DE102013219746A1

DE102013219746A1 - Ultraschallsystem mit dreidimensionaler Volumendarstellung

Info

Publication number: DE102013219746A1
Application number: DE201310219746
Authority: DE
Inventors: Marcus Radicke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-16
Also published as: CN205964067U; WO2015044255A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallsystem (10) zur Erzeugung einer 3 dimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes (40, 70), mit einem ersten Ultraschallkopf (12). Eine Gaze (20) ist vorgesehen, welche reflektierende Elemente (21) aufweist, die die Ultraschallwellen teilweise reflektieren, wobei die reflektierenden Elemente in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind. Eine Auswerteeinheit (16) wertet die von der Sende- und Empfangseinheit reflektierten Ultraschallwellen aus und erzeugt ein Ultraschallbild. Durch einen Zusammenhang, wie vorbestimmte Signalanteile, die von den reflektierenden Elementen (21) der Gaze (20) in den reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze ausgebildet sind, bestimmt die Auswerteeinheit (16) mit Hilfe des Zusammenhangs und der reflektierten Ultraschallwellen die Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze (20) und speichert die Position des Ultraschallkopfes in Verbindung mit dem zugehörigen Ultraschallbild. Eine Recheneinheit (18) berechnet aus der Position des Ultraschallkopfes bei einem ersten Ultraschallbild, aus der Position des Ultraschallkopfes bei einem zweiten Ultraschallbild ein 3 dimensionales Volumen des Untersuchungsgewebes (40, 70).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsystem zur Erzeugung einer dreidimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes und ein Verfahren hierfür.
Bei dem Einsatz von handgeführten Untersuchungen allgemein, aber auch bei genaueren Untersuchungen durch die Kombination von verschiedenen Schallemittern, beispielsweise für zusätzliche Informationen wie elastographische Gewebeeigenschaften oder auch höhere Eindrangtiefe oder Erweiterung des Gesichtsfeldes durch Schrägeinstrahlung, ist es aktuell nicht möglich, aus den einzelnen Ultraschallbildern ein Gesamtvolumen zusammenzusetzen oder Teilvolumen örtlich in Beziehung zu setzen. Ausnahmen hierzu sind Systeme, bei denen der Ultraschallkopf einen vordefinierten Weg abfährt, der reproduzierbar ist. Diese Systeme sind jedoch aufwendig und schwer reproduzierbar bei zeitlich auseinander liegenden Untersuchungen eines Gewebes. Das Fehlen einer örtlichen Einbettung der Schallbilder bedeutet weiterhin einen erhöhten Aufwand bei der schriftlichen Dokumentation der Untersuchung. Ebenso ist es schwierig, bei zeitlich versetzten Nachkontrollen einen Unterschied zwischen vorher und nachher zu bestimmen, da nicht sichergestellt werden kann, dass bei beiden zeitlich versetzten Untersuchungen die Gewebe identisch untersucht werden.
Insgesamt ist es im klinischen Einsatz nur möglich, Volumen aus Bereichen der Ultraschallbilder zu berechnen, wenn die Ultraschallköpfe einen vorbestimmten bekannten Verfahrweg verfahren. Es existieren Methoden die auf einer featurebasierten Registrierung der Bilddaten basieren und ein zusammengesetztes Volumen erzeugen könnten. Diese sind aber Fehleranfällig und können insbesondere keine Teilvolumen (oder Aufnahmen mehrerer verschiedener Schallköpfe) in örtliche Beziehung setzten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ultraschallsystem bzw. ein Verfahren vorzuschlagen, die es erleichtern, Volumenberechnungen auf der Grundlage von Ultraschallbildern durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschallsystem zur Erzeugung einer dreidimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes bereitgestellt, wobei das Ultraschallsystem einen ersten Ultraschallkopf, z. B. ein Linearschallkopf, mit zumindest einer Sende- und Empfangseinheit aufweist, die ausgebildet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Ultraschallwellen zu empfangen. Weiterhin ist eine Gaze vorgesehen, die reflektierende Elemente aufweist, welche die Ultraschallwellen teilweise reflektieren. Die reflektierenden Elemente sind hierbei in einem vorbestimmten Muster angeordnet. Das Ultraschallsystem weist eine Auswerteeinheit auf, die von der Sende- und Empfangseinheit reflektierten Ultraschallwellen auswertet und die unter Anderem ein Ultraschallbild erzeugt. Das System weist weiterhin eine Speichereinheit auf, in welcher ein Zusammenhang gespeichert ist, wie vorbestimmte Muster, die von den reflektierenden Elementen der Gaze in den reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze ausgebildet sind. Die Auswerteeinheit bestimmt dann mit Hilfe dieses gespeicherten Zusammenhangs und der reflektierten Ultraschallwelle die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze und speichert die Position des Ultraschallkopfes in Verbindung mit einem bei der zugehörigen Position des Ultraschallkopfes erzeugten Ultraschallbild. Die Auswerteeinheit speichert die Position des Ultraschallkopfes für ein erstes Ultraschallbild und eine weitere Position des Ultraschallkopfes für zumindest ein zweites Ultraschallbild.
Die Recheneinheit kann dann aus der Position des Ultraschallkopfes beim ersten Ultraschallbild, dem Ultraschallbild, aus der Position des Ultraschallkopfes bei dem zumindest einem zweiten Ultraschallbild und dem zumindest einem zweiten Ultraschallbild ein dreidimensionales Volumen des Untersuchungsgewebes berechnen bzw. die beiden Bilder können in einem 3D-Volumen korrekt zueinander angeordnet werden.
Durch die Verwendung der reflektierenden Elemente werden in den reflektierten Ultraschallwellen vorbestimmte Signalmuster bzw. Signalanteile erzeugt. Da die vorbestimmten Muster der reflektierenden Elemente bekannt sind, kann durch Identifizieren der vorbestimmten Signalanteile in den reflektierten Ultraschallsignale auf die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze geschlossen werden. Durch die in dem vorbestimmten Muster vorhandenen reflektierenden Elemente kann deshalb die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze bestimmt werden und zusammen mit dem Bild gespeichert werden. Wenn die Position der Gaze auf dem untersuchten Gewebe bekannt ist oder zwischen Messungen nicht verändert wurde, so können Ultraschallmessungen zu verschiedenen Zeitpunkten miteinander verglichen werden, da Volumenberechnungen von Gewebeanteilen im Ultraschallbild möglich sind und somit Volumina zu verschiedenen Zeitpunkten miteinander verglichen werden können beispielsweise vor und nach einer Behandlung.
Der gespeicherte Zusammenhang ist entweder eine genaue mathematische Beschreibung des Zusammenhangs zwischen dem Muster der reflektierenden Elemente und der sich daraus ergebenden Signalanteile. Die Speichereinheit kann weiterhin beispielsweise Informationen speichern wie die vorbestimmten Signalanteile, die von den reflektierten Elementen der Gaze in den reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze ausgebildet sind, wobei die Auswerteeinheit die reflektierten Ultraschallwellen mit den in der Speichereinheit gespeicherten Signalanteilen vergleichen kann und aus dem Vergleich die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze bestimmt.
Weiterhin ist es möglich, dass die Speichereinheit eine Tabelle aufweist, die die in den reflektierten Ultraschallwellen auftretenden vorbestimmten Signalanteile mit einer Position des Ultraschallkopfes verknüpft. Die Auswerteeinheit kann die Signalanteile in den reflektierten Ultraschallwellen identifizieren, die durch die reflektierten Elemente bedingt sind und kann die identifizierten Signalanteile mit den in der Tabelle gespeicherten Signalanteilen vergleichen, wobei aus dem Vergleich die Position des Ultraschallkopfes bestimmt wird, indem für den Signalanteil aus der Tabelle, der mit dem Signalanteil in der reflektierten Welle übereinstimmt, die zugehörige Position bestimmt wird.
Die Gaze kann eine obere Seitenfläche aufweisen, die dem Schallkopf zugewendet ist und eine untere Seitenfläche, die dem Untersuchungsgewebe ist. Die reflektierenden Elemente können dabei auf der oberen oder auf der unteren Seitenfläche angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform können die reflektierenden Elemente auf der oberen Seitenfläche und auf der unteren Seitefläche angeordnet sein.
Ebenso ist es möglich, dass die Gaze erste reflektierende Elemente in einem ersten Abstand zum Schallkopf aufweist und zweite reflektierenden Elemente, die in einem zweiten Abstand zum Schallkopf angeordnet sind. Wenn sich die Lage der ersten Markierung von der Lage der zweiten Markierung im Ultraschallbild unterscheidet, kann auch auf die Ausrichtung des Schallkopfes auf der Gaze, d. h. der Kippwinkel relativ zur Gaze bestimmt werden. Je größer hierbei der Abstand der ersten reflektierenden Elemente und der zweite reflektierenden Elemente ist, desto größer ist die Genauigkeit bei der Bestimmung des Kippwinkels. Hierbei ist es möglich zwischen der ersten Gaze und der zweiten Gaze ein Abstandselement anzuordnen, das die erste Gaze und die zweite Gaze in einem Abstand zueinander hält und das mit nichtflüssigem Ultraschallgel gefüllt ist, oder einem sonstigen Medium, das die Ultraschallwellen wenig reflektiert und das den Abstand zwischen den ersten und zweiten reflektierenden Elementen erzeugt.
Wenn nun zwei reflektierende Elemente bei unterschiedlichen Abständen zum Ultraschallkopf vorgesehen sind, kann die Auswerteeinheit einen von den ersten reflektierenden Elementen erzeugten ersten Signalanteil identifizieren und einen zweiten Signalanteil von den zweiten reflektierenden Elementen erzeugt wurde. Aus dem identifizierten ersten Signalanteil und dem zweiten identifizierten Signalanteil ist es dann möglich, auf die Position des Schallkopfes und auf den Kippwinkel des Schallkopfes relativ zur Gaze zu schließen.
Die Auswerteeinheit kann den oberen Bereich des B-Moden-Bildes untersuchen, um die von den reflektierten Elementen reflektierten Signalanteile zu detektieren. Dies bedeutet, dass die Auswerteeinheit die reflektierten Ultraschallwellen von einem Ultraschallpuls untersucht, die von der Sende- und Empfangseinheit zu Beginn eines Zeitfensters detektiert werden, in dem die reflektierten Wellen des Ultraschallpulses detektiert werden. Da die Gaze näher am Schallkopf liegt als das zu untersuchende Gewebe und somit auch die reflektierenden Elemente, sind die Signalanteile der reflektierenden Elemente in den zeitlich am frühesten reflektierten Ultraschallwellen enthalten, was dem oberen Bereich des B-Moden-Bildes entspricht.
Das System kann weiterhin mehrere seitlich zueinander versetzte Ultraschallköpfe aufweisen, wobei die Auswerteeinheit für jeden der Ultraschallköpfe die oben beschriebene Berechnung durchführt, d. h. die reflektierten Ultraschallwellen unter Berücksichtigung des gespeicherten Zusammenhangs untersucht und mit den reflektierten Ultraschallwellen auf die Position des jeweiligen Ultraschallkopfes schließt und für jeden Ultraschallkopf die bei der zugehörigen Position erzeugten Ultraschallbilder in Zusammenhang mit der Position speichert. Die Recheneinheit ist dann in der Lage, mit den Positionen der Ultraschallköpfe und den von den verschiedenen Ultraschallköpfen erzeugten Ultraschallbildern ein dreidimensionales Volumen des Untersuchungsgewebes zu berechnen.
Weiterhin kann ein weiterer Ultraschallkopf vorgesehen sein, der eine zweite Sende- und Empfangseinheit aufweist, die ausgebildet ist, eine Ultraschallwelle auszustrahlen, die eine geringere Schallfrequenz aufweist als der erste Ultraschallkopf, wobei die Auswerteeinheit ausgebildet sein kann, in dem Ultraschallbild des weiteren Schallkopfes eine bestimmte anatomische Markierung zu identifizieren und zu speichern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer dreidimensionalen Darstellung bereitgestellt, bei dem eine Gaze auf das Untersuchungsgewebe gelegt wird und die Gaze reflektierende Elemente aufweist, die die Ultraschallwellen zumindest teilweise reflektieren und die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind. Weiterhin werden Ultraschallwellen durch den ersten Ultraschallkopf ausgestrahlt und die reflektierten Ultraschallwellen werden empfangen, wobei ein erstes Ultraschallbild bei einer ersten Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze erzeugt wird und zumindest ein zweites Ultraschallbild bei einer weiteren Position des Ultraschallkopfes erzeugt wird. Anschließend wird die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze unter Berücksichtigung des in der Speichereinheit gespeicherten Zusammenhangs bestimmt, wobei der Zusammenhang angibt wie vorbestimmte Signalanteile, die von den reflektierten Elementen der Gaze in der reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze ausgebildet sind unter Verwendung der reflektierten Ultraschallwellen. Die Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze wird jeweils für das erste und das zumindest eine zweite Ultraschallbild bestimmt und mit den zugehörigen Bildern gespeichert, sodass anschließend ein dreidimensionales Volumen berechnet werden kann unter Berücksichtigung der Ultraschallbilder und der Positionen der Ultraschallköpfe bei den verschiedenen Bildern.
Vorzugsweise erfolgt die Berechnung der Position durch Verwendung einer Tabelle, in der die in den reflektierten Ultraschallwellen auftretenden vorbestimmten Signalanteile mit Positionen des Ultraschallkopfes verknüpft sind. Die in den reflektierten Ultraschallwellen identifizierten Ultraschallwellen können dann mit den verschiedenen vorbestimmten Signalanteilen in der Tabelle verglichen werden und bei Übereinstimmung werden in den vorbestimmten Signalanteilen übereinstimmende Signalanteile identifiziert und die zugehörige Position des Ultraschallkopfes mit Hilfe der Tabelle bestimmt.
Selbstverständlich können die oben beschriebenen Merkmale und die nachfolgend im Detail beschriebenen Ausführungsformen einzeln verwendet werden oder die Merkmale können miteinander in beliebiger Kombination kombiniert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden.
1 zeigt schematisch ein Ultraschallsystem, mit welchem die Berechnung eines Volumens aus Ultraschallbildern möglich ist,
2 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Ultraschallsystems mit einer Gaze und den reflektierenden Elementen,
3 zeigt eine Draufsicht auf die Gaze mit dem Ultraschallkopf und den reflektierenden Elementen, die in einem ersten Muster angeordnet sind,
4 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Gaze mit ersten reflektierenden Elementen und zweiten reflektierenden Elementen, die durch ein Gelkissen voneinander getrennt sind,
5 zeigt schematisch wie durch verschiedene Positionen des Ultraschallkopfes ein dreidimensionales Volumen berechnet werden kann, wobei durch Verwendung eines zweiten Ultraschallkopfes eine feste Landmarke identifiziert wird, die für eine Registrierung von verschiedenen Ultraschallbildern verwendet werden kann,
6 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten, die zur Volumenberechnung aus Ultraschallbildern durchgeführt werden, und
7 zeigt schematisch wie durch zwei verschiedene reflektierende Elemente der Gaze auf die Verkippung des Schallkopfes geschlossen werden kann.
Nachfolgend wird erläutert wie mit einem Ultraschallsystem auf einfache Weise eine dreidimensionale Volumendarstellung von Untersuchungsgewebe, speziell von Objekten im Untersuchungsgewebe erfolgen kann. In 1 ist schematisch ein Ultraschallssystem 10 dargestellt, in welchem ein Ultraschallgenerator 11 Ultraschallwellen erzeugt. Diese Ultraschallwellen können von verschiedenen Ultraschallköpfen 12a, 12b oder 13 ausgestrahlt werden. Wie bei Ultraschallsystemen bekannt, weist jeder Ultraschallkopf zumindest eine Sende- und Empfangseinheit (nicht gezeigt) auf, wobei die Sendeeinheit die Ultraschallwelle aussendet und die Empfangseinheit die von einem Gewebe reflektierte Ultraschallwelle detektiert. Der Ultraschallkopf kann beispielsweise ein Piezoschallkopf sein, der einen elektrischen Impuls in einen Schallimpuls umwandelt. Wie allgemein aus den reflektierten Ultraschallwellen Ultraschallbilder erzeugt werden können, ist dem Fachmann geläufig und wird hier nicht näher erläutert.
Über eine Eingabeeinheit 14 kann eine Bedienperson die Ultraschallanlage steuern und die erzeugten Ultraschallbilder können hierbei auf eine Anzeigeeinheit 16 dargestellt werden. Eine Auswerte- und Bilderzeugungseinheit 16 ist vorgesehen, die die von dem Ultraschallkopf reflektierten Schallwellen auswertet und, wie später noch im Detail erläutert wird, die mit Hilfe der detektierten Reflektionswellen die Position des Ultraschallkopfes berechnet, die zu dem Ultraschallbild bzw. den reflektierten Ultraschallwellen geführt hat. Wie nachfolgend noch im Detail näher erläutert wird identifiziert die Auswerteeinheit 16 in den reflektierten Schallwellen vorbestimmte bzw. definierte Signalanteile, die von reflektierenden Elementen reflektiert wurden, die in einer Gaze enthalten sind. In einer Speichereinheit ist ein Zusammenhang gespeichert, wie die vorbestimmten Signalanteile in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze ausgebildet sind. In einer Ausführungsform kann die Speichereinheit eine Tabelle speichern, wobei diese Tabelle verschiedene vorbestimmte Signalanteile enthält, wobei für die verschiedenen vorbestimmten Signalanteile jeweils noch eine Position des Ultraschallkopfes gespeichert ist. Die Tabelle enthält somit für jeden vorbestimmten Signalanteil eine zugehörige Position des Ultraschallkopfes. Die Auswerteeinheit 16 kann die in den reflektierten Ultraschallwellen auftretenden Signalanteile mit den vorbestimmten Signalanteilen der Speichereinheit vergleichen. Tritt eine Übereinstimmung auf, wird in der Tabelle die Position bestimmt, die zu dem vorbestimmten übereinstimmenden Signal gehört. Die Auswerteeinheit kann weiterhin die bestimmte Position des Ultraschallkopfes mit dem zugehörigen Ultraschallbild speichern, beispielsweise im sogenannten Header des Ultraschallbildes.
In einer anderen Ausführungsform kann die Speichereinheit auch Algorithmen enthalten, oder eine mathematische Gleichung, die den Zusammenhang zwischen dem bekannten Muster der reflektierenden Elemente in der Gaze und den Signalanteilen in den reflektierten Wellen beschreibt. Dies bedeutet, dass die oben beschriebene Tabelle nicht notwendigerweise vorhanden sein muss.
Eine Recheneinheit 18 kann mit Hilfe der erzeugten Ultraschallbilder und der gespeicherten Ultraschallkopfposition bei verschiedenen Ultraschallbildern schließlich einen dreidimensionalen Volumendatensatz bestimmen.
Die Ultraschallköpfe 12a und 12b können die gleichen Ultraschallköpfe sein, sodass ein zu untersuchendes Gewebe gleichzeitig mit mehreren Ultraschallköpfen untersucht werden kann, die frei gegeneinander auf der Gaze beweglich sind. Weiterhin kann ein weiterer Ultraschallkopf 13 verwendet werden, der beispielsweise niederfrequentere Ultraschallwellen aussendet als der Ultraschallkopf 12. Damit wird eine größere Eindringtiefe in das untersuchte Gewebe erreicht. Wie später im Zusammenhang mit 5 erläutert werden wird kann dieser Schallkopf 13 verwendet werden, um eine feste vorbestimmte anatomische Markierung zu identifizieren, die beispielsweise tiefer im Gewebe liegt, beispielsweise ein Knochen, ein Gelenk oder ein Rippe. Mit dieser anatomischen Markierung können dann verschiedene Ultraschallbilder, die zu verschiednen Zeitpunkten aufgenommen wurden, besser miteinander verglichen werden, indem eine Registrierung der Ultraschallbilder durchgeführt wird mit Hilfe der anatomischen Markierung.
In 2 ist eine Seitenansicht gezeigt wie das System von 1 verwendet werden kann. Ein Ultraschallkopf wie einer der Köpfe 12a und 12b ist auf einer Gaze 20 angeordnet, wobei wie bekannt ein Ultraschallgel bzw. eine Ultraschalllotion 30 verwendet wird zwischen Ultraschallkopf und der Gaze 20 bzw. dem zu untersuchenden Gewebe 40. Wie in 2 schematisch zu erkennen ist, kann die Gaze eine Kodierung in Form von reflektierenden Elementen 21 aufweisen. Die reflektierenden Elemente 21 können auf der Vorderseite oder der Rückseite der Gaze angebracht sein, oder auf beiden Seiten der Gaze wie es später unter Anderem in Zusammenhang mit 4 und 7 erläutert wird. Die reflektierenden Elemente sind in der Gaze nun derart angeordnet, dass sie ein bestimmtes Muster haben. Wie in 3 in der Draufsicht schematisch dargestellt ist, ist die Gaze 20 vorgesehen, wobei die reflektierenden Elemente 21 derart ausgebildet sind, dass durch die Form oder Geometrie der Elemente eindeutig auf die Lage auf der Gaze geschlossen werden kann. Im dargestellten Beispiel sind es zueinander senkrechte Elemente, die sich jeweils verjüngen (3). In der Ausführungsform von 2 haben die reflektierenden Elemente eine verschiedene Dicke, sodass das reflektierende Element 21a eine geringere Dicke als das reflektierende Element 21c hat.
Diese reflektierenden Elemente bzw. diese Kodierung führt nun einen Signalanteil in den reflektierten Ultraschallwellen. In den reflektierten Ultraschallwellen sind Signalanteile vorhanden, die von den reflektierenden Elementen 21 stammen und in Abhängigkeit von der Form und von dem Muster der reflektierenden Elemente 21 bestimmte Muster im reflektierten Ultraschallsignal ergeben. Beispielsweise kann diese Kodierung des Ultraschallsignals im oberen Bereich des B-Moden-Bildes erkannt werden, d. h. wenn die Sendeeinheit einen Ultraschallpuls aussendet und in einem Zeitfenster die reflektierten Ultraschallwellen detektiert werden, so können die von den reflektierenden Elementen reflektierten Signalanteile zu Beginn des Zeitfensters detektiert werden, da die reflektierenden Elemente in unmittelbarer Nähe des Schallkopfes angeordnet sind. Dies entspricht dem oberen Bereich des B-Moden-Bildes eines Ultraschallbildes.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform des reflektierenden Elements kann beispielsweise bei der Ultraschallbildgebung der weiblichen Brust verwendet werden. In jedem Ultraschallbild ist ein Teilbereich des Musters enthalten, wodurch die Position des Ultraschallkopfes mit Hilfe der reflektierten Wellen und der Speichereinheit 17 bestimmt werden kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass Ultraschallbilder der Brust, die von verschiedenen Seiten aufgenommen werden miteinander kombiniert werden zur Berechnung von Volumen. Weiterhin ist bekannt, dass bei sogenannten ABVS-Messungen der Brust (Anatomic Breast Volume Scan) mehrere Einzelvolumen der Brust unter verschiedenen Blickwinkel aufgenommen werden. Bisher ist die Kombination dieser Einzelvolumen nicht möglich. Mit einer Gaze und den reflektierenden Elementen ist jedoch eine Kombination der Einzelvolumina möglich, da die Position des Ultraschallkopfes bei jedem Ultraschallbild berechnet werden kann.
Vorzugsweise ist das Muster der reflektierenden Elemente so ausgebildet, dass jeder Teilbereich des Musters nur einmal existiert auf der Gaze. Dadurch kann aus den Signalanteilen, die durch das Muster der reflektierenden Elemente bedingt sind, direkt auf die Position des Schallkopfes auf der Gaze geschlossen werden.
Es ist möglich, dass die Gaze zwei zueinander beabstandet angeordnete kodierenden Elemente aufweist. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist eine erste Gaze 20 vorgesehen mit den reflektierenden Elementen 21. Weiterhin kann eine zweite Gaze 20 vorgesehen sein mit reflektierenden Elementen 21. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gaze und die reflektierenden Elemente bzw. das Muster der reflektierenden Elemente identisch, es ist jedoch auch möglich, dass verschiedene Gaze verwendet werden, die unterschiedliche Muster und reflektierenden Elemente haben. Die beiden Gaze sind voneinander mit Abstand angeordnet und werden zueinander im festen Abstand gehalten durch ein Kissen 35 aus nichtflüssigem Ultraschallgel. Hiermit wird der Abstand zwischen den beiden reflektierenden Elementen vergrößert. Dies vergrößert den Abstand der durch die reflektierenden Elemente erzeugten Signalanteile. Dadurch ist eine bessere Trennung der Signalanteile möglich. Da sich die Gaze dem Körperverlauf anpasst, kann die Bestimmung der Biegung der Gaze verbessert werden und damit die Bestimmung der Schallkopfposition. In einer anderen Ausführungsform ist nur eine Gaze vorgesehen, die an ihrer Vorder- und Rückseite jeweils mit reflektierenden Elementen versehen ist.
In Zusammenhang mit 7 wird erläutert wie bei zwei Kodiermustern auf den Kippwinkel des Ultraschallkopfes geschlossen werden kann. In 7 ist ein Schallkopf 12 in einer ersten Position und in einem ersten Kippwinkel relativ zur Gaze 20 und dem Untersuchungsgewebe 40 dargestellt, wobei die Gaze zwei zueinander beabstandete Kodierungen bzw. reflektierende Elemente aufweist. Im Bild rechts in 7 ist schematisch dargestellt, wie die reflektierten Signale, die an die reflektierenden Elementen reflektiert wurden, übereinander im reflektierten Signal detektiert werden. Wird nun der Schallkopf von dem Kippwinkel α relativ zur Oberfläche der Gaze und damit zur Oberfläche des Gewebes verkippt, bei der Darstellung in 7 im unteren Bild um den Winkel α, so werden die reflektierenden Elemente 21a nicht mehr untereinander wahrgenommen, sondern versetzt zueinander. Da der Abstand der beiden reflektierenden Elemente zueinander bekannt ist, kann aus der Anordnung der Signalanteile zueinander, die jeweils von den reflektierenden Elementen 21a kommen geschlossen werden, in welchem Kippwinkel α der Ultraschallkopf auf dem Gewebe aufliegt. Für jedes Ultraschallbild ist es somit möglich nicht nur die Position, sondern auch die Ausrichtung d. h. der Kippwinkel relativ zum Untersuchungsgewebe zu bestimmen. Diese Informationen können dann beispielsweise im Header des Ultraschallbildes mit dem Ultraschallbild gespeichert werden. In dieser Ausführungsform speichert die Tabelle in der Speichereinheit 17 noch Informationen, für welchen Kippwinkel des Schallkopfes sich welche Verschiebungen der beiden Muster zueinander ergeben.
Allgemein kann das Muster der reflektierenden Elemente so ausgebildet sein, dass eine gewisse Bewegung des Schallkopfes über eine Mindestweglänge hinaus notwendig ist, um aus den reflektierten Signalanteilen auf die Position des Schallkopfes auf der Gaze schieben zu können.
In 5 ist schematisch dargestellt, wie ein Schallkopf 12 bei einer ersten Position ein Ultraschallbild mit einem ersten Gesichtsfeld 61, in dem ein Teil eines Organs 70 abgebildet ist, erzeugt während bei einer zweiten Position das Gesichtsfeld 62 einen anderen Bereich des Organs 70 enthält. Wird nun für die beiden Positionen jeweils die Position des Ultraschallkopfes alleine oder die Position und die Kippung bestimmt, kann es beispielsweise möglich sein ein Volumen des Anteils des Organs zu berechnen, der in den Gesichtsfeldern 61 und 62 liegt. Selbstverständlich können andere Gesichtsfelder verwendet werden, die das gesamte Organ 70 abdecken, sodass das Gesamtvolumen des Organs oder der interessierenden untersuchten Stelle berechnet werden kann. Das Organ ist hierbei das Untersuchungsgewebe, von dem eine dreidimensionale Volumendarstellung berechnet werden soll. Das Untersuchungsgewebe kann auch einen größeren Teil des Gesichtsfeldes beinhalten, von dem eine Volumendarstellung berechnet werden soll, oder nur einen Teilbereich davon, z. B. einen Teilbereich des Organs. In gestrichelter Linie ist weiterhin ein zweiter Ultraschallkopf 13 dargestellt. Dieser Ultraschallkopf kann eine niederfrequente Schallwelle aussenden im Vergleich zu der Ultraschallwelle, die durch den Schallkopf 12 ausgesendet wird. Hierdurch kann sie eine größere Eindringtiefe haben, sodass neben dem Organ 70 auch noch die anatomische Markierung 80 im Bild enthalten ist. Diese anatomische Markierung kann beispielsweise ein Knochen, ein Gelenk oder eine Rippe sein. Diese anatomische Markierung ist vorzugsweise ortsfest. Damit wird es möglich eine zeitversetzte Nachkontrolle durchzuführen. Vor einer Behandlung kann beispielsweise ein 3D-Volumen des untersuchten Gewebes berechnet werden. Zeitlich versetzt kann dazu in einer Nachkontrolle wiederum ein 3D-Volumn berechnet werden. Wird bei der Nachkontrolle ebenfalls ein Ultraschallbild mit der anatomischen Markierung 80 aufgenommen, so kann eine Registrierung der beiden berechneten Volumen erfolgen, und es kann bestimmt werden, welche Änderungen sich im Volumen ergeben haben. Der niederfrequente Schallkopf 13 kann auch in den Schallkopf 12 integriert sein.
Wenn beispielsweise ein größerer Gewebebereich abgescannt werden soll, so ist es möglich zwei Schallköpfe gleichzeitig, beispielsweise die Schallköpfe 12a und 12b zu verwenden, die seitlich versetzt auf der Gaze angeordnet sind. Diese Ausrichtung der Schallköpfe zueinander muss nicht starr sein, sodass jeder Schallkopf sich individuell den Gegebenheiten des Gewebes anpassen kann. Da für jeden Schallkopf die Position und die Ausrichtung bestimmt werden kann, ist es trotzdem möglich ein korrektes Volumen zu berechnen.
Wie in Zusammenhang mit 7 oben erläutert wurde, kann über die relativen Abstände der reflektierten Signale und die Verschiebungen der beiden charakteristischen Muster gegeneinander der Kippwinkel des Schallkopfs berechnet werden.
In 6 werden die Hauptverfahrensschritte noch einmal zusammengefasst, die bei einem Verfahren zur dreidimensionalen Volumenberechnung bei Ultraschallbildern angewandt werden können. In einem ersten Schritt S1 werden Ultraschallbilder aufgenommen. Beispielsweise kann durch ein einfaches Abfahren des Schallkopfes ein interessierendes Volumen abgescannt werden. Bei der Aufnahme der Ultraschallbilder in Schritt S1 ist zwischen dem Gewebe und dem Ultraschallkopf die kodierte Gaze gelegt wie es in 2 bis 5 und 7 dargestellt ist. In einem Schritt S2 können in den reflektierten Ultraschallwellen die Muster bzw. Signalanteile identifiziert werden, die von den reflektierenden Elementen reflektiert werden. Durch Vergleich der ankommenden Signale in Schritt S3 mit vorbestimmten Signalanteilen bzw. Mustern in der Speichereinheit, ist es möglich in Schritt S4 die Position des Schallkopfes und eventuell die Orientierung auf der Gaze zu bestimmen. Im Schritt S5 kann diese Position zusammen mit dem erzeugten Ultraschallbild gespeichert werden. Alternativ hierzu kann die Positionsinformation auch in der Nachverarbeitung des gesamten Datensatzes an Ultraschallbildern für jedes Momentbild gespeichert werden. Mit Hilfe der berechneten Ultraschallbilder und der berechneten Positionen der Schallköpfe ist es dann möglich ein dreidimensionales Volumen in Schritt S6 zu berechnen.
Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung die vereinfachte Berechnung von Volumen in Ultraschallbildern. Diese Volumen können dann gespeichert und archiviert werden, was auch die Dokumentation der Ultraschalluntersuchung vereinfacht. Ein fester Verfahrweg des Ultraschallkopfes wie im Stand der Technik ist hierfür nicht mehr notwendig.
Bezugszeichenliste

10: Ultraschallsystem
12, 12a, 12b, 13: Ultraschallkopf
16: Auswerte- und Bilderzeugungseinheit
17: Speichereinheit
18: Recheneinheit
20: Gaze
21: reflektierende Elemente
30: Ultraschallgel bzw. Ultraschalllotion
35: Abstandelement
40, 70: Untersuchungsgewebe
70: Organ
80: Markierung
61, 62: Gesichtsfeld

Claims

Ultraschallsystem (10) zur Erzeugung einer 3 dimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes (40, 70), das aufweist: – eine erster Ultraschallkopf (12) mit zumindest einer Sende- und Empfangseinheit, die ausgebildet ist, Ultraschallwellen auszusenden und reflektierte Ultraschallwellen zu empfangen, – eine Gaze (20), welche reflektierende Elemente (21) aufweist, die die Ultraschallwellen teilweise reflektieren, wobei die reflektierenden Elemente in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, – eine Auswerteeinheit (16), die die von der Sende und Empfangseinheit reflektierten Ultraschallwellen auswertet und ein Ultraschallbild erzeugt, – eine Speichereinheit (17), in welcher ein Zusammenhang gespeichert ist, wie vorbestimmte Signalanteile, die von den reflektierenden Elementen (21) der Gaze (20) in den reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze ausgebildet sind, wobei die Auswerteeinheit (16) mit Hilfe des gespeicherten Zusammenhangs und der reflektierten Ultraschallwellen die Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze (20) bestimmt und die Position des Ultraschallkopfes in Verbindung mit einem bei der zugehörigen Position des Ultraschallkopfes erzeugten Ultraschallbildes speichert, wobei die Auswerteeinheit (16) eine Position des Ultraschallkopfes für ein erstes Ultraschalbild speichert und eine weitere Position des Ultraschallkopfes für zumindest ein zweites Ultraschallbild speichert, – eine Recheneinheit (18), die aus der Position des Ultraschallkopfes beim ersten Ultraschallbild, dem ersten Ultraschallbild, aus der Position des Ultraschallkopfes bei dem zumindest einen zweiten Ultraschallbild und zumindest einen zweiten Ultraschallbild ein 3 dimensionales Volumen des Untersuchungsgewebes (40, 70) berechnet.
Ultraschallsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaze eine obere Seitenfläche aufweist, die dem Schallkopf zugewandt ist und eine untere Seitenfläche, die dem Untersuchungsgewebe zugewandt ist, wobei die reflektierenden Elemente (21) auf der oberen Seitenfläche oder der unteren Seitefläche angeordnet sind.
Ultraschallsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaze eine obere Seitenfläche aufweist, die dem Schallkopf zugewendet ist und eine untere Seitenfläche, die dem Untersuchungsgewebe zugewandt ist, wobei die reflektierenden Elemente auf der oberen Seitenfläche und auf der unteren Seitefläche angeordnet sind.
Ultraschallsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (16) die reflektierten Ultraschallwellen von einem Ultraschallpuls untersucht, die von der Sende- und Empfangseinheit zu Beginn eines Zeitfensters detektiert werden, in dem die reflektierten Ultraschallwellen des Ultraschallpulses detektiert werden, um die von den reflektierenden Elementen reflektierten vorbestimmten Signalanteile zu detektieren.
Ultraschallsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaze (20) erste reflektierende Elemente (21) in einem ersten Abstand zum Schallkopf aufweist und zweite reflektierende Elemente (21) in einem zweiten Abstand zum Schallkopf aufweist, der sich von dem ersten Abstand unterscheidet.
Ultraschallsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Gaze (20), welche erste reflektierende Elemente (21) aufweist, die die Ultraschallwellen teilweise reflektieren und die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, und eine zweite Gaze (20), welche zweite reflektierende Elemente (21) aufweist, die die Ultraschallwellen teilweise reflektieren und die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, wobei zwischen der ersten Gaze und der zweiten Gaze ein Abstandelement (35) angeordnet ist, das die erste Gaze und die zweite Gaze in einem Abstand zueinander hält und mit nicht flüssigem Ultraschallgel gefüllt ist
Ultraschallsystem (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (16) ausgebildet ist, in den reflektierten Ultraschallwellen von den ersten reflektierenden Elementen erzeugte erste Signalanteile zu identifizieren und von den zweiten Elementen erzeugte zweite Signalanteile zu identifizieren, wobei die Auswerteeinheit (16) ausgebildet ist, aus dem identifizierten ersten Signalanteilen und aus dem identifizierten zweiten Signalanteilen die Position des Schallkopfes auf der Gaze und den Kippwinkel des Schallkopfes (12) relativ zur Gaze zu bestimmen.
Ultraschallsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere seitlich zueinander versetze Ultraschallköpfe (12a, 12b) vorgesehen sind, wobei die Auswerteeinheit für jeden der Ultraschallköpfe (12a, 12b) die reflektierten Ultraschallwellen mit den in der Speichereinheit (17) gespeicherten Zusammenhang verwendet, um auf die Position des jeweiligen Ultraschallkopfes auf der Gaze zu schließen und die Position des jeweiligen Ultraschallkopfes in Verbindung mit einem bei der zugehörigen Position des Ultraschallkopfes erzeugten Ultraschallbildes zu speichern, wobei die Recheneinheit (18) mit den Positionen der Ultraschallköpfe und den bei den bei den von den verschiedenen Ultraschallköpfen erzeugten Ultraschallbildern ein 3 dimensionales Volumen des Untersuchungsgewebes berechnet.
Ultraschallsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch einen weiteren Ultraschallkopf (13), der eine zweite Sende- und Empfangseinheit aufweist, die ausgebildet ist, eine Ultraschallwelle ausstrahlen, die eine geringere Schallfrequenz aufweist als der erste Ultraschallkopf (12), wobei die Auswerteeinheit ausgebildet ist, in dem Ultraschallbild des weiteren Schallkopfes eine vorbestimmte anatomische Markierung (80) identifiziert.
Ultraschallsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (17) eine Tabelle aufweist, die die in den reflektierten Ultraschallwellen auftretende vorbestimmten Signalanteil jeweils mit einer Position des Ultraschallkopfes verbindet, wobei die Auswerteeinheit die Signalanteile in den reflektierten Ultraschallwellen identifiziert, die durch die reflektierenden Elemente bedingt sind und die identifizierten Signalanteile mit den in der Tabelle gespeicherten vorbestimmten Signalanteilen vergleicht, und aus dem Vergleich die Position des Ultraschallkopfes bestimmt.
Verfahren zur Erzeugung einer 3 dimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes durch ein Ultraschallsystem (10), mit den folgenden Schritten – Bereitstellen einer Gaze (20) auf dem Untersuchungsgewebe (40, 70), wobei die Gaze reflektierende Elemente (21) aufweist, die die Ultraschallwellen zumindest teilweise reflektieren und die in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind, – Ausstrahlen von Ultraschallwellen durch einen ersten Ultraschallkopf (12), der auf der Gaze angeordnet ist und Empfangen der reflektierten Ultraschallwellen, wobei ein erstes Ultraschallbild bei einer ersten Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze (20) erzeugt wird und ein zumindest ein zweites Ultraschallbild bei einer weiteren Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze, – Bestimmen der Position des Ultraschallkopfes (12) auf der Gaze (20) durch Verwendung eines in einer Speichereinheit gespeicherten Zusammenhangs, der angibt, wie vorbestimmte Signalanteile, die von den reflektierenden Elementen (21) der Gaze in den reflektierten Ultraschallwellen erzeugt werden, in den reflektierten Ultraschallwellen in Abhängigkeit von der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze ausgebildet sind, und durch Verwendung der reflektierten Ultraschallwellen, – Bestimmen der Position des Ultraschallkopfes auf der Gaze jeweils für das erste und das zumindest eine zweite Ultraschallbild, – Speichern, für das erste und das zumindest eine zweite Ultraschallbild, der Position des Ultraschallkopfes in Verbindung mit einem bei der zugehörigen Position des Ultraschallkopfes erzeugten Ultraschallbildes, und – Berechnen eines 3 dimensionalen Volumens aus der Position des Ultraschallkopfes beim ersten Ultraschallbild, dem ersten Ultraschallbild, aus der Position des Ultraschallkopfes bei dem zumindest einen zweiten Ultraschallbild und dem zumindest einen zweiten Ultraschallbild.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Speichereinheit eine Tabelle aufweist, die in den reflektierten Ultraschallwellen auftretende vorbestimmte Signalanteile jeweils mit einer Position des Ultraschallkopfes verbindet, wobei die Position des Ultraschallkopfes bestimmt wird durch Identifizieren der Signalanteile in den reflektierten Ultraschallwellen, die durch die reflektierenden Elemente bedingt sind und durch einen Vergleich der identifizierten Signalanteil mit den in der Tabelle gespeicherten vorbestimmten Mustern.