispiel wird ein zweidimensionaler
Feldwandler verwendet. Viele durch schwarze Punkte bezeichnete „Empfangs"-Strahladressen,
die in einer Matrix angeordnet sind, sind im Strahladressfeld 30 dargestellt.
Eine Sendestrahladresse 52 ist durch ein Symbol X bezeichnet.
Das Strahladressfeld 30 ist in m Blöcke 50, nämlich Block 50-1 bis
Block 50-m, geteilt. Für
alle ersten bis m-ten Blöcke
wird das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen zweimal in Folge
durchgeführt.
Insbesondere wird im Block 50-1 über der Sendestrahladresse
X ein breiter Sendestrahl erzeugt, und werden sofort danach z.B. 16 Empfangsstrahlen
gleichzeitig erzeugt. Anschließend
wird in Bezug auf diesen Block 50-1 ein ähnliches
Senden und Empfangen von Ultraschallwellen wiederholt. Als nächstes wird
in Bezug auf den Block 50-2 das Senden und Empfangen von
Ultraschallwellen zweimal in einer ähnlichen Weise wie diejenige
im Block 50-1 durchgeführt.
Zusammenfassend werden das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen
(2 × m)
mal für
das ganze Strahladressfeld 30 durchgeführt. Dieses Verfahren ermöglicht auch
die Erfassung von zwei Punkten an Bilddaten (Echodaten) für jeden
Block innerhalb einer kurzen Zeitdauer.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das die Gesamtstruktur eines Ultraschalldiagnosegeräts zum Einführen des
in 4 dargestellten Abtastverfahrens darstellt.
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Die
Ultraschallsonde 10 zur dreidimensionalen Echodatenerfassung
weist, wie in 1 dargestellt eine Feldwandlereinheit 12,
einen mechanischen Abtastmechanismus 13, einen Positionsdetektor 15 oder
dergleichen auf.
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Der
Positionsdetektor 15 erkennt die Position der Feldwandlereinheit 12 in
der mechanischen Abtastrichtung oder der Z-Richtung und gibt ein
Erkennungssignal an einen Steuerabschnitt 36 aus, der später beschrieben
wird. Ein Sendeabschnitt 32 ist mit der Feldwandlereinheit 12 verbunden,
und eine Vielzahl an Sendesignalen wird vom Sendeabschnitt 36 einer
Vielzahl an Wandlerelementen zugeführt. Ein Empfangsabschnitt 34 ist
ebenfalls mit der Feldwandlereinheit 12 verbunden und eine
Vielzahl an Empfangssignalen wird dem Empfangsabschnitt von der
Vielzahl an Wandlerelementen zugeführt. Im Empfangsabschnitt 34 wird
ein Phasenverschiebungs- und -additions vorgang in Bezug auf die
Vielzahl an Empfangssignalen durchgeführt. Der Sendeabschnitt 32 wirkt
nämlich
als so genannter Sendestrahlerzeuger, und der Empfangsabschnitt 34 wirkt
als Empfangsstrahlerzeuger. Wenn k Empfangsstrahlen pro ein Sendestrahl
erzeugt werden, werden normalerweise k Empfangsabschnitte parallel
bereitgestellt.
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Der
Steuerabschnitt 36 steuert das elektronische und mechanische
Abtasten gemäß der iterativen
Sequenz für
die Adressauswahl, die zum Erzielen des iterativen Adressabtastens
für jede
Adressgruppe verwendet wird.
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Ein
Sequenzeinstellungsabschnitt 40 ist als Eingabemittel gebildet,
das von einem Anwender bedient wird. Der Sequenzeinstellungsabschnitt 40 ermöglicht es
dem Anwender, die Adressgruppen wie gewünscht einzustellen und die
Anzahl an iterativen Adressabtastungen für jede Adressgruppe wie gewünscht einzustellen.
Die so eingestellten, die schrittweise Auswahlsequenz betreffenden
Daten, werden in einem im Steuerabschnitt 36 vorgesehenen
Speicher gespeichert. Der Steuerabschnitt 36 steuert das
mechanische Abtasten durch den mechanischen Abtastmechanismus 13 und
das elektronische Abtasten der Ultraschallstrahlen gemäß den aus
dem Speicher gelesenen iterativen Sequenzdaten. Wird ein Steuersignal
in einen Antrieb 38 aus dem Steuerabschnitt 36 eingegeben,
führt der
Antrieb 38 dem Antriebsmotor im mechanischen Abtastmechanismus 13 ein
Antriebssignal gemäß dem Steuersignal
zu.
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In
der in 7 dargestellten Beispielstruktur sind zwei dreidimensionale
(3D) Speicher 42, 44 stromabwärts vom Empfangsabschnitt 34 vorgesehen.
Der 3D-Speicher 42 speichert für jede Adressgruppe eine Vielzahl
an durch das erste Abtasten erhaltenen Empfangssignalen (einen Echodatensatz). Der
3D-Speicher 44 speichert für jede Adressgruppe eine Vielzahl
an durch das zweite Abtasten erhaltenen Empfangssignalen (ein Echodatensatz).
Selbstverständlich
können
diese Speicher als ein einziger Speicher gebildet sein.
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Ein
Bildverarbeitungsabschnitt 46 weist für jede Adressgruppe eine Funktion
zum Berechnen eines Unterschieds zwischen durch das erste Adressabtasten
erhaltenen Echodaten (oder Bilddaten) und den durch das zweite Adressabtasten
erhaltenen Echodaten (oder Bilddaten) auf, wodurch ein dreidimensionales
Differentialbild erzeugt wird. Auf diese Weise wird ein Teildifferentialbild
(ein Teilbild) für
jede Adressgruppe (nämlich für jeden
Teilraum) erzeugt. Der Bildverarbeitungsabschnitt 46 kombiniert
eine Vielzahl an Teilbildern, um dadurch ein dreidimensionales Differentialbild
zu erzeugen, welches einen gesamten dreidimensionalen Echodatenerfassungsraum
darstellt. Das folglich erzeugte dreidimensionale Differentialbild
wird auf dem Anzeigeabschnitt 48 angezeigt. Das durch den
Bildverarbeitungsabschnitt verwendete Verarbeitungsverfahren ist
nicht auf den vorstehend beschriebenen Differentialvorgang beschränkt. Zum
Beispiel ist es möglich,
die durch das erste Strahlabtasten erhaltenen Echodaten und die durch
das zweite Strahlabtasten erhaltenen Echodaten unter Verwendung
eines vorbestimmten Vorgangs zu kombinieren. Verfahren zum Erzeugen
eines dreidimensionalen Bilds umfassen verschiedene Verfahren wie
Integration, maximale Erfassung, mittlere Erfassung, Volumenrendering
usw.
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht
das dreidimensionale Differentialbild, dass das Verhalten oder die Änderung
z.B. eines Ultraschallkontrastmittels deutlich sichtbar wird. Dies
führt zu
dem Vorteil, dass zur Diagnose für
eine Krankheit wichtige Informationen bereitgestellt werden können.
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In
der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, eine Adressgruppe herzustellen,
die einer Abtastebene entspricht. Des Weiteren ist es auch möglich, während die
Feldwandlereinheit 12 zum mechanischen Abtasten in der
in 7 dargestellten Ausführungsform bewegt wird, einen
zweidimensionalen Feldwandler zu verwenden, so dass Adressabtasten
gemäß der iterativen
Sequenz, die ähnlich derjenigen
ist, die vorstehend beschrieben ist, unter der elektronischen Steuerung
des Wandlers wie vorstehend beschrieben erzielt werden kann. Dieses Verfahren
ist bequemer, da die Notwendigkeit des tatsächlichen Bewegens des Feldwandlers
eliminiert werden kann.
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Wie
vorstehend gemäß dieser
Ausführungsform
beschrieben, ist es möglich,
ein neues Adressabtastverfahren zum Erzeugen eines dreidimensionalen
Echodatenerfassungsraums bereitzustellen. Dieses Adressabtastverfahren
ist insbesondere zum Erzeugen eines Bilds von einem Ultraschallkontrastmittel
geeignet.