WO1999005542A1 - Verfahren zur aufnahme von ultraschallbildern bewegter objekte - Google Patents

Verfahren zur aufnahme von ultraschallbildern bewegter objekte Download PDF

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WO1999005542A1
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Bernhard Mumm
Johannes Waldinger
Dietmar Kaiser
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Tomtec Imaging Systems Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for recording ultrasound images of moving objects, in particular blood vessels or organs of living beings, according to the preamble of claim 1.
  • an ultrasound transmitter for emitting ultrasound waves is directed onto the object, while an ultrasound receiver receives the ultrasound waves reflected by the object.
  • ultrasonic heads are usually used, which contain both the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. These ultrasound heads are moved along the object to be examined in order to record a large number of two-dimensional images, while a large number of individual images of the object are created.
  • the movement of the ultrasound head can be linear, circular, arc-shaped or in any other direction, for example freehand.
  • These pictures represent individual picture Subareas of the object represent and are put together in a data processing system, so that a three-dimensional volume image results.
  • the three-dimensional volume image consists of a “superimposition” of the individual partial image areas, which each represent individual “layers” of the object to be examined.
  • the movement of the ultrasound head along the object to be examined scans it in layers, with a linear scanning the number of layers per unit length determining the resolution of the resulting ultrasound image.
  • the ultrasound images are assembled and displayed in accordance with the incremental recording of individual partial image areas.
  • the movement of the transducer can be realized by mechanics, by a sound deflection device integrated in the transducer, or by free-hand imaging with magnetic or optical sensor systems for the three-dimensional assignment of the ultrasound images.
  • the assignment of the individual “layers” of the object can also be accomplished, for example, by the method of the parallel patent application made by the applicant.
  • the compilation of the ultrasound images for the acquisition of the third dimension is usually carried out in a data processing system which detects the video output signal or a digital output signal of the ultrasound system and The corresponding signals are supplied by the ultrasound head or the ultrasound receiver.
  • the image recordings of objects that produce a blurred motion due to their own movement or the movement of neighboring objects are usually recorded synchronized to this movement. Without syncing to the corresponding movement of the object (stroposcope-like image) results in a blurred image or a representation of the object in each of its movement states.
  • a volume image is created for each movement state of the respective object.
  • An example of this is three-dimensional ultrasound imaging of the heart.
  • the corresponding volume images of the heart show all stages (phases) between contraction (systole) and relaxation of the heart (diastole).
  • the successive representation of individual volume images of the heart corresponds to a four-dimensional representation of the heart, the fourth dimension representing the corresponding movement of the heart.
  • Only one state of the object is important in each case for the diagnosis of the individual states of the object to be examined, at specific times of the corresponding movement of the object. For example, at certain points in time of the electrocardiogram or breathing, the movement of the stomach or the perestalsis of a patient's esophagus, the particular organ condition is important for a targeted diagnosis. For example, the stenosis (constriction) of a blood vessel at the time of diastole is considered.
  • systole-diastole cycle (RR interval) (cf. FIG. 3).
  • the image acquisition speed that can be achieved is very low.
  • shots that follow the heart movement ie that follow the patient's pulse rate, approximately one shift is recorded per second, provided the pulse rate shows about 60 heartbeats per minute.
  • the image quality that can be achieved is good, but the long recording times are not acceptable in most cases.
  • the duration of the examination should be kept very short, since the catheter closes the vessel completely or partially, which represents a risk factor for the patient.
  • the long exposure times mentioned above are a great burden for the patient.
  • Movements of the patient which lead to movement artifacts in the three- or four-dimensional image, can be carried out over the long period of image acquisition, e.g. in the case of carotid artery (swallowing, sneezing, coughing, head or neck movement, etc.) do not rule out.
  • Artifacts i.e. The result is blurred images in the ultrasound image (the spatially incorrect assignment of individual ultrasound images corresponding to the image sub-areas by shifting the organ or a part of the organ or the assignment of the organ to the ultrasound head).
  • conventional methods use very large increments per shift or a very fast transducer movement along the organ to be examined is used. This leads to an inhomogeneous resolution in the three-dimensional volume image in the direction of the movement of the transducer.
  • the three-dimensional image is greatly affected by the movement of the organ or the blood vessel during systole and during diastole.
  • the images can only be used to a limited extent for subsequent evaluation and a misinterpretation of the image content by the doctor is possible (see Fig. 2).
  • the invention is based on the object of minimizing the blurring of motion when recording ultrasound images of a moving object and at the same time shortening the image recording time.
  • the process should be designed to be easy to handle and should be able to be implemented using conventional ultrasound devices and data processing systems.
  • the states of motion of the object are recorded in relation to the recordings of the individual partial image areas
  • the recordings of the individual partial image regions are then assigned to the states of motion of the object and are assembled and displayed in accordance with the states of motion of the object.
  • the times for the acquisition of individual partial image areas of the object are controlled by the movement sequences of the object.
  • the times for recording the individual partial image areas of the moving object are determined or regulated in such a way that no or only a few pictures are taken during the largest movement of the object and several pictures are taken at the times when the object moves less.
  • To record blood vessels or organs of a living being no or only a few recordings are made during the systolic cycle and several recordings of individual partial image regions of the blood vessel or the organ during the diastolic cycle.
  • the individual partial image areas can also be recorded at discrete, ie, fixedly defined points in time.
  • the control of the times of the recording of individual partial image areas by the signals of the electrocardiogram of the living being is suitable.
  • the systole is omitted, that is to say, for example, no recordings are made for a period of about 200 ms (at a pulse frequency of 60), and then approximately every 120 to 200 ms in accordance with the electrocardiogram during the diastole create multiple shots.
  • the data processing system selecting the corresponding recordings and processing the desired recordings.
  • the corresponding recordings are omitted, while afterwards, for example, every fifth image is recorded at a recording speed of 25 slices per second.
  • the scanning movement of the ultrasound head takes place continuously. This results in an approximately homogeneous spatial resolution for the scan of approximately four slices per second.
  • the method can be used particularly in the IVUS area. Long recording times are unacceptable in the interest of the patient (e.g. 30 mm with 0.1 mm increment at a pulse of 60 beats per minute: this corresponds to approximately 300 shifts and results in a total recording time of approximately 5 minutes).
  • the recording time can be reduced to approximately 25% of the conventional recording times (with ECG triggering).
  • no images are used during the systolic cycle and approximately 2 to 20, in particular 2 to 10, images of individual partial image regions of the moving organ are used during the diastolic cycle.
  • the method is particularly suitable for flow representations, i.e. through color-coded representations of the moving object or individual areas of the object.
  • the method can also be implemented in that the ultrasound head continuously records individual partial image areas of the object during the movement along the object to be examined and then a data processing system filters out the recordings of the times of greatest movement of the object.
  • This filtering is also expedient in the case of a recording method in which the times for the recording of individual partial image areas are controlled by the electrocardiogram of the living being, specifically if, for example, extrasystoles, ie extraordinary movements of the organ or of the organ, also during diastole object to be examined occur and these images can then be filtered out.
  • Targeted filtering can also be used to produce useful images of patients suffering from arrhythmia, whereby it must be ensured here that a sufficient number of images can still be created during the relaxed phases of the heart.
  • the ultrasound images associated with the individual movement states of the object are recorded continuously, it is possible to combine the ultrasound images associated with the individual movement states of the object to form a state image of the object.
  • one phase of the object results in a corresponding volume image by compiling a large number of ultrasound images that were recorded for a specific movement state.
  • the successive sequence of these volume images results in a representation of the movement sequence of the object in real time, comparable to a "film".
  • a so-called four-dimensional representation of the moving object is possible despite the short recording times.
  • Figure 2 shows a resulting ultrasound image with unsynchronized, i.e. continuous recording of the carotid artery according to Figure 1 by a conventional method
  • FIG. 3 shows the schematic representation of the heartbeat (e.g. EKG) and the discrete recording times of conventional methods
  • FIG. 4 shows the schematic representation of the heartbeat (eg EKG) according to FIG. 3 and the recording times according to the invention during diastole; and 5 shows the schematic representation of the heartbeat (eg EKG) according to FIG. 3 and the recording times of individual movement states according to the invention and their assignment.
  • Figure 1 shows the schematic representation of the ultrasound image examination arrangement for examining the carotid artery, i.e. for examining a moving object 1.
  • An ultrasound head 3 is moved along the direction of travel 6 along the object 1 to be examined, while various “layers”, ie partial image regions 9 of the object 1, are recorded.
  • a sound medium 7 such as oil, gel or water, which guides the ultrasound waves 8 from the ultrasound head 3 to the body wall 2.
  • the ultrasound head 3 supplies the corresponding image signals to a data processing system 4 which, after the processing of the ultrasound images, is a three-dimensional or four-dimensional (ie a moving one) three-dimensional image) to a display device 5.
  • the individual partial image areas 9 are assembled in the data processing system 4, so that a three- or four-dimensional image results on the display device 5.
  • the control of the ultrasound head 3 and the movement of the ultrasound head 3 either take over the data processing system 4 or a control device (not shown here).
  • FIG. 2 shows the section AA according to FIG. 1 through a carotid artery of a patient to be examined, the ultrasound image shown here being produced by the continuous recording of individual partial image areas 9.
  • a carotid artery wall which is represented as a wavy line, which has arisen in that the carotid artery moves through the heartbeat of the patient during the scanning process (approx. 25 images per second), ie has a larger or smaller diameter and these changing diameters are shown in a picture. This results in a smaller or larger diameter or a change in the position of the carotid artery during systole and diastole of the heart.
  • approximately 8 heartbeats can be seen, each heartbeat being divided into a systolic cycle 10 and a diastolic cycle 11.
  • the individual image partial areas 9 are shown schematically, the ultrasound image shown here being built up from approximately 200 image partial areas 9.
  • FIG. 3 shows schematically the EKG 12, which represents the movement sequence of the heart (the heartbeat of a patient) and which has movement maxima 14 at regular intervals, while between the movement maxima, i.e. during the relaxation of the heart, experience has shown that there are times of less movement.
  • FIG. 4 also schematically shows the EKG 12 of a patient with the movement maxima 14. According to the method according to the invention, a number of different recording times i 13 are defined here, which are recorded during the diastolic cycle 11. No images are taken during the systolic cycle 10, ie during the greatest movement of the heart, in order to avoid motion blur of the three-dimensional ultrasound image.
  • This method allows the organ to be examined, which is moved by the patient's heartbeat, to be displayed during the diastolic cycle 11, with the motion blur of the ultrasound image being minimized due to a plurality of recordings of partial image areas 9 during the diastolic cycle 11 leaves.
  • the image acquisition time is shortened many times over.
  • FIG. 5 shows the schematic representation of the EKG 12 according to FIG. 3 and the recording times according to the invention of individual movement states and their assignment.
  • the partial image areas 9 are recorded continuously.
  • individual recording times, ie the corresponding partial image areas 9, to the respective movement states of the object 1, the corresponding three-dimensional volume images of individual movement states of the object are obtained.
  • individual partial image areas 9 are put together (“stacked”) and result in a three-dimensional image of the object 1 relating to a certain state of motion.
  • the sequence of these individual volume images results in a real-time representation of the Movement of the object like in a film, faster or slower (slow motion) representations of the movements of the object can be realized Data processing system which also assigns the individual image sub-areas to a volume image.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern bewegter Objekte (1), wobei ein Ultraschallsender Ultraschallwellen auf das Objekt (1) abstrahlt und ein Ultraschallempfänger die vom Objekt (1) reflektierten Ultraschallwellen empfängt. Ein Datenverarbeitungssystem (4) erfaßt und speichert die empfangenen Ultraschallwellen sowie den jeweiligen Bewegungszustand des Objekts (1). Der Ultraschallsender bzw. der Ultraschallempfänger wird entlang dem bewegten Objekt (1) verfahren und nimmt Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen (9) des Objekts (1) auf. Zu den Zeitpunkten größter Bewegungen des Objekts werden keine oder nur wenige Aufnahmen und zu den Zeitpunkten geringerer Bewegung des Objekts werden mehrere Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen (9) des Objekts (1) erstellt und/oder verwertet. Durch die Zuordnung der einzelnen Bild-Teilbereiche (9) zu den entsprechenden Bewegungszustände selektiv oder ganze Bewegungsabläufe des Objekts (1) in Echtzeit darstellen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufnahme von Blutgefäßen eines Lebewesens, wobei die Zeitpunkte der Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche (9) des Blutgefäßes durch das Elektrokardiogramm des Lebewesens gesteuert werden.

Description

,Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern bewegter
Objekte"
„Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern bewegter Objekte"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern bewegter Objekte, insbesondere von Blutgefäßen oder Organen von Lebewesen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Aufnahme von Objekten mittels Ultraschallgeräten wird ein Ultraschallsender zur Abstrahlung von Ultraschallwellen auf das Objekt gerichtet, während ein Ultraschallempfänger die von dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen empfängt. Dafür werden üblicherweise Ultraschaliköpfe verwendet, die sowohl den Ultraschallsender als auch den Ultraschallempfänger beinhalten. Diese Ultraschallköpfe werden zur Aufnahme einer Vielzahl von zweidimensionalen Bildern entlang dem zu untersuchenden Objekt bewegt, während eine Vielzahl von einzelnen Bildern des Objekts erstellt werden. Die Bewegung des Ultraschallkopfes kann dabei linear, zirkulär, bogenförmig oder in einer beliebigen anderen Richtung, beispielsweise freihand, erfolgen. Diese Bilder stellen einzelne Bild- Teilbereiche des Objekts dar und werden in einem Datenverarbeitungssystem zusammengesetzt, so daß sich ein dreidimensionales Volumenbild ergibt. Das dreidimensionale Volumenbild besteht dabei aus einer „Übereinanderschichtung" der einzelnen Bild-Teilbereiche, die jeweils einzelne „Schichten" des zu untersuchenden Objekts darstellen. Durch die Bewegung des Ultraschallkopfes entlang dem zu untersuchenden Objekt wird dieses schichtweise gescannt, wobei bei einer linearen Abtastung die Anzahl der Schichten pro Längeneinheit die Auflösung des resultierenden Ultraschallbildes bestimmen. Bei zirkulären oder anderen Abtastbewegungen werden die Ultraschallbilder entsprechend der inkrementalen Aufnahme von einzelnen Bild-Teilbereichen zusammengesetzt und dargestellt .
Die Bewegung des Schallkopfes kann durch eine Mechanik, durch eine in den Schallkopf integrierte Schallablenkeinrichtung oder durch Freihandbildaufnahmen mit magnetischen oder optischen Sensorsystemen zur dreidimensionalen Zuordnung der Ultraschallbilder realisiert werden. Die Zuordnung der einzelnen „Schichten" des Objekts kann beispielsweise auch durch das Verfahren der vom Anmelder getätigten parallelen Patentanmeldung bewerkstelligt werden. Die Zusammenstellung der Ultraschallbilder zur Erfassung der dritten Dimension erfolgt üblicherweise in einem Datenverarbeitungssystem, welches das Videoausgangssignal oder ein digitales Ausgangssignal des Ultraschallsystems erfaßt und entsprechend auswertet. Die entsprechenden Signale liefert der Ultraschallkopf, respektive der Ultraschallempfänger.
Die Bildaufnahmen von Objekten, die durch ihre Eigenbewegung oder durch die Bewegung benachbarter Objekte eine Bewegungs- unschärfe erzeugen, werden üblicherweise auf diese Bewegung synchronisiert aufgenommen. Ohne die Synchronisierung auf die entsprechende Bewegung des Objekts (stroposkopartige Aufnahme) ergibt sich ein unscharfes Bild bzw. eine Darstellung des Objekts in jedem seiner Bewegungszustände. Bei einer auf die Bewegung des Objekts synchronisierten Aufnahme entsteht je Bewegungszustand des jeweiligen Objekts ein Volumenbild. Ein Beispiel dafür ist die dreidimensionale Ultraschallbildaufnahme des Herzens. Die entsprechenden Volumenbilder des Herzens zeigen nacheinander alle Stufen (Phasen) zwischen Kontraktion (Systole) und Erschlaffung des Herzens (Diastole) . Die sukzessive Darstellung einzelner Volumenbilder des Herzens entspricht einer vierdimensionalen Darstellung des Herzens, wobei die vierte Dimension die entsprechende Bewegung des Herzens repräsentiert.
Zur Diagnose der einzelnen Zustände des zu untersuchenden Objektes, zu bestimmten Zeitpunkten der entsprechenden Bewegung des Objekts, ist jeweils nur ein Zustand des Objekts wichtig. Beispielsweise ist zu bestimmten Zeitpunkten des Elektrokardiogramms oder der Atmung, der Bewegung des Magens oder der Perestaltik der Speiseröhre eines Patienten der jeweilige Organzustand für eine gezielte Diagnose wichtig. Beispielsweise wird die Stenose (Engstelle) eines Blutgefäßes zum Zeitpunkt der Diastole betrachtet.
Bei der Aufnahme von Blutgefäßen oder Organen wird je Bewegungszyklus, z.B. Systole-Diastole-Zyklus (RR-Intervall) eine einzige Schicht aufgenommen (vgl. Figur 3). Die erreichbare Bildaufnahmegeschwindigkeit ist dabei sehr gering. Für Aufnahmen, die der Herzbewegung folgen, d.h. die der Pulsfrequenz des Patienten folgen, wird pro Sekunde ca. eine Schicht aufgenommen, sofern die Pulsfrequenz etwa 60 Herzschläge pro Minute zeigt. Die erreichbare Bildqualität ist gut, die langen Aufnahmezeiten sind in der Routine in den meisten Fällen jedoch nicht akzeptabel. Bei der Bildaufnahme von Herzkranzgefäßen mittels Katheter ist die Zeitdauer der Untersuchung sehr kurz zu halten, da der Katheter das Gefäß ganz oder teilweise verschließt, welches ein Risikofaktor für den Patienten darstellt. Hier sind die oben erwähnten langen Aufnahmezeiten für den Patienten eine große Belastung.
Bewegungen des Patienten, die zu Bewegungsartefakten im drei- oder vier- di ensionalen Bild führen, lassen sich über den langen Zeitraum der Bildaufnahme, z.B. bei der Karotis (Schlucken, Niesen, Husten, Kopf- oder Halsbewegung, etc..) nicht ausschließen. Artefakte, d.h. Unscharfen im Ultraschallbild (die räumlich falsche Zuordnung einzelner den Bild- Teilbereichen entsprechender Ultraschallbilder durch Verschiebung des Organs oder eines Teils des Organs oder der Zuordnung Organ-Ultraschallkopf), sind dann die Folge. Als Ausweg benutzen herkömmliche Verfahren sehr große Schrittweiten pro Schicht oder es wird mit einer sehr schnellen Schallkopfbewegung längs des zu untersuchenden Organs gearbeitet. Dies führt zu einer inhomogenen Auflösung im dreidimensionalen Volumenbild in Richtung der Bewegung des Schallkopfes .
Bei einer kontinuierlichen Bildaufnahme während der Bewegung des Schallkopfes und bei Kopplung des Schallkopfes an die Videonorm, z.B. PAL, werden pro Sekunde in etwa 25 Schichten aufgenommen. Das dreidimensionale Bild wird jedoch durch die Bewegung des Organs oder des Blutgefäßes während der Systole und während der Diastole stark beeinträchtigt. Die Bilder könnnen zur anschließenden Auswertung nur eingeschränkt verwendet werden und eine Fehlinterpretation der Bildinhalte durch den Arzt ist möglich (vgl. Fig.2). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegungsun- schärfe bei der Aufnahme von Ultraschallbildern eines bewegten Objekts zu minimieren und gleichzeitig die Bildaufnahmezeit zu verkürzen. Dabei soll das Verfahren einfach handhabbar gestaltet sein und sich mit herkömmlichen Ultraschallgeräten und Datenverarbeitungssystemen realisieren lassen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet .
Während der Ultraschallkopf zur Aufnahme von einzelnen Bild- Teilbereichen des bewegten Objekts entlang dem Objekt verfahren wird und dabei zu bestimmten Zeitpunkten Aufnahmen des Objekts erstellt, die die einzelnen „Schichten" des Objekts darstellen und die später in dem Datenverarbeitungssystem zu einem dreidimensionalen Volumenbild zusammengesetzt werden, werden zu den Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche die Bewegungszustände des Objekts erfaßt. Die Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche werden dann den Bewegungszuständen des Objekts zugeordnet und entsprechend den Bewegungszuständen des Objekts zusammengesetzt und dargestellt.
Insbesondere werden die Zeitpunkte zur Aufnahme von einzelnen Bild-Teilbereichen des Objekts durch die Bewegungsabläufe des Objekts gesteuert. Beispielsweise werden die Zeitpunkte zur Aufnahme der einzelnen Bild-Teilbereiche des bewegten Objekts derart festgelegt oder geregelt, daß während der größten Bewegung des Objekts keine oder nur wenige Aufnahmen und zu den Zeitpunkten geringerer Bewegung des Objekts mehrere Aufnahmen erstellt werden. Zur Aufnahme von Blutgefäßen oder Organen eines Lebewesens werden während des systolischen Zyklus keine oder nur wenige Aufnahmen und während des diastolischen Zyklus mehrere Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen des Blutgefäßes oder des Organs erstellt. Ist die Bewegung des zu untersuchenden Objekts bekannt, so können die einzelnen Bild- Teilbereiche auch zu diskreten, d.h. fest definierten Zeitpunkten aufgenommen werden. Zur Aufnahme von durch den Herzschlag bewegten Objekten innerhalb eines Lebewesens eignet sich die Steuerung der Zeitpunkte der Aufnahme von einzelnen Bild-Teilbereichen durch die Signale des Elektrokardiogramms des Lebewesens.
Während der Ultraschallkopf längs des Organs des Lebewesens verfahren wird, werden kontinuierlich einzelne Aufnahmen unterschiedlicher Bild-Teilbereiche des Organs aufgenommen. Durch Kopplung der Aufnahmezeiten mit dem EKG des Lebewesens wird die Systole ausgelassen, d.h. es werden beispielsweise für einen Zeitraum von etwa 200 ms (bei einer Pulsfrequenz von 60) keine Aufnahmen erstellt, um anschließend etwa alle 120 bis 200 ms entsprechend dem Elektrokardiogramm während der Diastole mehrere Aufnahmen zu erstellen. Dies ist auch durch eine kontinuierliche Aufnahme des Organs möglich, wobei das Datenverarbeitungssystem die entsprechenden Aufnahmen ausselektiert und die gewünschten Aufnahmen verarbeitet. In der Zeit der größten Bewegungsartefakte durch die Pulsation werden also die entsprechenden Aufnahmen ausgelassen, während danach bei einer Aufnahmegeschwindigkeit von z.B. 25 Schichten pro Sekunde, z.B. jedes fünfte Bild aufgenommen wird. Die Scanbewegung des Ultraschallkopfes erfolgt dabei kontinuierlich. Dadurch erreicht man eine annähernd homogene Ortsauflösung für den Scan von ca. vier Schichten pro Sekunde. Das Verfahren ist besonders im IVUS-Bereich einsetzbar. Hier sind lange Aufnahmezeiten im Interesse des Patienten unakzeptabel (z.B. 30 mm mit 0,1 mm Inkrement bei Puls 60 Schlägen pro Minute: dies entspricht in etwa 300 Schichten und ergibt eine Gesamtaufnahmezeit von etwa 5 Minuten) .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Aufnahmezeit auf ca. 25 % der herkömmlichen Aufnahmezeiten (bei EKG- Triggerung) verringern. Vorteilhafterweise werden während des systolischen Zyklus keine Aufnahmen und während des diasto- lischen Zyklus etwa 2 bis 20, insbesondere 2 bis 10 Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen des bewegten Organs verwertet. Insbesondere eignet sich das Verfahren für Flußdarstellungen, d.h. durch farblich gekennzeichnete Darstellungen des bewegten Objekts, bzw. einzelner Bereiche des Objekts.
Das Verfahren läßt sich auch dadurch realisieren, daß der Ultraschallkopf während der Bewegung entlang dem zu untersuchenden Objekts kontinuierlich einzelne Bild- Teilbereiche des Objekts aufnimmt und anschließend ein Datenverarbeitungssystem die Aufnahmen der Zeitpunkte größter Bewegung des Objekts ausfiltert. Diese Ausfilterung ist auch bei einem Aufnahmeverfahren zweckmäßig, bei dem die Zeitpunkte zur Aufnahme von einzelnen Bild-Teilbereichen durch das Elektrokardiogramm des Lebewesens gesteuert werden, und zwar dann, wenn beispielsweise auch während der Diastole Extra- systolen, d.h. außerordentliche Bewegungen des Organs bzw. des zu untersuchenden Objekts auftreten und diese Bildaufnahmen dann ausgefiltert werden können. Durch gezielte Filterung lassen sich auch brauchbare Bilder von Patienten erstellen, die unter einer Arhytmie leiden, wobei hier gewährleistet sein muß, daß noch eine genügende Anzahl von Bildern während der erschlafften Phasen des Herzens erstellt werden können. Werden die Bild-Teilbereiche eines Objekts kontinuierlich aufgenommen, so besteht die Möglichkeit, jeweils die den einzelnen Bewegungszuständen des Objekts zugehörigen Ultraschallbilder zu einem Zustandsbild des Objekts zusammenzufassen. Jeweils eine Phase des Objekts ergibt ein entsprechendes Volumenbild durch Zusammenstellung einer Vielzahl von Ultraschallbildern die zu einem bestimmten Bewegungszustand aufgenommen wurden. Die sukzessive Aneinanderreihung dieser Volumenbilder ergibt eine Darstellung des Bewegungsablaufes des Objekts in Echtzeit, vergleichbar mit einem „Film". Eine sog. vierdimensionale Darstellung des bewegten Objekts trotz geringer Aufnahmezeiten ist möglich.
Ein besonderes Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen wie folgt erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch ein Ultraschallsystem
(Ultraschallbild-Untersuchungsanordnung) , zur Untersuchung der Halsschlagader eines Patienten;
Figur 2 ein sich ergebendes Ultraschallbild bei unsynchronisierter, d.h. kontinuierlicher Aufnahme der Halsschlagader nach Figur 1 durch ein herkömmliches Verfahren;
Figur 3 die schematische Darstellung des Herzschlages (z.B. EKG) sowie der diskrete Aufnahmezeitpunkte herkömmlicher Verfahren;
Figur 4 die schematische Darstellung des Herzschlages (z.B. EKG) nach Figur 3 sowie die erfindungsgemäßen Aufnahmezeitpunkte während der Diastole; und Figur 5 die schematische Darstellung des Herzschlages (z.B. EKG) nach Figur 3 sowie die erfindungsgemäßen Aufnahmezeitpunkte einzelner Bewegungszustände und deren Zuordnung.
Figur 1 zeigt die schematische Darstellung der Ultraschallbild-Untersuchungsanordnung zur Untersuchung der Halsschlagader, d.h. zur Untersuchung eines bewegten Objekts 1. Ein Ultraschallkopf 3 wird längs der Verfahrrichtung 6 entlang dem zu untersuchenden Objekt 1 verfahren, während verschiedene „Schichten" d.h. Bild-Teilbereiche 9 des Objekts 1 aufgenommen werden. Zwischen dem Ultraschallkopf 3 und der Körperwand 2 befindet sich üblicherweise ein Schallmedium 7, wie beispielsweise Öl, Gel oder Wasser, welches die Ultraschallwellen 8 vom Ultraschallkopf 3 zur Körperwand 2 leitet. Der Ultraschallkopf 3 liefert die entsprechenden Bildsignale an ein Datenverarbeitungssystem 4, welches nach der Verarbeitung der Ultraschallbilder ein dreidimensionales oder vierdimensionales (d.h. ein bewegtes dreidimensionales Bild) an ein Anzeigegerät 5 weiterleitet.
Die einzelnen Bild-Teilbereiche 9 werden in dem Datenverarbeitungssystem 4 zusammengesetzt, so daß sich am Anzeigegerät 5 ein drei- oder vierdimensionales Bild ergibt. Die Ansteuerung des Ultraschallkopfes 3 sowie die Bewegung des Ultraschallkopfes 3 übernimmt entweder das Datenverarbeitungssystem 4 oder ein hier nicht dargestelltes Steuergerät.
Figur 2 zeigt den Schnitt A-A nach Figur 1 durch eine Halsschlagader eines zu untersuchenden Patienten, wobei das hier gezeigte Ultraschallbild durch die kontinuierliche Aufnahme einzelner Bild-Teilbereiche 9 entstanden ist. In dem Ultraschallbild nach Figur 2 erkennt man eine als Wellenlinie sich darstellende Halsschlagaderwand, die dadurch entstanden ist, daß sich während des Scanvorganges (ca. 25 Bilder pro Sekunde) durch den Herzschlag des Patienten die Halsschlagader bewegt, d.h. jeweils größere bzw. kleinere Durchmesser aufweist und sich diese sich ändernden Durchmesser in einem Bild dargestellt werden. So ergibt sich während der Systole und während der Diastole des Herzens ein kleinerer bzw. größerer Durchmesser bzw. eine Lageänderung der Halsschlagader. In dem Ultraschallbild nach Figur 2 erkennt man in etwa 8 Pulsschläge des Herzens, wobei sich jeder Pulsschlag in einen systolischen Zyklus 10 und einen diastolischen Zyklus 11 aufteilt. Die einzelnen Bild- Teilbereiche 9 sind schematisch dargestellt, wobei das hier gezeigte Ultraschallbild aus etwa 200 Bild-Teilbereichen 9 aufgebaut wurde.
Figur 3 zeigt schematisch das EKG 12, das den Bewegungsablauf des Herzens (den Herzschlag eines Patienten) repräsentiert und das in gleichmäßigen Abständen Bewegungsmaxima 14 aufweist, während zwischen den Bewegungsmaxima, d.h. während der Erschlaffung des Herzens, erfahrungsgemäß Zeiten geringerer Bewegung vorzufinden sind.
Im unteren Teil der Figur 3 erkennt man die Aufnahmezeitpunkte 13, die entsprechend den Bewegungsmaxima 14 des Herzens angeordnet sind, so daß sich durch dieses Aufnahmeverfahren stro- poskopartig die Bewegungszustände der durch den Herzschlag bewegten Organe jeweils vor Beginn des systolischen ZykluslO darstellen läßt. Eine zeitliche Verschiebung der Aufnahmezeitpunkte durch ein Zeit-Offset ist üblicherweise möglich. Figur 4 zeigt ebenfalls schematisch das EKG 12 eines Patienten mit den Bewegungsmaxima 14. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden hier eine Anzahl von unterschiedlichen Aufnahmezeitpunktesi 13 definiert, die während des diastolischen Zyklus 11 aufgenommen werden. Während des systolischen Zyklus 10, d.h. während der größten Bewegung des Herzens, werden keine Aufnahmen erstellt, um eine Bewegungsunschärfe des dreidimensionalen Ultraschallbildes zu vermeiden. Durch dieses Verfahren läßt sich das jeweils zu untersuchende Organ, welches durch den Herzschlag des Patienten bewegt wird, während des diastolischen Zyklus 11 darstellen, wobei sich hier aufgrund einer Mehrzahl von Aufnahmen von Bild-Teilbereichen 9 während des diastolischen Zyklus 11 die Bewegungsunschärfe des Ultraschallbildes minimieren läßt. Die Bildaufnahmezeit verkürzt sich gleichzeitig um ein Vielfaches.
Figur 5 zeigt die schematische Darstellung des EKGs 12 nach Figur 3 sowie die erfindungsgemäßen Aufnahmezeitpunkte einzelner Bewegungszustände und deren Zuordnung. Die Bild- Teilbereiche 9 werden kontinuierlich aufgenommen. Durch Zuordnung einzelner Aufnahmezeitpunkte, d.h. der entsprechenden Bild-Teilbereiche 9, zu den jeweiligen Bewegungszuständen des Objekts 1 ergeben sich die entsprechenden dreidimensionalen Volumenbilder einzelner Bewegungszustände des Objekts. Je nach Phase, d.h. je nach Bewegungszustand des Objekts 1 werden einzelne Bild- Teilbereiche 9 zusammengestellt („aufeinandergeschichtet") und ergeben in der Darstellung ein dreidimensionales Bild des Objekts 1 zu einem bestimmten Bewegungszustand. Die Aneinanderreihung dieser einzelnen Volumenbilder ergibt eine Echtzeit-Darstellung der Bewegung des Objekts wie in einem Film. Auch schnellere oder langsamere (Zeitlupe) Darstellungen der Bewegungen des Objekts lassen sich dadurch realisieren. Die Selektion der einzelnen Aufnahmezeitpunkte übernimmt das Datenverarbeitungssystem, welches auch die Zuordnung der einzelnen Bild-Teilbereiche zu einem Volumenbild vornimmt.

Claims

,Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern bewegterObjekte"Patentansprüche
1. Verfahren zur Aufnahme von Ultraschallbildern eines bewegten Objekts, insbesondere eines Blutgefäßes, mit einem Utraschallsender zur Abstrahlung von Ultraschall¬ wellen auf das Objekt, und einem Ultraschallempfänger zum Empfangen von von dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen, wobei der Ultraschallsender und/oder der Ultraschallempfänger entlang dem Objekt verfahren wird und entsprechend den Bewegungen des Objekts zu bestimmten Zeitpunkten Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen des Objekts erstellt werden, dadurch gekennzeichne , daß zu den Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche (9) die Bewegungszustände des Objekts (1) erfaßt werden, daß die Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche (9) den Bewegungszuständen des Objekts (1) zugeordnet werden, und daß die Aufnahmen der einzelnen Bild-Teilbereiche (9) entsprechend den Bewegungszuständen des Objekts (1) zusammengesetzt und dargestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte zur Aufnahme von einzelnen Bild- Teilbereichen (9) des Objekts (1) durch die Bewegungsabläufe des Objekts (1) gesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte für die Aufnahme von einzelnen Bild- Teilbereichen (9) des Objekts (1) durch Signale des Elektrokardiogramms, der Atmung, der Magenbewegung, der Perestaltik der Speiseröhre oder einer Kombination aus diesen Signalen eines Lebewesens gesteuert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Zeitpunkten größter Bewegung des Objekts (1) keine oder nur wenige Aufnahmen und zu den Zeitpunkten geringerer Bewegung des Objekts mehrere Aufnahmen von einzelnen Bild- Teilbereichen (9) des Objekts (1) erstellt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von Blutgefäßen oder Organen eines Lebewesens während des systolischen Zyklus (10) keine oder nur wenige Aufnahmen und während des diastolischen Zyklus (11) mehrere Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen (9) des Blutgefäßes oder des Organs erstellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bild-Teilbereiche (9) des Blutgefäßes oder des Organs zu diskreten, fest definierten Zeitpunkten aufgenommen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte zur Aufnahme von einzelnen Bild- Teilbereichen (9) des Blutgefäßes oder des Organs anhand von Signalen des Elektrokardiogramms, der Atmung, der Magenbewegung, der Perestaltik der Speiseröhre oder einer Kombination aus diesen Signalen des Lebewesens gesteuert werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des systolischen Zyklus (10) keine Aufnahmen und während des diastolischen Zyklus (11) etwa 2 bis 10 Aufnahmen von einzelnen Bild-Teilbereichen (9) des Blutgefäßes oder des Organs erstellt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bild-Teilbereiche (9) des Objekts (1) kontinuierlich aufgenommen werden und daß durch ein Datenverarbeitungssystem (4) die Aufnahmen der
Zeitpunkte größter Bewegung des Objekts (1) ausgefiltert werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bild-Teilbereiche (9) des Objekts (1) kontinuierlich aufgenommen werden und daß Aufnahmen einzelner Bild-Teilbereiche (9) entsprechend sich wiederholender Bewegungszustände des Objekts (1) zu einem Zustandsbild des Objekts (1) zusammengefaßt und dargestellt werden .
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustandsbilder einzelner Bewegungszustände des Objekts (1) sukzessive entsprechend dem Bewegungsablauf des Objekts (1) dargestellt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte zur Aufnahme von einzelnen Bild- Teilbereichen (9) des Objekts (1) anhand von Signalen des Elektrokardiogramms des Lebewesens gesteuert werden und daß durch ein Datenverarbeitungssystem (4) einzelne Aufnahmen der Zeitpunkte größter Bewegung des Objekts (1) ausgefiltert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Utraschallsender und/oder der Ultraschallempfänger linear, zirkulär, bogenförmig oder freihand entlang dem Objekt (1) verfahren wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bereiche des Objekts (1) farblich gekennzeichnet werden, insbesondere unterschiedlich bewegte Bereiche des Objekts (1) .
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