DE10238747A1

DE10238747A1 - Verfahren und Gerät zur verbesserten Orts- und Zeitauflösung bei der Ultraschallabbildung

Info

Publication number: DE10238747A1
Application number: DE10238747A
Authority: DE
Inventors: Steinar Bjaerum; Johan Kirkhorn; Hans Garmann Torp; Kjetil Viggen; Bjorn Olstad; Kjell Kristoffersen; Erik N Steen; Dagfinn Saetre
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2003-03-06
Also published as: US20030045795A1; CN1315438C; KR20030017413A; CN1406556A; JP2003111759A; US6537217B1

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von zwei Ultraschallbildern vorgesehen. Ein erster Satz von Ultraschallimpulsen wird mit einer ersten Bildwechselrate uner Verwendung eines ersten Betriebsmodus gesendet. Die Echos von dem ersten Satz der Ultraschallimpulse werden empfangen. Ein zweiter Satz von Ultraschallimpulsen wird mit einer zweiten Bildwechselrate unter Verwendung eines zweiten Betriebsmodus gesendet. Die erste und die zweite Bildwechselrate sind verschieden. Der erste Satz der Ultraschallimpulse definiert ein ganzes Bild, während der zweite Satz der Ultraschallimpulse ein Teilbild definiert. Die Echos vom zweiten Satz der Ultraschallimpulse werden empfangen, und die Echos von dem ersten und dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse werden als einziges Bild angezeigt.

Description

Bestimmte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beziehen sich auf eine Ultraschallabbildung der menschlichen Anatomie zum Zweck einer medizinischen Diagnose. Insbesondere beziehen sich bestimmte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung auf Verfahren und ein Gerät zur Verbesserung der Orts- und Zeitauflösung in einem Ultraschallbild.

Eine zweidimensionale (2D-)Ultraschall-Dopplerabbildung wird für eine Blutflussvisualisierung im Körper verwendet, sowie für eine Visualisierung einer Muskelgewebebewegung und Deformation, wie einer erzwungenen Kompression der menschlichen Brust. Es können ein B-Modus-Grauskalasektor und 2D-Dopplerinformationen in einem Sektor, der dem gesamten oder einem Teil des B-Modussektors abdeckt, separat erfasst werden. Die Dopplerinformationen sind farbkodiert und dem B- Modus-Grauskalabild überlagert, um die Geschwindigkeitsinformationen eines interessierenden Bereichs zu visualisieren. Da das Grauskalabild zur Visualisierung von Gewebestrukturen und das Dopplerbild zur Darstellung von Geschwindigkeitsinformationen verwendet wird, wird das B- Modusbild oft als "Gewebebild" bezeichnet.

Frühere Verfahren kombinieren ein Hochauflösungs-2D-B- Modusbild mit einem 2D-Dopplerbild geringerer Auflösung, das mit der gleichen Bildwechselrate erfasst wird. Beispielsweise zeigt Fig. 2 die Geometrie für eine herkömmliche sektorabgetastete 2D-Dopplererfassung. Das Geometriebild 202 zeigt ein Dopplersektorbild, das einem B-Modus-Sektorbild überlagert ist. Das B-Modus-Sektorbild 204 besteht aus B- Modus-Sendestrahlen 206. Das Dopplersektorbild 208 besteht aus Doppler-Sendestrahlrichtungen 210. Bei diesem Beispiel ist die Anzahl der B-Modus-Sendestrahlen (N_B) 12, und die Anzahl der Doppler-Sendestrahlrichtungen (N_D) ist 4. Somit hat das B-Modus-Sektorbild 204 eine höhere Strahldichte und eine höhere Auflösung als das Dopplersektorbild 208.

Fig. 3 zeigt eine Abtastfolge einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung. Zwölf Dopplerimpulse 302 bis 324 und zwölf B-Modusimpulse 326 bis 348 sind dargestellt. Zuerst werden die Dopplerimpulse 302 bis 324 sequentiell, beginnend mit dem Dopplerimpuls 302 gesendet. Dann werden die B-Modusimpulse 326 bis 348 sequentiell, beginnend mit dem B-Modusimpuls 326 gesendet. Die B-Modusimpulse 326 bis 348 sind gekennzeichnet, um die Senderichtung anzugeben. Beispielsweise zeigt der mit B1 gekennzeichnete B-Modus-Impuls 326, dass der B-Modus- Impuls in die Richtung 1 gesendet wird. Der mit B11 gekennzeichnete B-Modus-Impuls 346 zeigt, dass der Impuls in die Richtung 11 gesendet wird. Die Dopplerimpulse 302 bis 324 sind derart gekennzeichnet, dass Dij eine Dopplerimpulsübertragung j in die Richtung i bezeichnet. Die Dopplerimpulse 302 bis 324 sind jeweils Teil eines Pakets 350 bis 356. Jeder in der gleichen Richtung übertragene Dopplerimpuls 302 bis 324 ist Teil des gleichen Pakets 350 bis 356. Die Paketgröße (PS) stellt die Anzahl der Dopplerimpulse 302 bis 324 in jedem Paket 350 bis 356 dar. Beispielsweise ist PS in Fig. 3 gleich 3. Daher umfasst jedes Paket 350 bis 356 die in eine Sendestrahlrichtung gesendeten Dopplerimpulse 302 bis 324, und jedes Paket 350 bis 356 wird in eine unterschiedliche Richtung gesendet.

Die Geschwindigkeiten für den 2D-Doppler werden an Punkten entlang jeder Strahlrichtung beruhend auf den empfangenen Signalen von den Paketen 350 bis 356 geschätzt. Beispielsweise können jeweils die Dopplerimpulse 302, 304 und 306 zum Schätzen eines Geschwindigkeitsmaßes für das Paket 350 in der Strahlrichtung 1 verwendet werden. Die Zeit zwischen zwei Dopplerimpulsen in einem Paket wird Dopplerimpulswiederholungszeit (PRT_D) genannt, und somit beträgt die Dopplerimpulswiederholungsfrequenz (PRF_D) PRF_D = 1/PRT_D.

Die Tiefe im Körper des interessierenden Elements bestimmt die maximale Frequenz PRFD (PRF_DMAX). Der gesendete Dopplerimpuls 302 bis 324 muss zum tiefsten interessierenden Punkt und zurück zum Messwandler laufen, bevor eine neue Impulsübertragung durchgeführt werden kann. Außerdem müssen eventuell Hardware-Grenzen und das Nachhallen von tiefen Reflektoren über der Abbildungstiefe berücksichtigt werden. In Fig. 3 ist PRF_D > 0,5.PRF_DMAX.

Die erforderliche Zeit zur Erfassung eines Bildes bzw. Rahmens von Doppler- und B-Modusdaten beträgt T_Rahmen. Die Bildwechselrate (FR) wird zu FR = 1/T_Rahmen berechnet. Da ein vollständiger B-Modus-Bildrahmen zwischen jedem Dopplerbildrahmen erfasst wird, ist die Bildwechselrate für den Doppler (FR_D) gleich der Bildwechselrate für den B-Modus (FR_B). Während der Erfassung eines Bildrahmens werden die Dopplerimpulse 302 bis 324 jeweils einmal und die B-Modus- Impulse 326 bis 348 jeweils einmal gesendet. Die Zeit zur Erfassung eines Rahmens (T_Rahmen) kann folgendermaßen berechnet werden:

T_Rahmen = (N_D × PS)/PRF_D + N_B/PRF_B Gleichung 1

wobei T_Rahmen die Zeit zur Erfassung eines Bildrahmens, N_D die Anzahl an Dopplerstrahlrichtungen, PS die Paketgröße, PRF_D die Dopplerimpulswiederholungsfrequenz, N_B die Anzahl der B- Modus-Sendeimpulse pro Rahmen und PRF_B die B-Modus- Impulswiederholungsfrequenz ist. In Fig. 3 ist beispielsweise N_D = 4, PS = 3 und N_B = 12.

Fig. 4 zeigt eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung unter Verwendung einer Verschachtelung der Dopplerimpulse und der B-Modus-Impulse. Zwölf Dopplerimpulse 402 bis 424 und zwölf B-Modus-Impulse 426 bis 448 sind gezeigt. Die Dopplerimpulse 402 bis 424 sind jeweils Teil eines Pakets 450 bis 456. Jedes Paket 450 bis 456 umfasst die in einer Strahlrichtung gesendeten Impulse, und jedes Paket 450 bis 456 wird in einer unterschiedlichen Richtung gesendet.

Wie Fig. 3 zeigt Fig. 4 vier Dopplersendestrahlrichtungen. In Fig. 4 sind die Sendestrahlrichtungen, die jeweils aus drei Dopplerimpulsen 402 bis 424 bestehen, jedoch mit den B-Modus- Impulsen 426 bis 448 verschachtelt. Zuerst werden die Dopplerimpulse 402 bis 406 in der Richtung 1 übertragen. Dann werden die B-Modus-Impulse 426 bis 430 übertragen, dann Dopplerimpulse 408 bis 412 in der Richtung 2, usw. Durch Verschachtelung der B-Modus-Impulse 426 bis 448 in der Dopplerimpulsfolge 402 bis 424 wird der Zeitunterschied zwischen der Erfassung des Dopplerbildes und der Erfassung des darunter liegenden B-Modusbildes verkürzt. Die Erfassungszeit pro Rahmen hat sich allerdings nicht verändert, und somit bleibt die Zeit zur Erfassung des Dopplerabtastbildes gleich der Zeit zur Erfassung des B- Modus-Abtastbildes. Anders gesagt wird ein B-Modus-Bild für jedes Dopplerbild erfasst. Daher ist FR_D gleich FR_B.

Werden niedrigere Geschwindigkeiten gemessen, kann PRF_D verringert werden. Verringert sich PFR_D, kann sich die Erfassungszeit pro Rahmen erhöhen und die Bildwechselrate kann sich verringern, wie es durch Gleichung 1 gezeigt ist.

Die Bildwechselrate kann aber durch die Verwendung einer Dopplerstrahlverschachtelung beibehalten werden. Nach der Übertragung eines Dopplerimpulses in einer ersten Richtung werden Dopplerimpulse in einer oder mehreren anderen Richtungen vor der Übertragung des zweiten Impulses in der ersten Richtung gesendet. Bei der Dopplerstrahlverschachtelung bezeichnet die Verschachtelungsgruppengröße (IGS) die Anzahl der Dopplerstrahlrichtungen, die verschachtelt werden.

Daher kann bei niedrigeren Geschwindigkeiten die gleiche Bildwechselrate mit der gleichen Anzahl von Senderichtungen unter Verwendung einer Dopplerstrahlverschachtelung beibehalten werden, wobei IGS eine ganze Zahl ≥ 2 und PRF_D ≤ PFR_DMAX/IGS ist. Wird PFR_DMAX = PRF_D.IGS konstant gehalten, bleibt die Abtastzeit pro Rahmen konstant, wenn PRF_D verringert wird. Daher kann PRF_DMAX durch Erhöhung von IGS konstant gehalten werden, wenn sich PRF_D verringert, wie es durch die folgende Beziehung gezeigt ist:

T_Rahmen = (N_D × PS)/(PRF_D × IGS) + N_B/PRF_B = (N_D × PS)/PRF_DMAX + N_B/PRF_B

Fig. 5 zeigt eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung mit zwei verschachtelten Dopplersenderichtungen. Zwölf Dopplerimpulse 502 bis 504 zeitlich gefolgt von zwölf B-Modus-Impulsen 526 bis 548 sind dargestellt. Wie es gemäß Fig. 3 beschrieben ist, sind die Dopplerimpulse jeweils Teil eines Pakets, das die Impulsübertragungen entlang einer Strahlrichtung in dem Bild umfasst. Gemäß Fig. 3 werden alle Dopplerimpulse, die ein Paket umfassen, vor der Übertragung eines Dopplerimpulses eines unterschiedlichen Pakets gesendet. Gemäß Fig. 5 wird bei den Dopplerimpulsen 502 bis 524 jedoch eine Dopplerstrahlverschachtelung wie vorstehend beschrieben angewendet. Der Dopplerimpuls 502 wird in der Richtung 1 übertragen, dann der Dopplerimpuls 504 in der Richtung 2. Als nächstes wird der Dopplerimpuls 506 in der Richtung 1 übertragen, und dann der Dopplerimpuls 508 in der Richtung 2. Die IGS in Fig. 5 ist 2, da zwei Dopplersendestrahlrichtungen verschachtelt sind. Sind die Dopplersendestrahlen abgeschlossen, werden die B-Modus-Impulse übertragen.

Fig. 6 zeigt eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung mit vier verschachtelten Dopplersenderichtungen. Es sind zwölf Dopplerimpulse 602 bis 624 und zwölf B-Modus-Impulse 626 bis 648 gezeigt. Ein Dopplerimpuls 602 bis 624 wird in jeder der vier Senderichtungen vor der Übertragung eines zweiten Dopplerimpulses 602 bis 624 in eine beliebige Richtung übertragen. Die IGS in Fig. 6 beträgt vier.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, mehrere empfangene Strahlen für jeden gesendeten Impuls durch Fokussierung in ein wenig verschiedenen Richtungen zu erhalten. Dieses Verfahren wird Parallelstrahlbildung oder mehrzeilige Erfassung bzw. "Multi- Line Acquisition" (MLA) genannt. Die Anzahl paralleler Empfangsstrahlen pro B-Modus-Sendestrahl (MLA_B) kann von der Zahl paralleler Empfangsstrahlen pro Dopplersendestrahl (MLA_D) verschieden sein.

Es folgt ein Beispiel der Bildwechselrate und der Strahldichten, die mit einem herkömmlichen Paketerfassungsaufbau unter Verwendung einer MLA für eine Herzabbildung erzielt werden. Bei diesem Beispiel ist PFR_B niedriger als PRF_D zur Minimierung von Nachhalleffekten:

PRF_B = 3 kHz PRF_DMAX = PRF_D.IGS = 4 kHz

NB = 36 N_D = 8

MLA_B = 2 MLA_D = 4

PS = 3

Erfassungszeit pro Rahmen: T_Rahmen = ND.PS/PRF_DMAX + N_B/PFR_B = 18 ms
Bildwechselrate: FR = 1/T_Rahmen = 55 Hz
Empfangsstrahlen Doppler: MLA_D.ND = 32
Empfangsstrahlen B-Modus: MLA_B.N_B = 72

Bei Gewebedopplerverfahren sind Bildwechselraten erwünscht, die merklich höher als die mit den herkömmlichen 2D- Dopplererfassungsverfahren wie vorstehend beschrieben erreichbaren. Oft erfordert das Bedürfnis zum Einfangen der Einzelheiten von Flussstößen oder rapiden Gewebebeschleunigungen eine hohe Bildwechselrate für die Dopplerinformationen, während das Gewebe-B-Modus-Bild nicht so oft aktualisiert werden muss. Allerdings wird zur Erzielung eines B-Modus-Bildes hoher Auflösung die kombinierte B-Modus-/Dopplerbildwechselrate relativ niedrig. Beispielsweise besteht bei der Beurteilung der rapiden Bewegung im Herzmuskel während der Relaxationsphase des Herzzyklus das Hauptproblem bei dem vorstehend angeführten Erfassungsverfahren darin, dass die 2D-Dopplerbildwechselrate nicht ohne Verringerung der Ortsauflösung des B-Modus-Bildes erhöht werden kann. Zum Erreichen der gewünschten B-Modus- Auflösung in einem Sektor, der das gesamte Myokardium abdeckt, muss die Bildwechselrate aber verringert werden. Beispielsweise ist die Bildwechselrate von 55 Hz für die herkömmliche Paketerfassung unter Verwendung einer MLA wie vorstehend angeführt viel niedriger als die gewünschte Bildwechselrate für die Herzabbildung, die 100 Rahmen pro Sekunde bis zu 300 Rahmen pro Sekunde bei einigen Anwendungen beträgt.

Außerdem kann es während der B-Modus-Abbildung verschiedene Anforderungen an die Auflösung in verschiedenen Bereichen eines B-Modusbildes geben. Ein Beispiel ist das Studieren einer Herzklappe. In einer kleinen Region um die Klappe sind sowohl eine hohe Orts- als auch Zeitauflösung erwünscht. Die anderen Teile des Bildes werden hauptsächlich zur Orientierung verwendet, und eine niedrigere Auflösung ist akzeptabel.

Demnach besteht in der Industrie seit langem das Bedürfnis nach einem Verfahren und einem Gerät zur Erfassung von Ultraschalldaten, die die vorstehend angeführten und zuvor erfahrenen Probleme adressieren.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung zweier Ultraschallbilder ausgebildet. Ein erster Satz von Ultraschallimpulsen wird bei einer ersten Bildwechselrate entsprechend einem ersten Betriebsmodus gesendet. Die Echos von dem ersten Satz der Ultraschallimpulse werden empfangen. Ein zweiter Satz von Ultraschallimpulsen wird mit einer zweiten Bildwechselrate, die von der ersten Bildwechselrate verschieden ist, gemäß einem zweiten Betriebsmodus gesendet. Die Echos von dem ersten und zweiten Satz der Ultraschallimpulse werden als ein Bild angezeigt.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel definiert der erste Satz der Ultraschallimpulse ein Dopplerbild und der zweite Satz der Ultraschallimpulse einen Teil eines B- Modusbildes. Ein erster Teil des B-Modus-Bildes kann vor dem Erhalt des Dopplerbildes erhalten werden. Dann wird ein zweiter Teil des B-Modusbildes nach dem Erhalt des Dopplerbildes erhalten. Das Doppler- und das B-Modus-Bild werden zur Anzeige eines Bildes überlagert.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel definiert der erste Satz der Ultraschallimpulse ein Hochauflösungs-B-Modus-Bild und der zweite Satz der Ultraschallimpulse definiert ein B- Modus-Bild niedriger Auflösung. Der Teil des B-Modusbildes niedriger Auflösung, der dem Hochauflösungs-B-Modus-Bild unterliegt, kann unter Verwendung der das Hochauflösungs-B- Modus-Bild definierenden Ultraschallimpulse erhalten werden. Die B-Modus-Bilder hoher und niedriger Auflösung werden zur Anzeige eines Bildes überlagert.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein Teil eines Dopplerbildes durch Übertragen einer Folge nicht unterbrochener, aufeinanderfolgender Impulse in einer gemeinsamen Richtung und Erfassung der von der Folge aufeinanderfolgender Impulse zurückgegebenen Echos berechnet werden. Ein erstes Paket aufeinanderfolgender Dopplerimpulse, die in eine erste Richtung gerichtet sind, wird gesendet, gefolgt von einem zweiten Paket aufeinanderfolgender Dopplerimpulse, die in eine zweite Richtung gerichtet sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Dopplerimpulse verschachtelt sein, wobei ein Impuls des ersten Pakets gefolgt von einem Impuls des zweiten Pakets gesendet wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können der erste Satz der Ultraschallimpulse und der zweite Satz der Ultraschallimpulse verschachtelt sein. Das erste Paket aufeinanderfolgender Dopplerimpulse wird in einer ersten Richtung übertragen. Nachdem die Nicht-Dopplerechos empfangen sind, wird ein zweites Paket aufeinanderfolgender Dopplerimpulse in einer zweiten Richtung übertragen.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel besteht ein Bild beruhend auf den empfangenen Echos von den Dopplerimpulsen aus einer Anzahl von Senderichtungen, und ein Dopplerimpuls wird in jede Richtung übertragen. Ein Dopplerbild wird durch die Verwendung eines Schiebefensterverfahrens beruhend auf den empfangenen Echos berechnet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Erhalten von Ultraschallbildern eines interessierenden Bereichs ausgebildet. Ein Satz von Dopplerimpulsen wird gesendet und die Dopplerechos werden empfangen. Ein Satz von Nicht-Dopplerimpulsen, die einem Unterbereich eines angezeigten Bildes entsprechen, wird gesendet, und die Nicht- Dopplerechos werden empfangen. Bilder beruhend auf den Doppler- und Nicht-Dopplerechos werden angezeigt.

Bei einem Ausführungsbeispiel entsprechen die Nicht- Dopplerimpulse einer Unterregion eines Bildes. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel bilden die Dopplerechos ein vollständiges Bild und die Nicht-Dopplerechos bilden ein Teilbild. Daher definiert der Satz der Dopplerimpulse mehr Bildrahmen als der Satz der Nicht-Dopplerimpulse.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Abtastsequenz der Sende- und Empfangsimpulse in Abtastintervalle unterteilt. Das Abtastintervall, in dem Nicht-Dopplerimpulse gesendet und empfangen werden, kann ausgesetzt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden mit einer ersten Unterregion eines Nicht-Dopplerbildes verbundene Nicht- Dopplerimpulses in einem ersten Abtastintervall gesendet, und mit einer zweiten Unterregion eines Nicht-Dopplerbildes verbundene Nicht-Dopplerimpulse werden in einem zweiten Abtastintervall gesendet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschallsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 die Geometrie einer herkömmlichen Sektor-abgetasteten 2D-Dopplererfassung,
Fig. 3 eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung,
Fig. 4 eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung unter Verwendung einer Verschachtelung der Dopplerimpulse und der B-Modus-Impulse,
Fig. 5 eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung mit zwei verschachtelten Dopplersenderichtungen,
Fig. 6 eine Abtastsequenz einer herkömmlichen 2D- Dopplererfassung mit vier verschachtelten Dopplersenderichtungen,
Fig. 7 ein Verfahren zur Berechnung von Doppler- und B-Modus- Bildern aus den gleichen Sendeimpulsen unter Verwendung eines Schiebefensterverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 8 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 9 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit zwischen Dopplerimpulspaketen verschachtelten B-Modusimpulsen und einer verringerten B-Modusbildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 10 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modusbildwechselrate und zwei verschachtelten Dopplersenderichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindungen,
Fig. 11 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate und vier verschachtelten Dopplersenderichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 12 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate und vier verschachtelten Dopplersenderichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 13 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate, vier verschachtelten Dopplersenderichtungen und einer eingefügten Pause zum Erhalten einer konstanten Doppler-Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 14 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen 2D-Dopplererfassung mit einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 15 eine Abtastsequenz einer B-Modus-Erfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen B-Modus-Erfassung und einer zweiten B-Modus-Erfassung mit einer verringerten Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 16 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen 2D-Dopplererfassung mit einer erhöhten Anzahl von Dopplersenderichtungen und einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 17 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung von Dopplerdaten mit verschachtelten B-Modus-Impulsen zwischen den Dopplerimpulsen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 18 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung mit einem nicht ganzzahligen Verhältnis zwischen der Dopplerbildwechselrate und der B-Modus-Bildwechselrate gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 19 eine Abtastsequenz einer 2D-Dopplererfassung unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung mit einer in die Abtastsequenz eingefügten Pause zum Erhalten eines konstanten Zeitintervalls zwischen Dopplerimpulsen in der gleichen Richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ultraschallsystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ultraschallsystem 100 beinhaltet eine Sendeeinrichtung 102, die Messwandler 104 in einem Messfühler 106 zum Emittieren gepulster Ultraschallsignale in einen Körper ansteuert. Es kann eine beliebige Messfühlergeometrie verwendet werden, solange der Messfühler 106 eine schnelle Strahlverschachtelung durchführen kann. Die Ultraschallsignale werden von Strukturen im Körper zurückgestreut, wie Blutzellen oder Muskelgewebe, um Echos zu erzeugen, die zu den Messwandlern 104 zurückkehren. Die Echos werden durch eine Empfangseinrichtung 108 empfangen. Die empfangenen Echos werden durch einen Strahlformer 110 geführt, der eine Strahlformung durchführt und ein RF-Signal ausgibt. Das RF-Signal läuft dann durch eine RF- Verarbeitungseinrichtung 112. Alternativ dazu kann die RF- Verarbeitungseinrichtung 112 einen (nicht gezeigten) komplexen Demodulator enthalten, der das RF-Signal zur Bildung von IQ-Datenpaaren demoduliert, die die Echosignale darstellen. Die RF- bzw. IQ-Signaldaten können dann direkt zu einem RF/IQ-Puffer 114 zur vorübergehenden Speicherung geführt werden.
Das Ultraschallsystem 100 enthält auch eine Signalverarbeitungseinrichtung 116 zur Verarbeitung der erfassten Ultraschallinformationen (das heißt, der RF- Signaldaten oder IQ-Datenpaare) und bildet Rahmen von Ultraschallinformationen zur Anzeige auf einem Anzeigesystem 118. Die Signalverarbeitungseinrichtung 116 ist zur Durchführung einer oder mehrerer Verarbeitungsoperationen bei den erfassten Ultraschallinformationen gemäß einer Vielzahl auswählbarer Ultraschallmodalitäten eingerichtet. Erfasste Ultraschallinformationen können während einer Abtastsitzung beim Empfang der Echosignale in Echtzeit verarbeitet werden. Zusätzlich oder alternativ können die Ultraschallinformationen vorübergehend im RF/IQ-Puffer 114 während einer Abtastsitzung gespeichert und in weniger als Echtzeit bei einem direkten oder Off-Line-Vorgang verarbeitet werden.
Das Ultraschallsystem 100 erfasst oft kontinuierlich Ultraschallinformationen mit einer Bildwechselrate, die fünfzig Rahmen pro Sekunde überschreitet - die ungefähre Wahrnehmungsrate des menschlichen Auges. Die erfassten Ultraschallinformationen werden auf dem Anzeigesystem 118 mit einer niedrigeren Bildwechselrate angezeigt. Ein Bildpuffer 122 ist zur Speicherung verarbeiteter Rahmen erfasster Ultraschallinformationen enthalten, die nicht sofort angezeigt werden sollen. Vorzugsweise hat der Bildpuffer 122 eine ausreichende Kapazität zur Speicherung zumindest mehrerer Sekunden der Ultraschallinformationsrahmen. Die Rahmen der Ultraschallinformationen werden derart gespeichert, dass ihr Abruf entsprechend ihrer Reihenfolge oder zeitlichen Erfassung vereinfacht ist. Der Bildpuffer 122 kann ein beliebiges bekanntes Datenspeichermedium umfassen.
Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Berechnung von Doppler- und B- Modus-Bildern aus den gleichen Sendeimpulsen unter Verwendung eines Schiebefensterverfahrens. Es sind Dopplerrahmen 702 bis 706 und B-Modus-Rahmen 708 bis 716 gezeigt. Es gibt fünf Sätze von Sendeimpulsen, die in gleichmäßigen Zeitintervallen gesendet werden.
Die Berechnung der Doppler- und B-Modus-Bilder aus den gleichen Impulsübertragungen kann die Bildwechselrate erhöhen. Die Dopplerdaten werden mit konstanten Abtastintervallen erfasst, und können unter Verwendung eines Schiebefensterverfahrens wie in Fig. 7 gezeigt verarbeitet werden. Beispielsweise werden die Impulsübertragungen 718, 720 und 722 zur Berechnung von Dopplerdaten in einer Strahlrichtung für einen Dopplerrahmen 702 verwendet. Impulsübertragungen 720, 722 und 724 werden zur Berechnung von Dopplerdaten in einer Strahlrichtung für den Dopplerrahmen 704 verwendet. Es folgt ein Beispiel der Bildwechselrate und Strahldichten, die mit diesem Verfahren für eine Herzabbildung erreicht werden:

PRF_B = PRF_D = 4 kHz N_B = N_D = 12

MLA_B = MLA_D = 4

Erfassungszeit pro Rahmen: T_Rahmen = N_B/PRF_B = 3 ms
Bildwechselrate B-Modus und Doppler: FR_B = FR_D = 1/T_Rahmen = 333 Hz
Empfangsstrahlen Doppler: MLA_D × N_D = 48
Empfangsstrahlen B-Modus: MLA_B × N_B = 48

wobei T_Rahmen die zur Erfassung eines Bildrahmens erforderliche Zeit, ND die Anzahl an Dopplersendestrahlrichtungen, N_B die Anzahl an B-Modus-Sendeimpulsen pro Rahmen, PRF_D die Dopplerimpulswiederholungsfrequenz, PRF_B die B-Modus- Impulswiederholungsfrequenz, MLA_B die Anzahl paralleler Empfangsstrahlen pro B-Modus-Sendestrahl, MLA_D die Anzahl paralleler Empfangsstrahlen pro Dopplersendestrahl, FR_B die B-Modus-Bildwechselrate und FR_D die Dopplerbildwechselrate ist.
Mit diesem Erfassungsverfahren ist PRF_D gleich der Bildwechselrate. Die Bildwechselrate von 333 Hz, die für das System 100 unter Verwendung von MLA und des Schiebefensterverfahrens zur Berechnung der Dopplerrahmen erreicht wird, wird dem System 100 vorgezogen, das eine Bildwechselrate von 55 Hz unter Verwendung von MLA mit einer herkömmlichen Paketerfassung erzielt hat. Allerdings muss die Anzahl der Sendeimpulse für jeden Rahmen relativ gering sein, um eine ausreichende PRF_D und Bildwechselrate zu erreichen. Somit ist eine große Anzahl paralleler Empfangsstrahlen zur Abbildung eines breiten Sektors erforderlich. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die B-Modus- und Dopplerimpulse nicht unterschiedlich optimiert werden könne, beispielsweise bezüglich der Frequenz- und Impulslänge.
Diese Grenzen können durch die Abtastung der B-Modus-Region mit einer höheren Strahldichte (beispielsweise einer hohen Ortsauflösung) und einer niedrigen Bildwechselrate und durch die Abtastung der Dopplerregion, die kleiner als die B-Modus- Region sein kann, mit einer niedrigeren Strahldichte (beispielsweise einer geringeren Ortsauflösung) und einer höheren Bildwechselrate überwunden werden. Die B-Modus- und Dopplerbilder werden durch eine schnelle Strahlverschachtelung zwischen den zwei Modalitäten erfasst.
Separate Impulse werden für das Hochauflösungs-B-Modus-Bild verwendet, und werden zwischen den Dopplerimpulsen gesendet. Die mittlere Anzahl an B-Modus-Impulsen und Dopplerimpulsen pro Zeiteinheit können zum Erhalten einer erforderlichen Strahldichte und Bildwechselrate für die B-Modus- und Dopplerbilder verändert werden. Die interessierende Region (ROI) des Dopplerbildes kann von der Größe des Gewebebildes verschieden sein, und kann vom Bediener zum Fokussieren an einem unterschiedlichen Anantomiebereich bewegt werden.
Für eine Blutflussabbildung ist die Erfassung eines Dopplerbildes geringer Auflösung und eines Hochauflösungs-B- Modus-Bildes insbesondere auch gut in Kombination mit einer Blutbewegungsabbildung (BMI) geeignet, welche ein Verfahren zur Hervorhebung und Anzeige eines Sprenkelmusters in dem Blutgefäß darstellt, das dem Bediener eine visuelle Wahrnehmung der Blutumgebung ermöglicht.
Alternativ dazu kann ein Mehrfachauflösungs-B-Modus-Bild erfasst werden. Separate Impulse werden für ein Hochauflösungs-B-Modus-Bild in einer ROI verwendet und werden zwischen Impulsen gesendet, die zur Erfassung des umgebenden B-Modus-Bildes niedrigerer Auflösung verwendet werden. Die ROI wird mit einer höheren Bildwechselrate als der Rest des B-Modus-Bildes aktualisiert, und kann zum Betrachten einer verschiedenen ROI ähnlich der Doppler-ROI bewegt werden.
Die zeitliche Auflösung bei der B-Modus-Abbildung kann durch eine zeitliche Interpolation verbessert werden. Bei stationären Zielen ist eine lineare Interpolation in der Zeit zwischen Bildelementen annehmbar, jedoch verschmieren bei bewegten Zielen (das heißt Herzwänden) die örtlichen Einzelheiten bei der linearen Interpolation. Die Interpolation kann durch Verfolgen der Positionen der Objekte im B-Modus-Bild verbessert werden. Das nachstehend beschriebene Erfassungsverfahren liefert Dopplerdaten, die für eine Positionsverfolgung verwendet werden können, um eine zeitliche Interpolation des B-Modus-Bildes mit hoher Qualität zu erhalten. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere für eine dreidimensionale Abtastung nützlich, bei der die zeitliche Auflösung ohne jegliche Interpolation relativ schlecht ist.
Die hohe Bildwechselrate stellt eine Herausforderung für die Echtzeitanzeige dar, da das menschliche Auge auf ungefähr fünfzig Rahmen pro Sekunde begrenzt ist. Es gibt mehrere mögliche Optionen für eine Echtzeitanzeige:

1. Lediglich die B-Modus-Bilder werden auf dem Anzeigesystem 118 als reguläre Sequenz von Grauskala-B-Modus-Bildern angezeigt. Die Dopplerbilddaten werden für eine Nachverarbeitung gespeichert.
2. Die Dopplerbilder werden zeitlich dezimiert. Der dezimierte Strom der Dopplerbilder wird als Überlagerung über die B-Modus-Bilder auf dem Anzeigesystem 118 angezeigt. Die Dopplerbilddaten werden für eine Nachverarbeitung bei voller Zeitauflösung gespeichert.
3. Die B-Modus-Bilder werden zeitlich interpoliert. Ein B- Modus-Bild wird für jedes Dopplerbild zum Erhalten einer vollen Dopplerbildwechselrate erzeugt. Die Zeitachse wird in Herzzyklen eingeteilt. Zur Anzeige aller Bildrahmen in einem Herzzyklus auf dem Anzeigesystem 118 werden die Rahmen aus einem oder mehreren der folgenden Herzzyklen nicht angezeigt.
4. Ähnlich wie bei 3., jedoch werden die kombinierten B- Modus-/Dopplerbilder zeitlich dezimiert, wie es in 2. beschrieben ist. Das bedeutet, dass weniger Herzzyklen verworfen werden müssen.

Es sind mehrere Typen einer kombinierten Verarbeitung und Anzeige von Bedeutung. Insbesondere zeitliche Anzeigen wie M- Modi (beispielsweise herkömmlich, gekrümmt oder anatomisch) und Kurven von Geschwindigkeitsparametern (beispielsweise Geschwindigkeit, Verlagerung, Belastung) über die Zeit, wobei eine hohe zeitliche Auflösung geschätzt wird. Da die Dopplerdaten das gesamte Myokardium abdecken, können diese zeitlichen Anzeigen gleichzeitig an mehreren Punkten des Bildes und ohne Verschlechterung der Qualität verglichen mit einfachen Abtastvolumenverfahren gezeigt werden.
Die nachstehend beschriebenen Paketerfassungsabtastsequenzen teilen die B-Modus-Region in M Unterregionen. M ist das Verhältnis zwischen der Dopplerbildwechselrate und der B- Modus-Bildwechselrate, so dass M = FR_D/FR_B ist. Ist M eine ganze Zahl, hat jede M-Unterregion die gleiche Größe und umfasst eine Anzahl von B-Modus-Impulsen (ΔN_B).
Abtastsequenzen, bei denen M keine ganze Zahl ist, werden nachstehend beschrieben.
Bei jeder Abtastung einer B-Modus-Unterregion wird die Dopplerregion durch D = ND.PS Impulse bestrahlt. Die erforderliche Anzahl an Impulsen zur Abdeckung einer der B- Modus-Unterregionen und der Dopplerregion beträgt N = ΔN_B + D, und die N Impulse werden auf eine vordefinierte Art und Weise verschachtelt. Ein Verschachtelungsbeispiel ist folgendes:

B_1nD₁₁D₂₁D₃₁B_2nD₁₂D₂₂D₃₂B_3nD₁₃D₂₃D₃₃B_4nD₁₄D₂₄D₃₄

wobei ΔN_B = 4, N_D = 4, PS = 3 und B_ij = B-Modus-Impuls in Richtung i in Unterregion j und D_ij = Dopplerimpulsanzahl i in Richtung j ist.
Die gesamte B-Modusregion wird durch M-maliges Wiederholen dieser Impulssequenz abgedeckt, wobei die B-Modus-Unterregion für jede Sequenz verändert wird, während die Dopplerregion konstant gehalten wird. Das Ergebnis ist ein B-Modusrahmen mit N_B = M.ΔN_B Impulsen und M Dopplerrahmen mit einer Bildwechselrate, die M-mal höher als die B-Modus- Bildwechselrate ist. Somit wird zur Erfassung eines B- Modusrahmens die Abtastsequenz M-mal wiederholt. Beziehungsweise werden für jeden erfassten B-Modus-Rahmen M Dopplerrahmen erfasst.
Die Zeit zwischen zwei Dopplerimpulsen in einem Paket wird Dopplerimpulswiederholungszeit (PRT_D) genannt, und somit ist die Dopplerimpulswiederholungsfrequenz (PRF_D) = PRF_D = 1/PRT_D. Zum Erhalten der gewünschten PRFD können die Dopplerimpulse örtlich und zeitlich auf verschiedene Arten verteilt sein.
Das vorstehend beschriebene Verfahren, die Paketerfassung mit verringerter B-Modus-Bildwechselfrequenz, ist in den Fig. 8 bis 13 gezeigt. Die folgenden Parameter werden in den Fig. 8 bis 11 verwendet:
Anzahl der Dopplersendestrahlrichtungen N_D = 4.
Paketgröße PS = 3.
Anzahl der Dopplerimpulsübertragungen D = ND.PS = 12.
Anzahl der B-Modus-Unterregionen N = 3.
Anzahl der Strahlen pro B-Modus-Unterregion ΔN_B = 4.
Fig. 8 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung der Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit verringerter B-Modus- Bildwechselrate. Drei Dopplerrahmen 802 bis 806, die jeweils aus zwölf Dopplerimpulsen bestehen, sind dargestellt. Die Dopplerimpulse sind in vier Paketen (N_D = 4) angeordnet, wobei jedes Paket drei Dopplerimpulse (PS = 3) enthält. Jedes Paket wird in eine unterschiedliche Strahlrichtung gerichtet, wie es vorstehend beschrieben ist. Drei B-Modus- Unterregionen 810 bis 814, die jeweils aus vier B-Modus- Impulsen (ΔN_B = 4) bestehen, sind dargestellt. Ein B- Modusrahmen 808 besteht aus drei B-Modus-Unterregionen 810 bis 814. Für jeden erfassten Dopplerrahmen 802 bis 806 wird ein Drittel des B-Modus-Rahmens 808 erfasst.
Die Richtung und Reihenfolge der Übertragung in den Paketen jedes Dopplerimpulses ist gekennzeichnet. D_ij bezeichnet eine Dopplerimpulsübertragung j in Richtung i. Beispielsweise gibt die Kennzeichnung D₁₂ des Dopplerimpulses 820 an, dass der Dopplerimpuls 820 in die Richtung 1 übertragen wird, und der zweite in Richtung 1 zu übertragende Impuls (2) ist. Die Kennzeichnung D₂₃ des Dopplerimpulses 822 gibt an, dass der Dopplerimpuls 822 in die Richtung 2 übertragen wird, und der dritte in die Richtung 2 zu übertragende Impuls (3) ist. Die vorstehend beschriebene Kennzeichnung, die die Übertragungsrichtung und die Reihenfolge der Übertragung in der Paketrichtung für die Dopplerimpulse angibt, wird in den restlichen Figuren verwendet.
Außerdem werden die Richtung und die Unterregion jedes B- Modus-Impulses angegeben, so dass Biß einen B-Modus-Impuls in die Richtung i in der Unterregion j anzeigt. Beispielsweise ist der B-Modus-Impuls 816 (B₁₁) die erste (1) B-Modus- Strahlrichtung in der Unterregion 1. Der B-Modus-Impuls 818 (B₁₂) ist die erste (1) B-Modus-Richtung in der Unterregion 2.
Die veranschaulichte Abtastsequenz der Doppler- und B-Modus- Impulse, Übertragung des Impulses links in Fig. 8 als ersten, dann die folgende Übertragung der Impulse nach rechts in Fig.8, wird in den restlichen Figuren verwendet. Es kann auch eine beliebige nichtsequentielle Abtastsequenz verwendet werden, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Das B-Modus-Signal wird von der Empfangseinrichtung 108 empfangen und in 8-Bit-Bildelemente nach einer Log-Erfassung umgewandelt. Die Bildelemente werden auf dem Anzeigesystem 118 in Echtzeit angezeigt und im Bildpuffer 122 gespeichert. Die Dopplerdaten werden als 32-Bit-IQ-Daten gespeichert. Optional können die IQ-Dopplerdaten in komplexe Autokorrelationskoeffizienten in Echtzeit umgewandelt und im Bildpuffer 122 gespeichert werden. Die IQ-Dopplerdaten können beispielsweise für ein 2D-Gewebedopplerabbildung, Belastungsratenabbildung oder zur Visualisierung einer integrierten Belastung verwendet werden. Die Daten können auch auf dem Anzeigesystem 118 im M-Modus (das heißt herkömmlich, anatomisch oder gekrümmt) angezeigt werden.
Außerdem können Zeit-/Geschwindigkeitskurven, Zeit-/Belastungskurven und dergleichen erzeugt und entweder in Echtzeit oder bei einer Nachverarbeitung angezeigt werden.
Fig. 9 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit verschachtelten B- Modus-Impulsen zwischen Dopplerimpulspaketen und einer verringerten B-Modus-Bildwechselrate. Es sind Dopplerpakete 902 bis 908 und B-Modusimpulse 910 bis 916 dargestellt, und die B-Modus-Impulse 910 bis 916 sind mit den Dopplerpaketen 902 bis 918 verschachtelt. Die Abtastsequenzen der Fig. 8 und 9 gleichen sich dahingehend, dass die Dopplerpakete 902 bis 908 einen Dopplerrahmen gleich dem Dopplerrahmen 802 umfassen, und die B-Modus-Impulse 910 bis 916 eine B-Modus- Unterregion gleich der B-Modus-Unterregion 810 umfassen. Ebenso wird für jeden in Fig. 9 erfassten Dopplerrahmen ein Drittel des B-Modus-Rahmens erfasst.
Die Abtastsequenzen in den Fig. 8 und 9 können für PRF_D > 0,5 × PRF_DMAX verwendet werden, da eine Strahlverschachtelung in den Dopplersenderichtungen nicht möglich ist. Wird eine niedrigere PRF_D verwendet, sind Abtastsequenzen mit verschachtelten Dopplersenderichtungen möglich, wie die Abtastsequenzen in den Fig. 10 und 11.
Fig. 10 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit verringerter B-Modus- Bildwechselrate und zwei verschachtelten Dopplersenderichtungen. Dopplerimpulse 1002 bis 1024 und B- Modus-Impulse 1026 bis 1032 sind dargestellt. Fig. 11 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B-Modus- Bildwechselrate und vier verschachtelten Dopplersenderichtungen. Es sind Dopplerimpulse 1102 bis 1124 und B-Modus-Impulse 1126 bis 1132 dargestellt.
Die Abtastsequenz in Fig. 10 kann mit der Abtastsequenz in Fig. 5 verglichen werden, und die Abtastsequenz in Fig. 11 kann mit der Abtastsequenz in Fig. 6 verglichen werden. In den Fig. 10 und 11 wird jedoch für jeden erfassten Dopplerrahmen lediglich ein Drittel des B-Modusrahmens erfasst. Die Abtastsequenzen in den Fig. 10 und 11 sind gegenüber den Abtastsequenzen in den Fig. 5 und 6 von Vorteil, da die Dopplerbildwechselrate höher als die B- Modus-Bildwechselrate ist.
Es folgt ein Beispiel erreichbarer Bildwechselraten und Strahldichten bei einer Paketerfassung und unterschiedlichen Bildwechselraten für B-Modus-Rahmen und Dopplerrahmen. Die angegebenen Parameter sind für eine Herzabbildung geeignet.
Außerdem ist PRF_B niedriger als PRF_D zur Minimierung von Nachhalleffekten.

M = 3; ND = 8
ΔN_B = 4; PS = 3
PRF_B = 3 kHz; PRF_DMAX = PRF_D.IGS = 4 kHz
MLA_B = 2; MLA_D = 4

Bildwechselrate Doppler: FR_D = 1/ (ΔN_B/PRF_B+ PS.N_D/PFR_DMAX) = 100 Hz
Bildwechselrate B-Modus: FR_B = FR_D/M = 33 Hz
Empfangsstrahlen Doppler: MLA_D.N_D = 32
Empfangsstrahlen B-Modus: MLA_B.ΔN_B.M = 72
Obwohl der Wert von M in den Fig. 8 bis 11 eine ganze Zahl ist, ist auch ein Bruchteil von M = FR_B/FR_D möglich. Fig. 12 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B- Modus-Bildwechselrate und vier verschachtelten Dopplersenderichtungen. Es sind Dopplerimpulse 1202 bis 1224 und B-Modusimpulse 1226 bis 1242 gezeigt. Die Abtastsequenz erfasst zwölf Dopplerimpulse jeweils für vier B-Modusimpulse, die erfasst werden. In Fig. 12 ist ΔN_B = 4, N_B = 10 und M = 5/2. Ist N_B durch andere Abschnitte des Ultraschallsystems 100 fest, ist es nicht möglich, einen geeigneten Wert von M zu finden, der N_B/M ganzzahlig macht. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass M eine ganze Zahl ist, sondern M kann eine reelle Zahl sein. Zum Erreichen einer gleichmäßigen Dopplerbildwechselrate wird eine Pause in die Abtastsequenz wie in Fig. 13 gezeigt eingefügt.
Fig. 13 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer Paketerfassung von 2D-Dopplerdaten mit einer verringerten B- Modus-Bildwechselrate, vier verschachtelten Dopplersenderichtungen und einer eingefügten Pause zum Erreichen einer konstanten Dopplerbildwechselrate. Es sind Dopplerimpulse 1302 bis 1324, B-Modus-Impulse 1326 bis 1344 und eine Pause 1346 gezeigt.
Ohne die eingefügte Pause 1346 wäre der Wert von M in Fig. 13 M = 5/2, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Durch das Einfügen der Pause 1346 ist der Wert von M eine ganze Zahl und M = 3. Die Länge der Pause 1346 wird durch Δt = 2/PRF_B berechnet.
Die in den Fig. 8 bis 13 gezeigten Paketerfassungs- Abtastsequenzen steigern die Qualität des B-Modusbildes bei einer 2D-Dopplererfassung mit hoher Bildwechselrate. Die Paketerfassung ermöglicht eine flexible Auswahl von PRF_D, wodurch ein Aliasing der Geschwindigkeitsschätzungen vermieden werden kann. Außerdem muss FR_D nicht gleich FR_B sein, wie es in den Abtastsequenzen in den Fig. 3 bis 6 gezeigt ist.
Durch eine weitere Verringerung von PRF kann eine Anzahl von B-Modus-Impulsen zwischen jeder Dopplerabtastung wie in Fig. 14 gezeigt verschachtelt werden. Fig. 14 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen 2D- Dopplererfassung mit einer verringerten B-Modus- Bildwechselrate. Es sind Dopplerimpulse 1402 bis 1424 und B- Modus-Impulse 1426 bis 1448 gezeigt. Die kontinuierliche Erfassung ist dem in Fig. 7 gezeigten gemeinsamen Doppler- und B-Modus-Impulsverfahren ähnlich, und unterscheidet sich vom Paketerfassungsverfahren darin, dass lediglich ein Dopplerimpuls in jeder Strahlrichtung vor der Übertragung von B-Modusimpulsen gesendet wird. Daher gibt es für jede Strahlrichtung einen kontinuierlichen Dopplerdatenstrom mit konstanten Abtastintervallen in der Zeitrichtung.
Beispielsweise verwendet Fig. 14 vier Senderichtungen bzw. N_D = 4. Die Dopplerimpulse 1402 bis 1408 werden jeweils in einer unterschiedlichen Richtung gesendet, und dann werden die B- Modusimpulse 1426 bis 1432 gesendet. Dann werden die Dopplerimpulse 1410 bis 1416 gesendet, einer in jeder der vier Senderichtungen, gefolgt von B-Modusimpulsen 1434 bis 1440. Wird eine Schiebefensterverarbeitung angewendet, wie es in Bezug auf Fig. 7 beschrieben ist, ist eine merkliche Erhöhung der Bildwechselrate verglichen mit der Paketerfassung möglich.
Die kontinuierliche Erfassung kann auch zur Erfassung eines B-Modus-Bildes hoher Auflösung in einer ROI und eines B- Modus-Bildes niedriger Auflösung des Bereichs um die ROI verwendet werden. Fig. 15 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen B-Modus-Erfassung und einer zweiten B-Modus-Erfassung mit verringerter Bildwechselrate. In Fig. 15 ist eine Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1504 gezeigt, die von einem B-Modus-Bild niedriger Auflösung 1502 umgeben ist. Die Strahldichte ist in dem B-Modus-Bild 1506 niedriger Auflösung und der Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1508 gezeigt. Das B-Modus-Bild 1506 niedriger Auflösung wird mit einer geringeren Strahldichte als die Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1508 abgetastet. B-Modus-Impulse 1526 bis 1540 tasten den B- Modus-Bereich niedriger Auflösung 1502 ab. B-Modus-Impulse 1510 bis 1516 tasten die Hochauflösungs-ROI 1504 zum Ausbilden eines ersten erfassten Bildes der Hochauflösungs- ROI 1504 ab, und B-Modus-Impulse 1518 bis 1524 tasten die Hochauflösungs-ROI 1504 zum Ausbilden eines zweiten erfassten Bildes der Hochauflösungs-ROI 1504 ab. Bei diesem Beispiel wird die Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1504 zweimal so oft wie das B-Modus-Bild niedriger Auflösung 1502 abgetastet. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Hochauflösungs-B-Modus- Impulse 1510 bis 1524 zum Ausbilden des unterliegenden B- Modusbildes niedriger Auflösung 1502 verwendet werden. Daher ist es nicht erforderlich, mit B-Modusimpulsen 1526 bis 1540 die Abschnitte des B-Modus-Bildes 1502 niedriger Auflösung abzutasten, die der Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1504 angular unterliegen. Daher kann die Anzahl von Impulsübertragungen verringert werden und die Bildwechselraten erhöht werden. Bei dem veranschaulichten Beispiel können die B-Modus-Impulse 1532 (B₄₁) und 1534 (B₅₂) weggelassen werden, da die B-Modus- Impulse 1532 und 1534 der Hochauflösungs-B-Modus-ROI 1504 angular unterliegen.
Alternativ dazu kann die Dopplerbildwechselrate konstant gehalten werden, während die Anzahl der Dopplersendestrahlrichtungen wie in Fig. 16 gezeigt erhöht wird. Fig. 16 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen 2D-Dopplererfassung mit einer erhöhten Anzahl an Dopplersenderichtungen und einer verringerten B- Modus-Bildwechselrate. Es sind Dopplerimpulse 1602 bis 1624 und B-Modus-Impulse 1626 bis 1632 gezeigt. Wie in Fig. 14 wird ein Dopplerimpuls 1602 bis 1624 in jeder Strahlrichtung vor dem Senden von B-Modus-Impulsen 1626 bis 1632 übertragen. Die Dopplerdaten können unter Verwendung des Schiebefensterverfahrens verarbeitet werden. Die Schiebefensterverarbeitung ist mit einer beliebigen Kombination aus B-Modus- und Dopplerimpulsen möglich, vorausgesetzt, dass die Dopplerimpulse entlang jeder Abtastzeilenrichtung zeitlich gleichmäßig beabstandet sind.
Es folgt ein Beispiel der Leistung, die für eine kontinuierliche Erfassung mit unterschiedlichen B-Modus- und Dopplerbildwechselraten erzielt wird. Die Parameter sind für eine Herzabbildung geeignet, und die B-Modus-PRF_B ist geringer als die Doppler-PRF_D zur Minimierung von Nachhalleffekten.

M = 10
ΔN_B = 4; N_D = 10
PRF_B = 3 kHz; PRF_DMAX = PFR_D.IGS = 4 kHz
MLA_B = 2; MLA_D = 4

Bildwechselrate Doppler: FR_D = PRF_D = 1/ (ΔN_B/PRF_B+ N_D/PFR_DMAX) = 260 Hz
Bildwechselrate B-Modus: FR_B = FR_D/M = 26 Hz
Empfangsstrahlen Doppler: MLA_D.N_D = 40
Empfangsstrahlen B-Modus: MLA_B.ΔN_B × M = 80
Im allgemeinen können die Impulse in der B-Modus-Unterregion zwischen Dopplerimpulsen wie in Fig. 17 gezeigt verschachtelt werden. Fig. 17 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung von Dopplerdaten, wobei B- Modus-Impulse zwischen den Dopplerimpulsen verschachtelt sind. Es sind Dopplerimpulse 1702 bis 1732 und B-Modus- Impulse 1726 bis 1732 gezeigt. Die Verschachtelung von B- Modus-Impulsen zwischen den Dopplerimpulsen verringert Artefakte aufgrund von Zeitunterschieden zwischen benachbarten Strahlen in den B-Modus-Bildern, können aber auch Nachhallartefakte in den Dopplerbildern einführen.
Die kontinuierliche Erfassung wurde soweit anhand ganzzahliger Werte für M veranschaulicht, wobei M den Faktor darstellt, um den die B-Modus-Bildwechselrate (FR_B) hinsichtlich der Dopplerbildwechselrate (FR_D) dezimiert ist. Wie bei der Paketerfassung ist ein beliebiger Bruchteil M = FR_D/FR_B bei der kontinuierlichen Erfassung möglich.
Fig. 18 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung mit einem nicht ganzzahligen Verhältnis zwischen der Dopplerbildwechselrate und der B- Modus-Bildwechselrate. Dopplerimpulse 1802 bis 1808 und B- Modus-Impulse 1810 bis 1828 sind dargestellt. Fig. 18 stellt ein Beispiel mit ΔN_B = 4, N_D = 4 und M = 5/2 dar. Manchmal wird eine nichtsequentielle Abtastung des B-Modus-Sektors zur Erhöhung von PRF_B verwendet. Die nichtsequentiellen Feuerungsmuster können zu einem N_B führen, das in nicht ganzzahligen N_B/M-Verhältnissen für geeignete Werte von M resultiert. Dies kann durch das Einfügen einer Pause in die Abtastsequenz zum Sicherstellen konstanter Intervalle zwischen Dopplerimpulsen in der gleichen Richtung wie in Fig. 19 gezeigt gelöst werden.
Fig. 19 zeigt eine Abtastsequenz unter Verwendung einer kontinuierlichen Erfassung mit einer in die Abtastsequenz eingefügten Pause zum Erhalten eines konstanten Zeitintervalls zwischen Dopplerimpulsen in der gleichen Richtung. Es sind Dopplerimpulse 1902 bis 1908, B-Modus- Impulse 1910 bis 1928 und eine Pause 1930 gezeigt. Ohne die eingefügte Pause 1930 wäre der Wert von M in Fig. 19 M = 5/2, wie es in Fig. 18 gezeigt ist. Durch das Einfügen der Pause 1930 ist der Wert von M ganzzahlig und M = 3. Die Länge der Pause 1930 wird durch Δt = 2/PRF_B berechnet.
Abtastsequenzen unter Verwendung einer kontinuierlichen Abtastung, wie die in den Fig. 14 bis 19 gezeigten Sequenzen, ermöglichen eine höhere Dopplerbildwechselrate als Abtastsequenzen unter Verwendung einer Paketerfassung. Außerdem macht der kontinuierliche Datenstrom mit einem konstanten Abtastintervall eine Schiebefensterverarbeitung möglich. Dies bedeutet, dass ein Dopplerspektrum und eine Schallerzeugung an beliebigen Punkten in dem 2D-Bild möglich sind. Die Dopplerspektrumanzeige ermöglicht dem Bediener die visuelle Unterscheidung sich bewegender Objekte und stationärer Nachhallungen. Dies stellt ein robusteres Verfahren als Geschwindigkeitsverfolgungen beruhend auf einer mittleren Geschwindigkeitschätzeinrichtung dar. Außerdem ist eine effektivere Störfleckenfilterung möglich, und eine Gewebeverfolgung ist leichter, wenn die Daten konstante Abtastintervalle haben. Ein Nachteil hinsichtlich der kontinuierlichen Erfassung besteht darin, dass PRF gleich der Bildwechselrate ist, was eine Korrektur von Aliasing in Geschwindigkeitsschätzungen erforderlich macht. Allerdings gibt es keine schwerwiegenden Aliasartefakte in Belastungsraten-Abbildungsbildern, die aus Daten berechnet werden, die mit dem kontinuierlichen Erfassungsverfahren erfasst werden.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass vom Fachmann verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, und Äquivalente eingesetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen zur Anpassung an eine bestimmte Situation oder ein Material bei der Lehre der Erfindung durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf ein bestimmtes offenbartes Ausführungsbeispiel beschränkt sein, sondern alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Vorstehend ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von zwei Ultraschallbildern beschrieben. Ein erster Satz von Ultraschallimpulsen wird mit einer ersten Bildwechselrate unter Verwendung eines ersten Betriebsmodus gesendet. Die Echos von dem ersten Satz der Ultraschallimpulse werden empfangen. Ein zweiter Satz von Ultraschallimpulsen wird mit einer zweiten Bildwechselrate unter Verwendung eines zweiten Betriebsmodus gesendet. Die erste und die zweite Bildwechselrate sind verschieden. Der erste Satz der Ultraschallimpulse definiert ein ganzes Bild, während der zweite Satz der Ultraschallimpulse ein Teilbild definiert. Die Echos vom zweiten Satz der Ultraschallimpulse werden empfangen, und die Echos von dem ersten und dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse werden als einziges Bild angezeigt.

Claims

1. Verfahren zum Erhalten von Diagnoseultraschallbildern, mit den Schritten
Senden eines ersten Satzes von Ultraschallimpulsen (802) mit einer ersten Bildwechselrate gemäß einem ersten Betriebsmodus,
Empfangen von Echos von dem ersten Satz der Ultraschallimpulse,
Senden eines zweiten Satzes von Ultraschallimpulsen (810) mit einer zweiten Bildwechselrate gemäß einem zweiten Betriebsmodus, wobei die erste Bildwechselrate sich von der zweiten Bildwechselrate unterscheidet,
Empfangen von Echos von dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse (810) und
Anzeigen eines einzelnen Bildes, das Echos darstellt, die sowohl von dem ersten (802) als auch dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse (810) empfangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Ultraschallimpulse (802) mit einer höheren Bildwechselrate als der zweite Satz der Ultraschallimpulse (810) gesendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Ultraschallimpulse (802) ein Dopplerbild definiert, und der zweite Satz der Ultraschallimpulse ein B-Modus-Bild (810) definiert, wobei der Anzeigeschritt das Doppler- und das B- Modus-Bild überlagert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sendeschritte das Erhalten eines einzelnen Dopplerbildrahmens (802) aus dem ersten Satz der Ultraschallimpulse und das Erhalten erster und zweiter Abschnitte eines einzelnen B-Modus-Bildrahmens jeweils vor und nach dem Erhalten des vollständigen Dopplerbildrahmens beinhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Ultraschallimpulse (802) einen Hochauflösungsabschnitt eines B-Modusbildes definiert, und der zweite Satz der Ultraschallimpulse (810) einen Niedrigauflösungsabschnitt eines B-Modus-Bildes definiert, wobei die Hoch- und Niedrigauflösungsabschnitte das angezeigte einzelne Bild bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Echos aus dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse (810) ein Teilbild definieren, und die Echos aus dem ersten Satz der Ultraschallimpulse (802) ein ganzes Bild definieren, wobei der Anzeigeschritt das Teilbild und das ganze Bild überlagert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Ultraschallimpulse (802) ein Hochauflösungsbild definiert, und der zweite Satz der Ultraschallimpulse (810) ein Niedrigauflösungsbild definiert.

8. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten
Senden einer Folge nicht unterbrochener, aufeinanderfolgender Impulse in einer gemeinsamen Richtung relativ zu einem abgetasteten Bereich,
Erfassen einer Folge von Echos aus der Folge nicht unterbrochener, aufeinanderfolgender Impulse und
Berechnen eines Abschnitts eines Dopplerbildes aus der Folge der Echos, wobei der Abschnitt des Dopplerbildes der gemeinsamen Richtung entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz der Ultraschallimpulse (802) mit dem zweiten Satz der Ultraschallimpulse (810) verschachtelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Senden des ersten Satzes der Ultraschallimpulse (802) die weiteren Schritte umfasst
Senden zumindest eines Ultraschallimpulses (1002) in einer ersten Richtung, die einem ersten Abschnitt des einzelnen Bildes entspricht,
Senden eines Ultraschallimpulses (1004) in einer zweiten Richtung, die einem zweiten Abschnitt des einzelnen Bildes entspricht,
Senden eines zweiten Ultraschallimpulses (1006) in der ersten Richtung und
Senden eines zweiten Ultraschallimpulses (1008) in der zweiten Richtung.

11. Verfahren zum Erhalten von Ultraschallbildern eines interessierenden Bereichs, mit den Schritten
Senden eines Satzes von Dopplerimpulsen (802) gemäß einem Dopplerbetriebsmodus,
Empfangen von Dopplerechos aus dem Satz der Dopplerimpulse (802),
Senden eines Satzes von Nicht-Dopplerimpulsen (810) entsprechend einem anderen Betriebsmodus, der sich vom Dopplerbetriebsmodus unterscheidet, nach dem Empfangen der Dopplerechos, wobei der Satz der Nicht-Dopplerimpulse einer Unterregion eines angezeigten Bildes entspricht,
Empfangen von Nicht-Dopplerechos aus dem Satz der Nicht- Dopplerimpulse (810) und
Anzeigen von Bildern beruhend auf den Doppler- und Nicht-Dopplerechos aus den Doppler- und Nicht- Dopplerimpulsen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Sendeschritt das Senden eines ersten Pakets (902) aufeinanderfolgender Impulse in einer ersten Richtung bezüglich eines interessierenden Bereichs gefolgt von einem zweiten Paket (904) aufeinanderfolgender Impulse in einer zweiten Richtung bezüglich eines interessierenden Bereichs umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Sendeschritt ferner das Senden eines Impulses (1002) eines ersten Pakets von Impulsen in einer ersten Richtung relativ zu einem interessierenden Bereich gefolgt vom Senden eines Impulses (1004) eines zweiten Pakets von Impulsen in einer zweiten Richtung relativ zu einem interessierenden Bereich gefolgt vom Senden eines zweiten Impulses (1006) des ersten Pakets der Impulse in der ersten Richtung umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit den Schritten
Senden zumindest eines Dopplerimpulses (1002), der einer ersten Unterregion eines Bildes entspricht und
Senden zumindest eines Dopplerimpulses (1004), der einer zweiten Unterregion des Bildes entspricht, sofort nach dem Empfang von Echos aus dem Dopplerimpuls (1002).

15. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Sendeschritt die weiteren Schritte umfasst
Senden eines ersten Pakets (902) aufeinanderfolgender Dopplerimpulse in einer ersten Richtung relativ zu einem interessierenden Bereich und
Senden eines zweiten Pakets (904) aufeinanderfolgender Dopplerimpulse in einer zweiten Richtung relativ zu einem interessierenden Bereich nach dem Empfang der Echos aus einer Untergruppe des Satzes der Nicht-Dopplerimpulse.

16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite Sendeschritt das Senden zumindest eines Nicht-Dopplerimpulses (910) umfasst, der einer Unterregion eines Bildes entspricht, wobei die Echos aus den Nicht-Dopplerimpulsen ein Teilbild bilden.

17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Satz der Dopplerimpulse (802) N Rahmen von Dopplerbildern definiert, und der Satz der Nicht-Dopplerimpulse (810) M Rahmen von Nicht-Dopplerbildern definiert, wobei M < N ist.

18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sende- und Empfangsschritte eine in Abtastintervalle unterteilte Abtastsequenz bilden, wobei jeder Doppler- und Nicht- Dopplerimpuls in einem einzigen, nichtüberlappenden Abtastintervall gesendet und empfangen wird, mit dem weiteren Schritt
Aussetzen der Sende- und Empfangsschritte (1346) während zumindest eines Abtastintervalls in einer Sequenz von Abtastintervallen, in der Nicht-Dopplerimpulse gesendet und empfangen werden.

19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sende- und Empfangsschritte eine in Abtastintervalle eingeteilte Abtastsequenz bilden, wobei eine Untergruppe von Nicht- Dopplerimpulsen während jedes Abtastintervalls gesendet und empfangen wird, mit den weiteren Schritten
Senden zumindest eines Nicht-Dopplerimpulses (1510) in einem ersten Abtastintervall, der mit einer ersten Unterregion eines Nicht-Dopplerbildes verbunden ist, und
Senden zumindest eines Nicht-Dopplerimpulses (1526) in einem zweiten Abtastintervall, der mit einer zweiten Unterregion eines Nicht-Dopplerbildes verbunden ist.

20. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sende- und Empfangsschritte eine in Abtastintervalle gleicher Dauer unterteilte Abtastsequenz bilden.

21. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Senden eines Satzes von Nicht-Dopplerimpulsen (810) das Senden zumindest eines Nicht-Dopplerimpulses (816) enthält, der einer Unterregion des Bildes entspricht, wobei die empfangenen Dopplerechos ein vollständiges Bild bilden, und wobei die empfangenen Nicht- Dopplerechos ein Teilbild bilden.

22. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bild beruhend auf den empfangenen Dopplerechos unter Verwendung eines Schiebefensterverfahrens berechnet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bild beruhend auf den empfangenen Echos von den Dopplerimpulsen aus einer Anzahl von Senderichtungen besteht, und wobei der erste Sendeschritt den weiteren Schritt umfasst
Senden eines Dopplerimpulses (1102) in jede der Senderichtungen.

24. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Doppler- und Nicht- Dopplerimpulse mit einer vordefinierten Impulswiederholungszeit gesendet werden, und das Verfahren den weiteren Schritt der Einlegung einer Pause (1346) während der Sendeschritte mit einer Dauer größer als die Impulswiederholungszeit umfasst.