@ Offenlegungstag: G 03 B 42/06 BUNDESREPUBLIK OEUTSCHLAND DEUTSCHES A 61 B 8/06 G 06 T 5/00. A 61 B 5/026 t- G01 N 29/00 PATENT- UND MARKENAMT 00 O)

© BUNDESREPUBLIK OEUTSCHLAND

DEUTSCHES PATENT- UND MARKENAMT

<§>

Off nlegungsschrift

® DE 19819 800 A1

® Aktenzeichen:

® Anmeldetag:

@ Offenlegungstag:

198

19 800.0 4.

5.98

3.

12.98

®

^{Int. CI.6:}

G 03 B 42/06

A

61

B

5/026

t-

A _G

61

_{06 T} B

8/06_5/00

^

G01 N

29/00

//

H04N

5/31

00

00

(So) Unionsprioritat: ₍₇₂₎ Erfinder:

08/852772

07. 05.

97 US

(7i)

Anmelder:

Hatfield,

William Thomas, Schenectady,

N.Y.,

US;

Mahan, Susan Thayer, Albany,

N.Y.,

US

General

Electric Co.,

Schenectady,

N.Y.,

US

(7i) Vertreter:

Voigt, R., Dipl.-lng., Pat.-Anw.,

65812 Bad Soden

00 O) 00 «

Die

f

olgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen

(g)

Verfahren und

Einrichtung

zum automatischen Verbessern des Kontrastes

in projizierten Ultraschallbildern

(57) Es

werden

einVerfahren

und

eine Einrichtungangege-

ben zum

automatischenEinstellen

des

Kontrastes

von

ei-

nem

projizierten Uitraschallbild. Ein Ultraschall-Scanner

sammelt

B-Mode-Bilder in

einem

Filmspeicher, d. h. fur eineVielzahl

von

Scheiben. DieDaten

von einem

entspre-

chenden

interessierenden Bereich fur jede Scheibe wer-

den

zu einer Hauptsteuerung gesendet,

wobei

diese Da- tenein interessierendes

Volumen

bilden. DieHauptsteue- rungfuhrteinenAlgorithmusaus, deriterativdie Pixelin- tensitatsdaten in

dem

interessierenden

Volumen

auf

mehrere

gedrehte Bildebenen projiziert,

wobei

eine Strahlwurftechnikverwendet wird.

Bevor

die projizierten Bilderin

dem

Filmspeicher gespeichertwerden,wird der Kontrast

von den

Pixelintensitatsdaten, die diese proji- zierten Bilderaufbauen, durch dieHauptsteuerungeinge-

stellt,

wobei

eine eins-zu-eins-Kartierung (Mapping)

von

nicht eingestelltenPixelintensitatsdaten ineingestelltePi-

xelintensitatsdaten

verwendet

wird. Die Kartierungwird

| durch dieHauptsteuerunggeneriert auf der Basis derPi-

xelintensitatsdaten

von entweder einem

Quellbild

» (Frame) oder

einem

projiziertenBild. DieKontrasteinstel- lungskartierungwird auf jedes projizierte Bild

angewen-

det.

LU

BN800CO:«D&_1901«8OOA1Jj»

BUNDESDRUCKEREI

10.98 802049/681/1 26

DE 198 19 800 A

^I

Beschreibung

Die Erfindung beziehtsichallgenieinauf Ultraschall-Bildgebung dermenschlichen Anatomie

zum Zweck

der medi- zinischen Untersuchung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur bildlichen Darstellung der 5 menschlichen

Anatomie

durch_Erfassen derIntensitat vonUltraschall-Echos, die von

dem

abgetasteten bzw. gescanten

Volumen

ineinem menschlichen Korperreflektiertwerden.

Dieublichsten

Modi

der diagnostischen Ultraschall-Bildgebungumfassen B-und

M-Modes

(benutztzur Darstellung intemer. physikalischerStruktur), Doppler und Farbstromung(die le.tzt.enzwei werden hauprsachlich dazu verwendet, Stromungs-Charakteristiken,wiebeispielsweiseinBlutgefaBen,darzustellen). Bei der ublichen

B-Mode-Bildgebung

er- 10 zeugenUltraschall-ScannerBilder,- indenendie Helligkeitvon einemPixelauf derIntensitatvoneinerEchoantwortbe- ruht.DieAmplitude von denreflektiertenWellen wirddazuverwendet, schwarzeund weiBe Bildervon den

Geweben

zu erzeugen.

Dievorliegende Erfindungist ineinemUltraschall-Bildgebungssystemverkorpert,das ausvierhauptsachlichen Un- tersystemen besteht:einem Bundelformer 2^(vgl. Fig. 1),einemProzessor-Subsystem4,einerAbtastkonverier/Display- 15 steuerung

6

sowieeinerHauptsteuerung8. DieSystemsteuerungerfolgt zentralinderHauptsteuerung8,welchedieBe- dienereingaben ubereine (nicht gezeigte) Bedienerschnittstelleempfangt undihrerseitsdieverschiedenenUntersysteme

steuert. DieHauptsteuerung erzeugtebenfalls furdasSystemdie Zeit- undSteuersignale, dieuber einen Systemsteuer- bus10sowieeinen(nicht gezeigten)Scan- bzw. Abtaststeuerbusverteiltwerden.

Der Hauptdatenpfadbeginnt mitdendigitalisierten

HF

Eingangen von

dem

Wandleranden Strail^L- bzw.Biindetfor- 20 mer. Der Bundelformergibtzwei aufsummierte,digitaleEmpfangsbundel im Basisbandaus.DieBasisbanddatenwerden

alsEinganganden B-Mode-Prozessor

4A

und denFarbstromungsprozessor

4B

gegeben,

wo

sieentsprechend

dem

Da- tenerfassungsmodusprozessiertundalsprozessierte akustische Vektor-(Bundel- )Daten andenAbtastkonverter/Display- prozessor

6

ausgegebenwerden.DerAbtastkonverter/Displayprozessor6

nimmt

dieprozessierten akustischenDatenauf

und

gibtdieVideo- DisplaysignalefurdieAbbildungineinemRastercan-Format an einenFarbmonitor12aus.DieAb-

25 tastkonverter/Displaysteuerung

6

^formatiertweiterhin in Zus aminenarbeit mit derHauptsteuerung 8 viele Bilder

zum

Display, furDisplay-Anmerkungen, grafische Aufiagen (overlays) sowie fur eine Wiedergabe von Filmschleifen und aufgezeichnetenZeitliniendaten.

Der B-Mode-Prozessor

4A

konvertiert dieBasisbanddatenvon

dem

Bundelformerineine iogarithmisch komprimierte Versionder Signaleinhullenden. DieB-Funktion bildetdie zeitvariableAmplitudeder Einhullenden des Signalsalseine 30 Grauskalaunter

Verwendung

eines 8-BitAusgangs fur jedes Pixelab. Die Einhullendeeines Basisbandsignals istdie

GroBe

desVektors,derdieBasisbanddatenreprasentiert.

Die Frequenz dervonderInnenseitevonBlutgefaBen,

Herzkammern

usw. reflektiertenSchaliwellen wird proportio- nalzuderGeschwindigkeitderBlutzellen verschoben. und zwarinpositiverRichtung fur sich aufden Wandlerzu be-

wegende

ZellenundinnegativerRichtungfur die sichdavon

weg

bewegendeZellen.

Der

Farbstromungs(CF)-Prozessor 35

4B

wirdbenutzt, urneine zweidimensionale Echtzeit-Abbildung der BlutgeschwindigkeitinderAbbildungsebene vor-

zusehen.

Dieakustischen Zeilenspeicher

14A

und

14B

der Abtastkonverter/Displaysteuerung 6

nehmen

jeweils die von den Prozessoren

4A

und

4B

prozessierten digitalen Daten aufund fuhren die Koordinatentransformationen derFarbstro- mungs-

und

Intensitatsdaten

vom

Polarkoordinaten- (R-6) Sektorformat oder voni Cartesischen linearen Koordinaten- 40 feld zu geeignetskaliertenDisplay-Pixeldaten durch,die

im X-Y

Displayspeicher

18

gespeichert werden.

Im B-Mode

werdendie Intensitatsdaten

im X-Y

Displayspeicher 18gespeichert,wobeijedeAdressedreiPixelzu8Bit speichert.Al- ternate werden

im

Farbstromungs

modus

die Farbstromungsdaten wie folgt im Speicher gespeichert: Intensitatsdaten (8Bits),Geschwindigkeits- oder Energiedaten(8 Bits)sowieTurbulenzdaten(4Bits).

Eine Vielzahlvonaufeinanderfolgenden(Voll-)Bildern(Frames) vonFarbstromungs- oder

B-Mode-Daten

werden im 45 Filmspeicher aufeiner First-In/First-Out(FIFO) Basisgespeichert. DerFilmspeicher wirktalsein im Hintergrund lau- fender ringformigerBildpufferspeicher,derkontinuierlich auf Bilddaten zugreift,die in Echtzeit furden Benutzerzur Darstellung gebracht werden.

Wenn

derBenutzerdasSystem"einfriert".hat er dieMogiichkeit,zuvor

im

Filmspeicher eingefangene Bilddaten anzuschauen.DieGrafikdatenfur dieHerstellungvongrafischenAufiagenauf

dem

dargestellten Bildwerdenerzeugtundgespeichertin

dem

Zeitlinien/GrafikprozessorundDrsplayspeicher20.

Der

Videoprozessor22 50 schaltet

im

Mukiplexbetrieb zwischen denGrafikdaten,denBilddaten sowie denZeitliniendaten hin und her,urnden endgultigen Videoausgang ineinemRasterabtastformat auf

dem

Videomonitor12 zu erzeugen. Zusatzlichsorgter fur verschiedene Grauskala-undFarbkartierungen(maps) sowiefurdieVerknupfungder Grauskala-

und

Farbbilder.

Das konventionelle Ultraschall-Bildgebungssystem sammelt

B-Mode-

oder Farbstromungs-

Mode-

Bilder in einem Filmspeicher24aufeiner kontinuierlichen Basis.DerFilmspeicher24stellteinen residentendigitalenBildspeicherfur 55 Einzelbildbetrachtung und fiirMehrfachbildschleifenbetrachtung sowie verschiedene Steuerungsfunktionen zurVerfu- gung.

Das

wahrendder Einzelbild-Filmwiedergabedargestellte interessierendeGebietistdabeidasjenige,daswahrend der entsprechenden Bilderfassung benutzt wurde.

Der

Filmspeicherarbeitetebenfallsalsein Puffer fur dieUbertragung

von

Bildernzu digitalenArchivierungsgeraten uberdieHauptsteuerung8.

Konventionelle Ultraschall-Scanner erzeugen zweidimensionale B-Mode-Bilder,beidenendieHelligkeit eines Pixels 60 auf derIntensitatderEchoruckkehrbasiert.ZweidimensionaleUltraschall-Bildersind oftmalsschwerzu interpretieren aufgrund des

Unvermogens

des Beobachters, sich diezweidimensionale Darstellungdergerade abgetastetenAnatomie zu veranschaulichen. Wird jedoch die Ultraschallsonde uber einen interessierendenBereich gefiihrt und werdendabei zweidimensionale Abbildungenzur

Formung

eines dretdimensionalenVolumensakkumuliert,dann laBtsichdieAnato- mie vielleichtersowohlfurdengeubtenalsauchfurdenungeubten Betrachtervorstellen.Ublichenveisewerdendreidi- 65 mensionale Abbildungen von

B-Mode-Daten

und Farbstromungs-Geschwindigkeits- oderEnergie (power)-Datensepa- ratzur Darstellunggebracht.EsgibtjedochvieleGelegenheiten,beidenenbeimDarstellen der Geschwindigkeits- oder Energiedatenalleinder BetrachtereinGefuhlfiirdiegeradeabgebildeteAnatomieverliert.DurcheineKombinationvon Intensitats-Projektionenmit ProjekrionenvonFarbstromungsgeschwindigkeit- oder Energiedatenistesmoglich.einGe-

BN80OCI0:<£>E_1»1«0GA1JL>

DE ^{198 19 800} A

^I

fiihJ fiirdieAnatoiniebei/.ubeh alienundgleichzeitig dieGeschwindigkeiroderEnergie abzubilden.

Utn die beste Biidqualitat zu erhalten.

wenn

dreidimensionale Rekonsrruktionen von Ultraschallbildem ausgefiihrt werden.isresaufgrunddergroBen AnderungimKontrastvonUltraschallbildem notwendig.denKontrasr desrekonstru- ierten Bildes einzusrellen.Dies geschieht Qblicherweise dadurch,da8derBenutzerinteraktivdenKonrrasrunddieHel- ligkeit des Bildeseinstellen kann. Dieses Verfahrenistzeirraubendunderforderteinen Benutzereingang, der aufUltra- 5

schall-Bildgebungseinrichrungennormalerweisenicht vorgesehen^ist.Weiterhin konnender Kontrastunddie Helligkeit des wiedergegebenen Bildes von den Quellbildern betrachtlich abweichen.diedazu verwendetwerden.diedreidimen- sionale Projektion zu konstruieren.

Wenn

die originalen und wiedergegebenen Bilder gleichzeitig durch dengleichen Display-Prozessorbetrachtet werden.kann es unmoglich sein, ^fiirbeide Bilder akzeptable Helligkeits- und Kontrast-

werte zuerzielen. _io

Die vorliegendeErfindunggibt einVerfahrensowieeine Einrichtung an

zum

automatischenEinstellendes Kontrastes indreidiniensionalen Ultraschallbildem.

um

^einenoptimalen Kontrast zuerzielen.Dies wirddadurcherreicht,daBauto- matisch die Helligkeits- und Kontrastwerte von

dem

rekonstruierten Bild auf der Basis der Werte derrekonstruierten oder Quellbildereingestelltwerden.

um

dieoptimalenWerte fiirdas rekonstruierteBild zuerzielen.DieseTechnik ge-

stattet.daBsowohldieQuell-alsauchrekonstruiertenBilderindengleichenHelligkeits- undKontrastbereichen darge- is stelltwerden.

DieErfindung wirdin

einem

Ultraschall-Bildgebungssystem verwendet.das B-Mode-Bilderineinem Filmspeicher aufeinerkontinuierlichenBasisoder aufeinextemesTrigger-Ereignishinsammelt.d.h. fiireine VielzahlvonSchnitten bzw.Scheiben(Slices).Die Datenvon einemjeweiligeninteressierendenBereich bzw. GebietfurjedenSchnittoderje- desQuellbild

werden

zueinerHauptsteuerung gesandt,wobeiderartigeDatenein interessierendes Volumenbilden.Die 20 Hauptsteuerung fiihrteinenAlgorithmusaus.derdie Pixelintensitatsdatenin

dem

interessierenden Vblumeniterativauf mehrere gedrehte Bildebenenprojiziert, und zwarunter

Verwendung

^einerStrahlwurf(ray-casting)-Technik. Die proji- ziertenBilderwerden schlieBlich alsgetrennteVollbilder(Frames) ⁱⁿ

dem

Filmspeichergespeichert,wobeijedes Vbll- bild(Frame)auf dasletzteHintergrund-Vollbild(Frame)uberlagerfbzw.superpositioniertist.Bevorjedochdie projizier- tenBilderin

dem

Filmspeichergespeichertwerden.wird der Kontrast vondenPixelintensitatsdaten, diedieseprojizier- 15 tenBilderaufbauen,eingestellt.

ErfindungsgemaB wird der Kontrast der projizierten Bilder dadurch eingestellt. daB eine eins-zu-eins-Kartierung (Mapping)dernicht-eingestelltenPixelintensitatsdatenineingestelltePixelintensitatsdatenerzeugtwird. DieKartierung wird erzeugtauf der BasisvonPixelintensitatsdatenvon entweder einemQuellbild (Quellframe)odereinemprojizierten Bild.

Im

ersten FallwirddieKartierung vor der Projektiongeneriert; imzweitenFallwirddie Kartierungnachder Pro- jo jektiongeneriert. Die Kartierung wird auf jedes projizierteBild angewendet,

um

fureine Kontrasteinstellung fiireine bildlicheDarstellung zusorgen.

Um

^die Kontrasteinstellungs-Kartierungzu generieren. kompiliertdieHauptsteuerungeinSaulendiagramm bzw. Hi- stogramm vonderAnzahl vonPixeln miteiner Intensitatinnerhalbjedervoneiner Vielzahlvonvorgeschriebenen Enten- sitatsbereichenoder-rahmen(Bins)fureinenoder mehrereSchnitte (Slices) vonQuelldatenoderfureinodermehrere 35 projizierteBilder(z.B.die0°Projektion),ZurgleichenZeit ermittelt dieHauptsteuerungdiemaximalePixelintensitat in

dem

Quell- oder

dem

projiziertenBild.

Indem

mit

dem

Bereichoder

Rahmen,

derdiemaximale Anzahl vonPixelnent- halt.begonnen wird unddieubrigen Bereicheoder

Rahmen

ⁱⁿder ReihenfolgeabnehmenderPixelzahlhinzuaddiertwer- den. werdendiePixelzahlen in

jedem

Intensitatsbereichoder-rahmenaufaddiert.biseinvorbestimmter Prozentsatz der GesamtzahlvonPixelnerreichtist.

Wenn

diegezahltenBereicheoder

Rahmen

meistensPixelmitrelativhoherIntensitat 40 enthalten. wirddie untereGrenzedesBereichesoder

Rahmens

mit kleinsterIntensitat,die inderZahlung enthaltenist.

der Pixelintensitats-Schwellenwert.

Wenn

umgekehrtdie gezahlten Bereicheoder

Rahmen

meistens Pixel mit relativ kleiner Intensitatenthalten.wirddieobereGrenzedesdiehochsteIntensitataufweisenden BereichesoderRahmens.der

inderZahlung enthalten ist.derPixelintensitats-Schwellenwert. In

jedem

Fallwirddann eine eins-zu eins-Kartierung (Mapping) erzeugt,sodaB der Bereichvon Intensitieswerten oberhalb (oderunterhalb)desPixelintensitats-Schwellen- 45 wertes linearkorreliertwird zueinemexpandiertenDisplayintensities-Wertebereich von 0bis255.

In

dem

erfindungsgemaBenVerfahrenwird der Kontrastvon

jedem

projiziertenBild autoniatischeingestellt,wobeidie Kartierung(Mapping) verwendetwird,dieaus

dem

Pixelintensitats-Histogrammgeneriertist,bevordie Hauptsteuerung dieses projizierteBildindenFilmspeicherschreibt.

Genauer

gesagt. die projiziertenPixeidatenmit Intensitiitswertenin- nerhalbdes Bereiches, derdenBereichen oder

Rahmen

(Bins)entspricht.dieinderHistogramm-Zahlungenthaltensind, 50 d.h. in

dem

Kartierungseingabebereich,werdenbezuglich des Kontrasteseingestellt,indemjederIntensitatswertinden projiziertenPixeidatenindenentsprechenden Displayintensitatswerttransformiert wird,derdurchdieeins-zu-eins-Kar- tierunggebildet wird. Die Pixeidaten mitIntensitiitswertenauBerhalb des Kartierungseingabebereiches werden aussor-

tiert.

Indem

alsoder KontrastderPixelintensitatsdaten von hochstemInteresse vergroBertwird unddie Pixelintensitats-

datenmitgeringstemInteresse aussortiertwerden,wirdjedesprojizierteBildzu

dem

gewunschtenHelligkeits-und

Kon-

55 trastbereichoberhalb oder unterhalb des Pixelschwellenwertes inAbhangigkeit von

dem

beabsichtigtenErgebnis kar-

tiert.

Die Erfindung wird

im

folgendenanhand vonAusfuhrungsbeispielen unterZuhilfenahmederZeichnungennaherer- lautert.

Eszeigen: 60

Fig. 1 ein Blockschaltbild. das die hauptsachlichen funktionalen Subsysreme innerhalb eines Echtzeit-Ultraschall- Bildgebungssystemszeigt;

Fig. 2 ein Blockschaltbildder Einrichtung zur Rekonstruktion von Bilder(Frames) enthaltend aufeinanderfolgende volumetrische Projektionen von Intensities- und Geschwindigkeits- oder Energiepixeldaten

gemaB

einer bevorzugten

Ausfuhrungsformder vorliegendenErfindung; 65

Fig. 3 ein FluBdiagramm.das die Schritte einesAlgorithmus fur die Rekonstruktion der Bilder(Frames) unterEin- schluBvon aufeinanderfolgenden volumetrischen ProjektionenvonIntensitats- undGeschwindigkeits- oder Energiepi- xeldaten

gemaB

derbevorzugtenAusfuhrungdervorliegenden Erfindungzeigt;

3

bxsdood:<D^j\eaiesooAij_>

DE 198 19 800 A

^I

Fig.4einesehematische Darstellung desabgetasteren interessierendenObjektvolumens,einzugeordnetesDatenvolu- rnen sowie eineBildprojektionsebene,dieindie volunietrischeWiedergabeeinerumgekehrtenStrahlwurfprojektionge-

maB dem

StandderTechnikmiteinbezogen ist;

Fig. 5 eine sehematische Darstellung, die einPaar von geometrischen zweidiniensionalen Konfigurationen entspre- 5 chendgleiehen AnsichtenvonObjekt-und Datenvolumen zeigt.unddieniitzlich isrbeiderDefinitionvon notwendigen

Skalierkonstantenbeiderdreidimensionalen Ultraschall-Bildgebung;

Fig. 6 einschematisches Blockschaltbild_einerEinrichtungzurLieferungeiner ProjektionraitmaximalerIntensitat bei der dreidimensionalen Ultraschall-Bildgebung.

Fig. 7

A

ein

Saulendiagramm

ist,dasdiePopulationvonPixelnraitIntensitatswerteninvorbestimmten Bereichenfur to ein BildmitPixeln hoher[ntensitat zeigt;

Fig.

7B

eineKontrasteinstellungskartierungvon deneinehoheIntensitataufweisendenPixeldaten, dieinFig.

7A

dar- gestelltsind.

gemaB dem

bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist:

Fig.

8A

ein

Saulendiagramm

ist,dasdiePopulation vonPixeln raitIntensitatswerteninvorbestimmten Bereichenfur einBild mit Pixeln geringerIntensitatzeigt;

15 Fig.

8B

eine Kontrasteinstellungskartierungvon deneinegeringeIntensitataufweisenden Pixeldaten, die in Fig.

8A

dargestellt sind,

gemaB dem

bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindungist.

GemaB

Fig.2enthalt die Hauptsteuerung8eine zentrale Verarbeitungseinheit

(CPU)

42

und

einen Speicher

44

mit wahlfreiemZugritf.Die

CPU 42

weist einendarinangeordneten Nur-Lese- Speicher

(ROM) zum

Speichern derRoutinen auf, diefiirdie

Umsetzung

(Transformation) des

gewonnenen

Volumens

von

Intensitats-oderFarbstromungsmodedaten 20 ineine Vielzahl vondreidimensionalenunterverschiedenenWinkeln

genommenen

Projektionsbildernbenutztwerden.

Die

CPU

42steuertden XY-Speicher 18 und denFilmspeicher24uberdenSystemsteuerbus10.Insbesonderesteuert die

CPU

42 denDatenfluBvon

dem

XY-Speicher18

zum

Videoprozessor22

und zum

Filmspeicher24 sowie von

dem

Film- speicher

zum

Videoprozessor

22

undzur

CPU

42selbst.

Wenn

das Ultraschall-Bildgebungssystem im Farbstromungs-

modus

arbeitet,wird jedes (Voll-)Bild(frame) vonFarbstromungsdaten. das einen von mehreren Scans oder Schnirten 25 (Slices)durchdas untersuchte Objektreprasentiert,in

dem

XY-Speicher18gespeichertund

im

nachstenZyklus

zum

Vi- deoprozessor 22 sowie

zum

Filmspeicher24ubertragen. Ein das abgetastete Objektvolumen reprasentierender Stapel

von

Bildemwird

im

Abschnitt

24A

des Filmspeichers24gespeichert.

Wahrend

derInitialisierung(vgl.Schritt

26

inFig.

3) holtdie

CPU

42

vom

Abschnitt

24A

des FilmspeicherslediglichdieeineminteressierendenObjekt

volumen

entspre- chenden Farbstromungsdaten. Dieswirdbewerkstelligt,indem

man

lediglich dieFarbstromungsdatenin

einem

interes- 30 sierendenGebietvon jedemgespeicherten Bildholt,dasvonirgendeinemScan

gewonnen

wurde, der dasinteressierende

Volumen

geschnitten hatte. Mitanderen Worten,die

dem

interessierenden.Gebiet entsprechendenFarbstromungsdaten von

jedem

einen Bild eines Stapels vonaufeinanderfolgenden Bildern bildenein interessierendesQuelldatenvolumen.

Wie

ausFig. 3 zuersehenist,werdendie Intensitatsdatenin

dem dem

interessierendenObjekt

volumen

entsprechen- denPixeldatensatzvor der ProjektionalsOptiongefiltert(Schritt28),

um

Fleckenrauschen (Speckle-Rauschen) zuglat- 35 ten undArtefakte zureduzieren.Dies vermeidetwahrendderProjektionden Verlustvon Datenaufgrund vonFlecken- rauschen. BeispielsweiseerzeugenBlutgefaBeweniger

Echo

alsdas

umgebende Gewebe.

GefaBe konnendeshalbunter Einsatz von Projektionen mit minimalerIntensitatabgebildetwerden. Altemativ werden

im

Unikehrvideo/Minimum-

Mode

die Intensitatsdateninvertiert.

um

^dieGefaBehell anstattdunkel zu machen. Die GefaBe konnen dann unterEin- satz von Projektionen mit maximalerIntensitatabgebildet werden.

Um

die

Auswahl

von maximalen Intensitaten, die 40 helle Flecken

im

Gegensatz zuden gewunschtenPixeldatensind, zu verhindern,kann vorder Projektionein Filterzur Beseiugungsolcherhellen Fleckintensitaten benutztwerden. Das aus

dem

Filmspeicher24(vgl. Fig.2) geholte Quell- datenvolumen kann vonder

CPU

42gefiltertwerden.indem

man

beispielsweiseein3x3Faltungsfiltermiteinem 111 141 111 Kernel benutzt, d.h. das zentrale Pixel derIntensitatsdaten in

jedem

3x3 Pixelarray in

jedem

Schnitt oder Bild (Frame) wirdersetztdurch einenIntensitatswert,derproportionalistzuder

Summe

aus

dem

vierfachenWertdeszentra- 45 len Pixels plusder

Summe

ausden Wertenderacht dieses Pixel

umgebenden

Pixel.

Das

gefilterteQuelldatenvolumen wird sodann

im

Speicher

44

abgespeichert(Schritt30). In ahnlicherWeise kann ein Faltungsfilter benutzt werden,

um

schwarze LocherineinemBild vor derProjektionmitminimalerIntensitatzuentfernen.

Als nachstesfuhrtdie

CPU 42

unter

Verwendung

des

im

US-Patent No. 5,226,113beschriebenen Strahlwurf-Algorith-

ms

^(raycastingalgorithm) eineReihevonTransformationendurch.Die aufeinanderfolgenden Transformationenreprii- 50 sentierenProjektionen mit maximaler, minimaler oderdurchschnittlicherIntensitat,Geschwindigkeits- oder Energiepro- jektionen, dieunterwinkelmaBigenInkrementen,beispielsweiseinIntervallenvon ^10°,innerhalbeinesWinkelbereichs,

z. B. von

+90°

bis-90°,

vorgenommen

werden.Die Winkelinkremente

mussen

jedochnicht 10°_sein:auch istdieErfin-

dung

nichtauf einen bestimmtenWinkelbereich begrenzt.

InUbereinstimmungmitderbeidervorliegenden ErfindungangewandtenStrahIwurftechnikwerdendievolumetrisch 55 wiedergegebenenProjektionsbildervoneinemSamplebzw.einerProbe

50

(vgl.Fig. 4) unterirgendeinemwillkurlichen Betrachtungswinkei zurAnzeige gebracht,z.B. einemspharischen Projektions winkel, der durchdie Winkelparameter

(8, <&)bezeichnet wird, wobei

6

derWinkelist, deneine Verlangerung 58' einesBetrachtungsstrahls

58

auf der

X-Y Ebene

bildet,und wobei<!>derWinkeldesStrahls

58

bezogenaufdieVerlangerung^58"ist,undzwar beim Scanneneines Objektvolumens 52mittelseinesUltraschallwandlers.

Das

Samplevolumen

52

^wirdineiner derartigenWeiseabgetastet, 60 daB

man

eineFolgevongeschichtetenbenachbartenSchnitten(slices)oder ScheibenOSi,

OS?

^{. .} .,

OS

_kerzeugt,vonde- nenjede dieselbeAnzahl von Objektvolumenelementen(voxels)

OV

enthalt.Jedes VoxelbesitzteinrechteckigesProfil inderScheibenebene(z.B.inder

X-Y

Ebene); wahrenddiekomplementarenSeiten vongleicherLange S seinkonnen, sodaBdieses Profil einQuadratseinkann,istdieScheibendicke

T

imallgemeinennicht gleichmitderLange vonjeder Seite.Somitenthaltdererste Objektschnitt

OS

t eineersteAnzahl vonObjektvoxel

OV

ijtl^,wobei iundj diejeweiligen 65 Positionen des Voxels auf der

X-Achse

undaufderY-Achsesind. IngleicherWeiseenthaltder zweite Objektschnitt

Os

₂ Objektvoxel

OV

ij-2^. EinwillkurlicherObjektschnitt

OS

_kenthaltVoxel

OV

ijJc^,wobei kdiePosition diesesVoxels auf der Z-Achsebedeutet.

Jedes Objektvoxel

OV

ijJc wirdanalysiert undsein Datenwert (Intensitat,Geschwindigkeit oderEnergie) wirdin ein

4

BN80OC©:4>E_1»1880aA1JLj^

DE 198 19 800 A

¹

entsprechendesDatenvoxel

DV

_i|VeinesDarenvoluinens54plaziert.Das Datenvolumen 54isteineinfaehes kubischesi, j. kGirter.obwolildieDickeeinesjeden Objektschnitts

OS

_k undjede FlaehengroBeeinesObjektvoxels(dieGrofiedes Voxels inder

X-Y

Ebene) im aUgemeinen nichtdieselbe sein werden.

Das

bedeutet. eskann niche nur das Objektvolu- nien unterschiedticheDimensionenX,

Y

und

Z

^furjedes Voxel aufweisen. sondernesbraucht auchdie inseesamteAn- zahlvonVoxelinirgendeinerDimensionnicht dieselbezusein.Beispielsweisekanneintypischerdreidimensionaler_Ul- traschall-ScanjedenSchnitt mireiner

256x256

Voxel enthaltenden Matrix lieternund 128Schnitte betreften.

GemaB

einervon der

CPU

42 angewandten bekanntenTechnikwirdein Bild des Objekts 50projiziert (Schrirt34in Fig. 3)durch Projektioneines StrahlsvoneineniGitterpunktim Datenvoxel DVyj.inRichtungaufdieBildebene56.Der Einfachheit halberkannder Gitterpunkt beispielsweisedie

am

nachsten an

dem

Datenvolumenursprung liegende Daten- voxelspitzesein.DerProjektionsstrahl62trittaus

dem

Datenvolumen 54untereinemProjektionswinkel mit spharischen Winkelparametern (a. 0) aus. dieausdenspharischenWinkelparametern(9. <t>)transtornlie rtwurden. unterdenendas Objektvolumen 52betraehtet wird. Diese beidenWinkelsind nichr gleich, und zwaraufgrund der geometrischenVerzer- rung, diedurchdie BenutzungeineskubischenDatenvolumens

54 zusammen

miteinemnieht-kubischenObjektvolumen 52verursachtwird.DerprojizierteStrahl62weistjedocheineVerlangerung^62'inderx-vEbeneauf.dieeinenWinkel

a

mitBezug aufdie x AchsedesDatenvolumensbildet,undderStrahl62bildeteinenWinkel

0

mitder

Z

Achse. Somit werdendie Winkel

a

und

P

^bestimmtdurch einen (nachfolgend zu beschreibenden) RotationsprozeB.urnderBetrach- tung desObjektvolumens 52unter

dem

gewiinschten Betrachtungswinkel(6.

O)

zu entsprechen(unterder

Annahme

ei- nes Betriebsmit spharischen Koordinaten). Jeder der Strahlen62wird von

dem

Voxel-Gitterpunkt desDatenvolumensin Richtung auf die Bildebeneprojiziert.

Obwohl

alle Strahlen62 auf irgendeinen Bereich der Bildebeneauftreffen, wird nurdenindasbetrachtete Bildebe- nenpixel60afallenden Strahlenerlaubt.zuden Datenfur diesesBildebenenpixelbeizutragen. Hat

man

somit einenTeil desObjektvolumens 52 zur Betrachtung ausgewahlt sowieeinen Betrachtungswinkel(8, O), unter

dem

dieses ausge- wahlteObjektvolumenbetraehtetwerdensoil,wird derDatenwertin

jedem

Voxel des entsprechendenTeilsvon

dem

Da- tenvolumenuntereinem Winkel_{(a. 0)}(entsprechend der Betrachtung desverzerrtenDatenvolumensmit

Bezug

auf das Objektvolumen)in Richtung aufdie Bildebene 56projiziert.

Der

Datenwert ineinemersten Voxel

(zum

BeispielVoxel

DVujJ, w

irdsomitinUbereinstimmungmitden gewahlten Werten 6 und^<&entlang

dem

Strahl62aruckprojiziert.Die- ser Strahl62atrifft bei einer Position64ainnerhalbdesPixels60aaufdieBildebene56auf.undweil diesderersteauf dieses Pixel auftreffende Strahlist. wird derIntensirats-,Geschwindigkeits- oder Energiewert des auftreffendenStralils

dem

gewunschten Pixel60azugeteilt(bzw. daringespeichert).

Das

nachste Voxel in

dem

Datenvolumen (z. B. Voxel

DV

UJc)hatseinenzugehorigenStrahl62bunter derselben winkelmaBigen_{(a. 0)}Konfiguration

vom

Voxel-Gitterpunkt projiziert.undseinePosition64bauf der Bildebene56wirdfestgehalten.Unterder

Annahme.

daBdiese

A

uftrereposition 64b im gewunschtenPixel60aliegt.wird der zweiteprojizierteWert(fureine Maximalpixelprojektion) mit

dem

nun_se- speicherten ersten Wert verglichen. undes wird der groBere Wert

im

SpeicherfurdasPixel60aplaziert. Es wirdver- standlichsein,

daB

fureineProjektion miteinemDurchschnittswert derWerteineslaufendenprojiziertenDatenvoxels zu derbereitsgespeicherten

Summe

furdasBildfeldpixel(imagepanelpixel), auf das derProjektionsstrahlauftrifft.hinzu- addiert wird,

und

die

Summe

schlieBlichdurcheine gezahlte Anzahlvon solchenauftretfenden Strahlen fur dieses Pixel geteiltwird.

Da

jedes Voxel in

dem

ausgewahltenDatenvolumen sequentielleingegebenundin Richtung aufdie Bild- ebene 56 projiziert wird, wird schlieBlich ein Datenvolumenvoxel (z.B. Voxel

DV _U

k) entlang seinem zugehorigen Strahl62pprojiziertundtrifftnichtinnerhalbdesgewunschtenPixels60aauf,sodaBseinDatenwert(z.B.dieIntensitat) nicht mit

dem

gegenwartigfurdasPixel60agespeichertenDatenwertverglichen wird. Eswirdnun furdiese Projektion vonDatenbei

dem

bestimmten(6, <P)dreidimensionalen Betrachtungswinkel dermaximale DatenwertfurdasPixel60a

festgelegt.TatsachlichweistderStrahl62p jedocheinen Auftrefirpunkt

64p

auf,derineinanderesPixel(z.B.Pixel60b) derBildebene fallt; erwird mit

dem

darin gespeicherten Datenwertverglichen undder nach

dem

Vergleich sich erae- bende groBereWertwirdindenSpeicherfurdieses Pixel zuruckgefuhrt.AlleDatenwertewerdenaufNullzuruckgesetzt.

wenn

eineneue Projektion erfolgensoli. Somitwird jedes derPixelderBildebene beimStarteiner Bildprojektionspro- zedurriickgesetzt,undalleDatenvolumenvoxel(in

dem

gesamten

Raum

oderin

dem

ausgewahltenTeil.wie durchden

TeildesausgewahltenObjektvolumens 52festgelegt)werdeneinzelnundsequentiell abgetastet.Der Datenwertinjeden Datenvoxel

DV

wirddurch einen zugeordnetenStrahl62soprojiziert,daBerineinemPixel

60

davonaufdieBildebene 56auftrifft.wobeiderMaximalwertinjedemPixelmit

dem

gegenwartigen Wert desstrahlprojiziertenDatenvolumen- voxels verglichen wird, urndengroBerendavonzubestimmen,welcher groBereWert sodannais TeildesMaximalwert- bildesgespeichert wird. Inder Praxis wird fur eine maximalePixelprojektion der gespeicherte Maximalwert lediglich

dannverandert.

wenn

derneuerlicheWertdesprojiziertenDatenvoxelsgroBeristalsderbereitsfurdas Bildebenenpixel gespeicherte Datenwert, aufdender neuerlicheProjektionsstrahlauftrifft.

GemaB

einemanderenAspektder obigenTechnikwirddieDafenprojektion (imSchritt36inFigur.3) skaliertundes wirdeineetwaige Anisotropiczwischen

dem

Objektvolumen undder

BUdebene

durchlediglicheinen einzigen Satzvon Berechnungenbeseitigt,

nachdem

dieRuckprojektion abgeschlossenist.Es wird nunaufFig.5 Bezug

genommen. Da

es sich bei

dem

Objektvolumen 52urn ein reales

Volumen

handelt.wahrendes sich bei

dem

Datenvolumen 54urneinab- straktesKonzept handelt,istes notig,denBetrag der Verzerrung der Projektionsdaten aufgrund der Darstellung des ku- bischen Datenvolumengitters54untereinemunterschiedlichenWinkel yⁱⁿeiner erstenEbenezubestimmen und_sodann den Winkely. unter

dem

eine willkurliche Betrachtungsrichtung

66

mit

Bezug

sowohl aufdasObjektvolumen52als auch auf das Datenvolumen 54 positioniert wird. Dieoffenbaren Dimensionen von jedem Voxelwerden sich in

dem

MaBe

andem, wiesich die effektivenErhebungswinkel\yund yandern.

Wenn

das Aspektverhaltnis

A

(definiertalsdas Verhaltnis der tatsachlichenScheibendicke

T im

Objektvolumen 52zur tatsachlichenPixelgroBeSindemselbenObjekt- volumen₅₂₎nicht eins betragt(d. h. groBerodergleich einsist,dadas Objektvoxelkeinkubisches Voxelist,wie

man

es beim Datenvolumen 54antrifft),dann werdendieErhebungswinkel

y

^und

y

verschieden sein,unddereffektive Erhe- bungswinkel

y ^im

Datenvolumen wirdgegenuber

dem

tatsachlichenErhebungswinkel yⁱⁿ

dem

Objektvolumenunter- schiedlichsein.Die Rotation derDatenerfolgt

gemaB

einemObjekterhebungswinkel, dererhaltenwird durch:

10

DE 198 19 800 A

¹

* ^=tan-

^l

^(itan[ 7

])

Danach

konnendie projizierten Daten soskaliert werden,daB sie(wenndie Drehung

um

die horizontal

Achse

er- folgt)diekorrekte

Hohe

ⁱⁿdeniObjektvolumenerhalten,und zwardurcheine MultipiikarionallerprojiziertenDatenho- hen mit

dem

Hohenskalierungsfaktor. Diealte projizierte Bildhohe

H

kann miteineni effekriven Skalierungsfaktor

E

s

korrigiertwerden, wobeigilt

]? (A cosy

₎²

+ sin

²

7

und

dieneue

Hohe

H'

= H

^•

E

sist.Dasselbe trififtfurdie Breite zu,

wenn

dieDrehung

um

die vertikale

Achse

erfolgt.

Unter

Verwendung

^derobigenBeziehung fiihrtdieRotationderDatenvolunienwinkel_{(a, p)}zudenWinkeln(0,<!>), 15 weildieVerzerrunglediglichentlang einerAchseauftritt,sodaBderWinkel 8gleich

dem

Winkei

a

^ist.Die Elementeder

3x3

Rotationsmatrix[M]konnen bestimmtwerden,undbeidengegebenenzweiinBetracht

kommenden

Drehungswin- kelnwerdendiese Beziehungenbenutzt,

um

dieTransformationen

vom

DatenvoLumenzur Bildebenezubestimmen:

X*

= MIX + M2Y + M3Z + XO

20 Y'

= M4X + M5Y + M6Z + YO

wobei

M1-M6

^{die ersten}beiden Zeilen der Rotationsmatrixsind(d. h.

Ml =

-sin8,

M2 =

cosB^sinv|/,

M3 ⁼

^0,

M4 =

-cos0 sin\y2,

M5 ⁼

^{-sin8sin\|/und}

M6 =

cosxj/),X'undY'diePositionendesprojiziertenPunktes auf der Bildebenesind,und wobei

XO und YO

^die

X

unddie

Y

Versetzungen(jeweilsbezogenauf dieniedrigsten

X

und

Y

Punktwerte) derBild- 25 ebenesind, beidenender ausgewahlte Teilder Bildebene beginnt.

Nachdem

die Datenaufdie Bildebene56projiziert sind,wird das BildzurKorrekturdes Effekts der anisotropenObjektvoxelskaliert.Eswirdersichtlich sein,daBdieFak- toren

M1-M6

zuBeginneinerProjektion(beigegebenen 8und<I>) vorberechnet(Schritt32inFig. 3)undfuralleRota- tionsberechnungen benutztwerden konnen.

Fig.6 zeigteineEinrichtung zurDurchfuhrungderobenbeschriebenen Strahlwurftechnik,dieinderHauptsteuerung 30

8

(oderin

einem

separatenzugeordneten Prozessor) vorgesehenist.EinederartigeEinrichtungweisteinedreidimensio- nale Datenspeichereinrichtung

70 zum

Speichern vonSchnittdatenauf,wiesieaneinem Dateneingang 70a

vom

Film- speicher

24

erhaltenwerden.Diemit

jedem

Objektvoxel

zusammenhangenden

DatenwerdenbeiderAdressedesbetref- fenden Voxelsgespeichert,und

zwar

als ReaktionaufeineEingangsinformationfiirdie Voxeladresse.diean

einem

Vo- xeladresseingang70bvoneiner

CPU

⁷⁴erhalten wird.SobalddieDatenspeichereinrichtunggefiillt ist(entsprechend der 35 Ubertragung allererforderlichenDaten

vom

Objektvolumen52

zum

Datenvoiumen 54),wird der interessierendeTeil desObjektvolumensausgewahlt,

und

eswerdenseine Startecke sowiedie

Ausdehnung

indenX,

Y

und

Z

Richtungen festiegendeDatenvon der

CPU 74

an

einem

Eingang 72aeinerAdressgeneratoreinrichtung72gesandt. DieEinrichtung

72

liefertsequentiellaneinem Adressausgang

72b

dieX,

Y

und

Z

AdressenfiirjedesVoxel innerhaib desausgewahlten Objektvolumens. Der

Ausgang

72b istmit einemAusgangsdatenadresseingang 70c der Datenspeichereinrichtung 70 40 verbunden, welche veranlaBt, daB diegespeicherten Intensitatsdaten fiirdas betreffende einesodann adressierte Voxel

vom

Datenspeicherausgang70d ausgegebenwerden.DieAufeinanderfolge der X,

Y

und

Z

Voxeladressen wirdebenfalls an einenerstenEingang76aeinerBerechnungseinrichtung76furdieRotationsparametergegeben, welcheEinrichtung uberdie

CPU

^74dieWinkelinforrnation (a.p) ^alsdie berechneten Matrixelementwerte

M1-M6

erhalt,

um

an einem

Ausgang

76c die AdresseX',Y' desBildebenenpixel bereitzustellen,dasdiesemObjektpixeiX, Y,

Z

entspricht.

wenn

45

man

esuntereinemausgewahltenBetrachtungswinkel(8,

O)

betrachtet.DieInformationfurdenBetrachtungswinkel(8.

O)

wirdindasSystem eingegeben und

von

der

CPU

74verarbeitet.DieErgebnissewerdenandieEingange 78b und 78c einer Sichtmatrixeinrichtung78gegeben,

um

Matrixelemente

M1-M6

an ihrem

Ausgang

78a und damit ander Berech- nungseinrichtung76fiirdieDrehungsparametervorzusehen.DiePixeladresseX',Y'inderBildebeneerscheintaneineni Adresseingang 80aeines BildpurTerspeichers,deralseineBildebenenspeichereinrichtung80wirkt.Gleichzeitigerschei- 50 nendievon

dem

Datenvoiumen zur Projektionsebeneprojizierten Intensitatsdaten

vom Ausgang 70d

der dreidimensio- nalenDatenspeichereinrichtungan

dem

Eingang

80b

furneueDatender Bildebenenspeichereinrichtung.Diese Datener- scheinenebenfalls

am

Eingang

82a

furneue DateneinerDatenvergleichseinrichtung 82.Zuvorin der Bildebenenspei- chereinrichtung80furdieseAdressegespeicherteIntensitatsdaten

am

Eingang 80aerscheinen aneinem

Ausgang

80cftir alteDaten

und

damitan

einem

Eingang

82b

^fiiralteDateninderVergleichseinrichtung. Diealtenund neuen Daten an 55 den jeweiligenEingangen 82b/82a werdeninder Einrichtung82 verglichen,undein

Ausgang

82c da von wirdauf einen ausgewahlten logischenZustandgesetzt(z.B. einen oberen logischenPegel),

wenn

dieneuen Daten

am

Eingang 82a einegroBereAmplitudeaufweisenalsdie altenDaten

am

Eingang82b.

Der Ausgang

82cistmiteinem Eingang

80d

der BildebenenspeichereinrichtungfurErsatz- (substitute)Steuerdatenverbunden

um

zuveranlassen,daBdieunterder

vom

Eingang

80a

gesteuerten AdressegespeichertenDatengeandert werden,

um

neueDaten

am

Eingang

80b

anzunehmen, 60

wenn

sichder Steuereingang^fiirdieErsatzdaten

80d

auf

dem

gewahlten logischen Pegelbefindet.Somit werdendie ge- speichertenDatenzu

Anfang

riickgesetzt,wiebeieinemSignaldurcheinenDaten/Steuereingang80e (vonder

CPU

74).

und

eswerdendieDatenmit

dem

groBtenWertfurjedePixelstelleX',Y'inderBildebenegespeichert,

und

zwaralsAnt- wort auf einen Vergleich, deranzeigt,

ob

dieneuen Daten den Wertderzuvorgespeicherten alten Daten ubersteigen.

Nachdem

alleder ausgewahlten Adressensequentiell

vom

Adressgenerator

72

abgetastetwordensind,werdendieinder 65 Bildebenenspeichereinrichtung

80

gespeichertenDateninder

CPU

74skaliert,unddie skalierten Bildebenendatenkon- nen vonder Speichereinrichtung

80

zurAnzeige, zurpennanentenSpeicherung oder zu ahnlichen

Zwecken entnommen

werden.

GemaB einem

weiterenAspektder Erfindungwerdendie skaliertenBildebenendaten voreinerAnzeige(Display)kar-

6

BNeOOOD:<£>E_1W1090QA1JL>

DE 198 L9 800 A

^I

tiert(mapped), urneinegewunschte Helligkeitsowieeinen gewiinschten Kontrastbereich zu erzielen(Schritt38in Fig.

3).

GemaB dem

bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird der Kontrast der projizierten Bilder durch die Hauptsreuerung eingestellt,

indem

eine eins-zu-eins-Kartierung der nicht eingestellten Pixelintensitatsdaten in einge- stelltePixelintensitatsdatenhervorgeruienwird.

Obwohl

dieKarTierung(Mapping)auf der Basis vonPixelintensitatsda- tenvon entweder einemQuellbild (-frame) Oder

einem

projiziertenBildgeneriertwerdenkann, wirdindein bevorzugten 5

AusfuhrungsbeispieldieKartierung unter

Verwendung

derersten(d. h.0°)Projektionsbilddatengeneriert.

Urn die Kontrasteinstellungskartierung zu generieren, konipiliert die Hauptsteuerung ein Saulendiagramm von der Anzahlder Pixelin

dem

projizierten BildrniteinerIntensitatinnerhalbeinesvon

jedem

einerVielzahlvonvorgeschrie- benenIntensitatsbereichenoder -rahmen. Fig.7

A

zeigt ein derartigesSaulendiagrammfurein projiziertes Bildmiteiner relad vhone Intensitat aufweisenden Pixeldaten: Fig. 8

A

zeigtein derartigesSaulendiagrainm fureinprojiziertes Bild to mitPixeldaten, die eine relativ niedrige Intensitat aufweisen.

Zur

gleichenZeit ermitteltdie Hauptsteuerungdie maxi- malePixelintensitatin

dem

Quell-oderprojizierten Bild. Beginnend mit

dem Rahmen

(Bin),derdie maximale Anzahl vonPixelnenthalt.und

indem

danndieubrigen

Rahmen

inder Reihenfolgevon

abnehmenden

Pixelzahlen hinzuaddiert werden, wirddieAnzahlvonPixelnin

jedem

Intensitatsbereichoder-ralimen aufaddiert,biseinvorbestimmter Prozent- satzderGesamtzahl vonPixelnin

dem

Bilderreichtist.

Wenn

diegezahlten

Rahmen

meistensPixelmiteinerrelativho- 15 henIntensitatenthalten(wie esin Fig.

7A

gezeigt ist),wirddie untereGrenzedesdie kleinste Intensitataufweisenden Rahmens,derinderZahlungenthaltenist,derPixelintensitats-Schweilenwert.

Wenn

umgekehrtdiegezahlten

Rahmen

meistens Pixelmiteinerrelativ niedrigenIntensitat enthalten(wieesinFig.

8A

gezeigtist), wirddieobereGrenzedes diehochsteIntensitataufweisenden

Rahmens,

derinderZahlungenthaltenist,derPixelintensitats-Schweilenwert.Inje-

dem

Fall wirddann eine eins-zu-eins-Kartierung (Mapping)erzeugt,sodaBder Bereich derIntensitatswerteoberhalb 20 oderunterhalbdes Pixelintensitats-Schwellenwertes linear korreliertistzueinemexpandiertenDisplayintensitats-Wer- tebereichesvonz.B.0bis255

im

Fallevon8-Bit Intensitatswerten.Dieaus

dem

Saulendiagramm

gemaB

Fig.7

A

abge- leitete KartierungistinFig.

7B

gezeigt; dievon

dem

Saulendiagramm

gemaB

Fig.

8A

abgeleiteteKartierungist inFig.

8B

gezeigt.

In

dem

erfindungsgemaBenVerfahren wird der Kontrastvon

jedem

projiziertenBildautomatischeingestellt,wobeidie 25 Kartierungverwendet wird, dieaus

dem

Pixelintensitats-Saulendiagrammgeneriert ist,bevordieHauptsteuerung jedes projizierteBildindenFilmspeicherschreibt.BeispielsweisewerdenfurdaseinehoheIntensitataufweisendeprojizierte Bild,dasinFig. 7

A

gezeigtist,die projizierten PixeldatenmilIntensitatswerten innerhalbdes Bereichesvonetwa 165 bis250inDisplayintensitatswertekartiertodertrans formiert. dieineinemBereichvon 0bis255liegen.wieesdurchdie schrage geradeLinie inFig.

7B

gezeigtist. InahnlicherWeise werdenfurdaseine kleineIntensitat aufweisendeproji- 30 zierte Bild,dasin Fig.

8A

dargestelltist,die projiziertenPixeldaten mitIntensitatswerten innerhalbdes Bereiches von etwa0bis 80 inDisplayintensitatswerte kartiertodertransforniiert,die ineinem Bereich von 0 bis 255 liegen, wie es durchdie gestricheltegerade LinieinFig.

8B

gezeigtist.Eswirddeutlich,daBsichderEingangsbereichfurdie Kartie- rungandert inAbhangigkeit von

dem

Bereich der gezahlten

Rahmen

in

dem

entsprechendenSaulendiagramm.dasvon

dem

bestimmten Bild abgeleitetist. Die Pixeldaten mitIntensitatswerten auBerhalb des Kartierungseingabebereiehes 35

werden unberucksichtigt gelassen.

Indem

somit der Kontrastvon den Pixelintensitatsdaten von groBtem Interesse ver- grbBertwirdunddie PixelintensitatsdatenvongeringstemInteresse aussortiertwerden,werdendie Pixelintensitatsdaten furjedes projizierte Bild mit

dem

gewiinschten Helligkeits- und Kontrastbereich oberhalb oderunterhalb des Pixel- schwellenwertes kartiert. Die Kontrast-eingestellten Pixelintensitatsdaten werden dann zu

dem

Filmspeicher fur eine

nachfolgende Darstellungzuriickgeleitet. 40

DieProjektionstechnikwirdseparatangewendetaufdieB-Mode-IntensitatsdatensowiedieFarbstromungsgesehwin- digkeits-oder Energie(power)-Daten fiirdasinteressierendevon

dem

Filmspeicherwiedergegebene Datenvolumen.Je- desPixel in

dem

projizierten Bild schlieBtdie transformierten Tntensitatsdaten

und

die transformierten Geschwindig-

keits- oder Energiedaten ein, welche durch Projektion aufeine vorgegebene Bildebene abgeleitet wurden. /.usiitzlich speicherte wahrendderZeit, in welcher der Filmspeicher

vom

Bediener "eingefroren" war, die

CPU

42opiional das 45 letzte Bild(frame) aus

dem XY

Speicher 18 unter mehrfachen aufeinanderfolgenden Adressen irn Abschnitt

24B

des Filmspeichers24.DieprojiziertenBilddatenfurdenersten projiziertenBetrachtungswinkelwerdenindieersteAdresse

im

Filmspeicherabschnitt

24B

eingeschrieben,sodaBdie projiziertenBilddatenin

einem

interessierenden Bereich

dem

Hintergrundbild(backgroundframe)uberlagertwerden. DieserProzeBwirdfurjede

Winkelzunahme

wiederholtbis alle projizierten BilderimFilmspeicherabschnitt

24B

gespeichert sind,wobeijederprojizierte Bildrahmenauseinem inter- 50 essierendenGebietbesteht,dastransformierteDaten undalsOptioneinen Peripheriehintergrundenthalt,derdasinteres- sierendeGebiet umgibtundaus Hintergrundbilddaten besteht,die nicht von transformierten Datenaus

dem

interessie- renden Gebiet uberschriebensind.

Das

Hintergrundbildmacht es deutlicher,von

wo

aus jede zur Darstellung gebrachte Projektion betrachtet wird.DerBedienerkann dannjedesprojizierteBildfiirdieDarstellung auswahlen. Zusatzlichkann dieAbfolge derprojiziertenBilder

emeut

auf

dem

Displaymonitorabgespieltwerden.urndasObjektvolumenso darzu- 55 stellen, als

wenn

esvor

dem

Betrachterrotierenwurde.

GemaB

einerbevorzugten AusfuhrungderErfindung besitzt das Ultraschall-Bildgebungssystem mehrere verschie- deneProjektionsmoden. BeispielsweisekanndieProjektion

Maximal

wert-oder Minimalwert-Pixelenthalten.Altemativ kannein fiirdieDarstellung vonBlutgeraBennutzlicher

Mode

ausgewahlt werden,bei

dem

die Pixeldateninvertiertund danndieMaximalwerteaufdie Bildebeneprojiziertwerden.

GemaB

einemweiteren

Modus

kanndieStrahlwurftechnik 60 eingesetztwerden,

um

eineOberrlachenwiedergabe(Oberflachen-Rendering) zuliefern.

Die vorstehenden bevorzugten Ausfuhrungsbeispielewurden

zum Zwecke

der Veranschaulichung beschrieben.Aban- derungenundModifikationen desGrundkonzeptsder ErfindungwerdensichunschwerfiirFachleuteauf

dem

^{Gebiet der}

Ultraschall-Bildgebung oder der Computergrafik ergeben. Alle derartigen

Abanderungen und

Modifikationen sollen

durchdie nachfolgend aufgefuhrten AnspriichemitumfaBtwerden. ⁶⁵

7

BXSDOGSD:<£>E_ie3ie^D0A1_L>

DE L98 19 800 A

¹

Patentanspriiche

1. Einriehtung zurdreidi

mens

ion ale n Bildgebung voneinemUltraschall-streuenden

Medium

ineinemObjektvo- lumen, enthaitend:

einUltraschall-Wandler-Array

zum

Aussenden vonUltraschall-Bundeln und

zum

Erfassen von Ultraschall-Echos.

diedurch eine Vielzahlvon Sample- bzw.Probevolumenin

dem

Objektvolumenrerlektiert werden:

eineEinriehtung

zum Gewinnen

vonPixelintensitatsdaten, dievonUltraschall-Echos abgeleitetwerden, diedurch dasstreuende

Medium

rerlektiertwerden.wobeijedesPixelintensitatsdatumeinementsprechenden auseiner Viel- zahlvon Sample-bzw. Probevolumenentspricht;

eineSpeichereinrichtung

zum

SpeicherngewonnenerPixelintensitatsdaten furjedesdervielen Sample- bzw. Pro- bevolumen;

eineEinriehtung

zum

Wiedergeben einesSatzes vonPixelintensitatsdaten ausder Speichereinrichtung,dieeinem interessierenden

Volumen

in

dem

Objektvolumenentsprechen;

eineEinriehtung

zum

ProjizierendesPixelintensitats-Datensatzesentsprechend

dem

interessierendenVolumenauf eineBildebene,wodurchein projizierter Pixelintensitats-Datensatz gebildet wird, der ein projiziertes Bilddarstellt:

eine Einriehtung

zum

Ubertragen bzw. Transformieren des projizierten Pixelintensitats-Datensatzes,

um

ein

Kon-

trast-eingesteiltes projiziertesBilddarzustellen;einen Display monitor und

eineEinriehtung

zum

DarstellendesKontrast-eingestellten projiziertenBildesauf

dem

Displaymonitor.

2. EinriehtungnachAnspruch 1,dadurchgekennzeichnet,daGdieTransformationseinrichtungenthalt:

eineEinriehtung

zum

Nullen derIntensitatswertedesprojizierten Pixelintensitats-Datensatzes,derineinemersten Intensitatsbereichliegt;

und

eineEinriehtung

zum

Ubertragen bzw. Transformieren derintensitatswertedesprojizierten Pixelintensitats-Daten- satzes, derin

einem

zweiten Intensitatsbereich _{liegt, in} Kontrast-eingestellte Intensitatswerte, die ineinemdritten Intensitatsbereich liegen,

gemaB

einer linearen Kartierung (Mapping),wobeidie ersten undzweitenIntensitatsbe- reiche an

einem

Pixelintensitats-Schwellenwert

zusammenhangen

undderdritte Intensitatsbereich breiter alsder zweiteIntensitatsbereichistunddiesenuberlappt,wobeidie Kontrasteingestellten Intensitatswerteeinenkartierten projizierten Pixelintensitats-Datensatz bilden,der das Kontrast-eingestelheprojizierteBilddarstellt.

3. Einriehtung nachAnspruch2, dadurchgekennzeichnet, daBder zweite intensitatsbereich Intensitatswerte ent- halt,diegroBeralsdieIntensitatswerte in

dem

ersten Intensitatsbereich sind.

4. Einriehtungnach Anspruch 2,dadurchgekennzeichnet, daBder zweiteIntensitatsbereich Intensitatswerte ent- halt,diekleineralsdie Intensitatswertein

dem

ersten Intensitatsbereich sind.

5. EinriehtungnachAnspruch2,gekennzeichnet durcheineEinriehtung

zum

Zahlen derAnzahl vonPixelnin

dem

projizierten Pixelintensitats-DatensatzmiteinemIntensitatsbereich,derin jedem voneiner Vielzahlvonintensitats- Unterbereichen liegt, wobeidererste IntensitatsbereicheinenerstenSatz der Vielzahlvon Intensitats-Unterberei- chenenthalt

und

derzweiteIntensitatsbereicheinen zweitenSatz einschlieBtunddenerstenSatz derVielzahl von Intensitats-UnterbereichenausschlieBt.

6. Einriehtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einriehtung

zum

Ermitteln des Pixelintensitats- SchwellenwertesalsAntwortaufdenZahlwert, dergleich einervorbestimmtenZahlist, undeineEinriehtung

zum

Erzeugenderlinearen Kartierung (Mapping.)alseineFunktion desPixelintensitats-Schwellenwertes.

7. Einriehtungnach Anspruch2,gekennzeichnet durch eine Einriehtung

zum

ZahlenderAnzahl vonPixelnin

dem

Pixelintensitats-Datensatzmit

einem

Intensitatsbereich,derin jedemvoneiner VielzahlvonIntensitats-Unterberei- chen liegt, wobei dererste Intensitatsbereicheinen ersten Satz derVielzahlvon Intensitatsunterbereichen enthalt undder zweite Intensitatsbereich einen zweiten SatzeinschlieBt und denersten SatzderVielzahl von Intensitats- UnterbereichenausschlieBt.

8. Einriehtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einriehtung

zum

Ermitteln des Pixelintensitats- SchwellenwertesalsAntwortaufdenZahlwert, dergleicheinervorbestimmtenZahlist,undeineEinriehtung

zum

ErzeugenderlinearenKartierung(Mapping)alseineFunktion des Pixeiintensitats-Schwellenwertes.

9. Verfahren zurdreidimensionalen Bildgebung von einemUltraschall-streuenden

Medium

ⁱⁿeinemObjektvolu- men,enthaltenddie Sehritte:

Aussenden vonUltraschail-BiindelnineinerScan-bzw. Abtastebene,diedasObjektvolumenaneiner Vielzahlvon Sample-bzw. Probevolumen inder AbtastebeneSchneider;

Erfassen vonUltraschall-Echos,die vonderVielzahlvon Sample-bzw.Probevolumen inderAbtastebene reflek- tiert werden;

Ab

fastenderAbtastebene durchdasObjektvolumen;

Gewinnen

vonPixelintensitatsdaten, dievonUltraschall-Echosabgeleitetwerden,diedurch das streuende

Medium

rerlektiertwerden, wobeijedes Pixelintensitatsdatumeinementsprechendeneiner Vielzahlvon Sample- bzw. Pro-

bevolumen

entspricht;

Speichern

gewonnener

Pixelintensitatsdaten furjedes dervielenSample-bzw.Probevolumen;

WiederherstelleneinesSatzvonPixelintensitatsdaten ausdengespeicherten

gewonnenen

Pixelintensitatsdaten,

wo-

beijederPixelintensitats-DatensatzeineminteressierendenVolumen in

dem

Objektvolumenentspricht;

ProjizierendesPixelintensitats-DatensatzesaufeineBildebene,wodurchein projizierter Pixelintensitats-Datensatz gebildet wird,derein projiziertesBilddarstellt;

Ubertragen bzw. Transformieren des projizierten Pixelintensitats-Datensatzes,

um

ein Kpntrast-eingestelltesproji- ziertesBilddarzustellen; und

bildlichesDarstellen desKontrast-eingestellten projizierten Bildes.

10. Verfahren nach Anspruch9,dadurchgekennzeichnet,daBder Transformationsschrittdie Sehritteenthalt:

Nullen der Intensitatswerte des projizierten Pixelintensitats-Datensatzes, der in einem ersten Intensitatsbereich liegt, und

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TransformierencterIntensitatswerte von

dem

projizierten Pixelintensitats-Datensatz.derineinemzweiten Intensi- tatsbereichliegt, inKontrast-eingestellte Intensitatswerte, dieineinemdrittenIntensitatsbereich liegen,gemafiei- ner linearen Kartierung (Mapping), wobei die ersten und zweiten Intensitatsbereiche an einem PTxelintensitats- Schwellenwert

zusammenhangen

und wobeiderdritte Intensitatsbereichbreiter alsderzweiteIntensitatsbereichist

unddieseniiberlappt.wobeidie Kontrast-eingestellten Intensitatswerte, die einen kartierten projizierten Pixelinten- sitats-Datensatz bilden,dasKontrast-eingestellte projizierteBilddarstellen.

11. Verfahren nach Ansprueh 10. dadurchgekennzeichnet. daB der zweiteIntensitatsbereich Intensitatswerte ent- halt.diegroweralsdie Intensitatswertein

dem

ersten Intensitatsbereich sind.

12. Verfahren nachAnsprueh 10. dadurchgekennzeichnet,daB_{der zweite}Intensitatsbereich Intensitatswerte

em-

halt,die kleineralsdie Intensitatswerte in

dem

ersten Intensitatsbereichsind.

13. Verfahrennach Ansprueh 10,dadurchgekennzeichnet, daBdieAnzahl vonPixelnin

dem

projizierten Pixelin- tensitats-Datensatzmileinem Intensitatsbereich, derinjedeni einer VielzahlvonIntensitats-Unterbereichen lie^t, gezahlt wird.wobei dererste IntensitatsbereicheinenerstenSatz derVielzahlvonIntensitats-Unterbereichen ent- haltundder zweite Intensitatsbereicheinen zweiten SatzeinschlieBtunddenersten Satzder Vielzahlvon Intensi- tats-Unterbereichen ausschlieBt.

14. VerfahrennachAnsprueh 13,gekennzeichnet durchdie Schritte:

Ermittelndes Pixelintensitats-SchwellenwertesbeieinemZahlwert. dergleich einervorbestimmtenZahlist. und ErzeugenderlinearenKarrierung(Mapping)alseineFunktion desPixelintensitats-Schweilenwertes.

15. Verfahren nachAnsprueh 10,dadurchgekennzeichnet.daBdieAnzahl vonPixelnineinemUntersatzvon

dem

Pixelintensitats-Datensatz gezahlt wird,der

dem

interessierenden Volunien_miteinemIntensitatsbereich entspricht. 20 derin

jedem

voneinerVielzahlvonIntensitats-Unterbereichenliegt,wobeiderersteIntensitatsbereicheinenersten Satz der vielen Intensitats-Unterbereiche enthalt

und

der zweite Intensitatsbereicheinen zweiten Satz einschlieBt und denerstenSatzdervielen Intensitats-Unterbereiche ausschlieBt.

16. Verfahren nach Ansprueh 15,gekennzeichnet durchdieSchritte:

Ermittelndes Pixelintensitats-Schwellenwertesbei

dem

Zahlwert, dergleich einervorbestimmten Zahlist, und 25

Erzeugenderlinearen Kartierung(Mapping) alseineFunktion desPixeiintensitats-Schwellenwertes.

17. VerfahrenzurdreidimensionalenBildgebung von

einem

Ultraschall-streuenden

Medium

ineinemObjektvolu- men,enthaltend dieSchritte:

Aussendenvon Ultraschall-BundelnineinerAbtast- bzw. Scanebene,diedasObjektvolumenaneiner Vielzahlvon

Sample-bzw.Probevolumen inder Abtastebeneschneidet; ^- ₃₀

Erfassen vonUlfraschall-Echos, dievonder Vielzahlvon Sample- bzw.Probevolumen inder Abtastebene reflek- tiertwerden;

Abtasten der Abtastebene durch das Objekt

volumen

aneiner Vielzahl vonAbtastpositionen;

Gewinnen

einerVielzahlvon Untersatzen von Pixelintensitatsdaten. dievonUltraschall-Echosabgeleitetwerden, diedurch dasstreuende

Medium

inentsprechendenEbenenreflektiertwerden, diedurchdieAbtastpositionen der 15 Abtastebenedefiniertsind,wobeijeder UntersatzvonPixelintensitatsdaten einentsprechendesIntensitatsdatenbild (Frame) bildet;

Speichern derVielzahlvonIntensitatsdatenbildern;

Wiedergebeneines entsprechenden Untersatzes vonPixelintensitatsdaten, dieeineminteressierenden Bereichent- sprechen, aus gewahlten aufeinanderfolgenden gespeicherten Intensitatsdatenbildern, wobei die Pixelintensitats- 40 Datenuntersatze. dieeinenPixelintensitats-Datensatz bilden,eineminteressierenden

Volumen

in

dem

Objektvolu-

men

entsprechen;

ProjizierendesPixelintensitats-Datensatzesauf eine Bildebene.wodurchein projizierter Pixelintensitats-Datensatz gebildet wird,dereinprojiziertesBilddarstelit;

Transformieren desprojizierten Pixelintensitats-Datensatzes, urn ein Kontrast-eingestelltes projiziertesBilddarzu- 45 stellen;und

bildliches Darstellen eines Bildes,das dasKontrasteingestellte projizierteBilde aufweist,das aufeinem zentralen Bereichvon einemgewahlten derVielzahl vonIntensitatsdatenbildern(Frames)uberlagertist.

18. Verfahren nachAnsprueh 17,dadurchgekennzeichnet,daBderTransformationsschritt die Schritteenthalt:

Nullen der Intensitatswerte des projizierten Pixelintensitats-Datensatzes, der in

einem

ersten Intensitatsbereich 50 liegt, und

Transformierender Intensitatswertedesprojizierten Pixelintensitats-Datensatzes,der ineinem zweitenIntensitats- bereichliegt,inKontrast-eingestellte Intensitatswerte, dieineinemdrittenIntensitatsbereich liegen,

gemaB

einerli-

nearen Kartierung (Mapping),wobeidie ersten

und

zweitenIntensitatsbereiche an

einem

Pixelintensitats-Sehwel- lenwerte

zusammenhangen

und wobeiderdritte Intensitatsbereichbreiter istalsder zweiteIntensitatsbereichund 55 diesen iiberlappt. wobei die Kontrast-eingestellten Intensitatswerte einen kartierten, projizierten Pixelintensitats- Datensatzbilden.derdasKontrast-eingestellte projizierteBilddarstelit.

19. Verfahren nachAnsprueh 18,dadurchgekennzeichnet,daBdieAnzahlvon Pixelnin

dem

projizierten Pixelin- tensitats-DatensatzmiteinemIntensitatsbereich gezahlt wird,derin

jedem

voneiner Vielzahl vonIntensitats-Un- terbereichen liegt,wobeidererste IntensitatsbereicheinenerstenSatz aus derVielzahlvonIntensitats-Unterberei- 60 cheneinschlieBtundder zweiteIntensitatsbereich einenzweiten SatzeinschlieBtund denerstenSatz dervielenIn- tensitats-Unterbereiche ausschlieBt.

20. Verfahren nachAnsprueh 19,gekennzeichnet durchdieSchritte:

Ermittelndes Pixelintensitats-SchwellenwertesbeieinemZahlwert, dergleich einervorbestimmten Zahlist,und Erzeugen derlinearen Kartierung(Mapping) alseine Funktion desPixeiintensitats-Schwellenwertes. 65

Hierzu 8Seite(n)Zeichnungen

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INITIALISIEREN

FILTERN

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QUELLDATEN

IN LOKALEN SPEICHER EINLESEN

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TRIGONOMETRISCHE TABELLEN

VORBERECHNEN

-32

STRAHLEN AUF BILDEBENE PROJIZIEREN

BILD SKALIEREN

KONTRAST ABGLEICHEN

BILD SPEICHERN

-34

-36

-38

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FIG. 3

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