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Dokumentenidentifikation DE19725817C2 15.02.2001
Titel Ultraschall-Abbildungsverfahren und -vorrichtung
Anmelder GE Yokogawa Medical Systems Ltd., Hino, Tokyo, JP
Erfinder Takeuchi, Yasuhito, Hino, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 18.06.1997
DE-Aktenzeichen 19725817
Offenlegungstag 08.01.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse G03B 42/06
IPC-Nebenklasse A61B 8/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall- Abbildungsverfahren und eine Ultraschall- Abbildungsvorrichtung, mit denen Ultraschall-Abbildungen mit verbessertem Signal-zu-Rausch-Verhältnis erhalten werden können.

Ultraschall-Abbildungssysteme senden Ultraschall-Impulse zu einem Zielobjekt, empfangen Echos der Impulse und erhalten ein Bild des Inneren des Zielobjekts auf der Grundlage der Echodaten. Ultraschall-Impulse werden in der Form von gerichteten Strahlen gesendet und empfangen. Eine Ultraschall- Sonde tastet einen gewünschten Bereich innerhalb des Zielobjekts (d. h. einen Abbildungsbereich) mit Ultraschall- Strahlen ab, um genügend Echodaten zur Erzeugung eines gewünschten Bilds zu erfassen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Erreichen einer B-Modus- Abbildung mit einem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis ein Einstellen des Strahlungspegels der Ultraschall-Impulse (d. h. des momentanen Schalldrucks) insbesondere in der Nachbarschaft eines Ultraschall-Brennpunkts auf zumindest ±1 MPa (Megapascal) erfordert.

Eine Ultraschall-Abbildung ist unter Verwendung eines aus der DE 38 29 999 C2 bekannten Materials möglich. Das Material enthält Mikrobläschen. Das Kontrastmaterial auf der Grundlage der Mikrobläschen wird in flüssiger Form darin befindlicher infinitesimaler Luftbläschen(jedes mit ungefähr 2 bis 10 µm Durchmesser) angeboten.

Wenn ihr Durchmesser mit einer bestimmten Ultraschall-Frequenz in Resonanz ist, bilden die Mikrobläschen eine nichtlineare Ultraschall-Reflexionskennlinie, die praktisch von dem momentanen Schalldruck abhängt. Die nichtlineare Ultraschall- Reflexionskennlinie erzeugt der Reihe nach Echos mit zweiten Harmonischen des eingestrahlten Ultraschall-Strahls. Derartige Echos werden bei der Abbildung des Zielteils, in das das Kontrastmaterial eingeführt wurde, verwendet.

Für eine erfolgreiche Abbildung unter Verwendung des Kontrastmaterials auf der Grundlage der Mikrobläschen ist es erforderlich, einen Ultraschall-Strahl einzustrahlen, dessen Schallpegel nicht so hoch sein darf, daß er irgendwelche Mikrobläschen zerstört. Dies erfordert, daß der momentane Schallpegel der Ultraschall-Bestrahlung beispielsweise innerhalb ±50 KPa sein sollte.

Ein entsprechender Sachverhalt ergibt sich auch bei Verwendung des aus den US-Patentschriften US-A-5 456 257, US-A-5 302 372, US-A-5 487 390, US-A-4 276 885 und US-A-4 572 203 bekannten Kontrastmaterials.

Dieser Ultraschall-Bestrahlungspegel beträgt ungefähr 1/20 des gewöhnlich verwendeten Bestrahlungspegels für die gewöhnliche B-Modus-Abbildung, wobei der letztere gewöhnliche Pegel ungefähr ±1 MPa beträgt. Ausgedrückt durch die Bestrahlungsleistung ist der Pegel der Ultraschall-Bestrahlung einschließlich der Verwendung des Kontrastmaterials auf der Grundlage der Mikrobläschen so niedrig wie 1/400 des Leistungspegels der B-Modus-Abbildung.

Mit derartig schwacher Leistung erhaltene Ultraschall-Bilder besitzen so schlechte Signal-zu-Rausch-Verhältnisse, daß die Bildqualität deutlich geringer ist.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschall-Abbildung anzugeben, bei denen ein Kontrastmaterial auf der Grundlage von Mikrobläschen verwendet wird, die aber Bilder mit verbessertem Signal-zu- Rausch-Verhältnis ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 13 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das in das Zielobjekt eingebrachte Kontrastmaterial angeregt, um Ultraschall-Wellen zu erzeugen, die als Grundlage zur Erzeugung des Kontrastbilds verwendet werden. Das Kontrastbild besitzt ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis, da es auf der Grundlage von Ultraschall-Wellen mit hohem Pegel erzeugt wird. Durch die Überlagerung von Echobild und Kontrastbild kann das Zielobjekt klar mit seinen Beziehungen zu dem umgebenden Gewebe angezeigt werden.

Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 bzw. der Vorrichtung nach Anspruch 13.

Im folgenden werden die Mikrobläschen auch als "Mikroballons" bezeichnet.

Bei der vorstehend genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das in das Zielobjekt eingeführte Material angeregt, um Ultraschall-Wellen zu erzeugen, die zur Erzeugung des Kontrastbilds verwendet werden. Dies ermöglicht eine Erzeugung des Kontrastbilds auf der Grundlage von Ultraschall-Wellen mit hohem Pegel, wodurch eine Kontrastabbildung mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis ausgeführt wird. Wenn es dem Echobild überlagert wird, bildet das Kontrastbild außerdem klare Anzeigen von Korrelationen mit den Umgebungen des abgebildeten Ziels.

Das Kontrastmaterial kann aus einer Flüssigkeit vermischt mit Partikeln einer explosiven Substanz gebildet sein.

Wesentlich für den Erfindungsgegenstand ist infolgedessen, daß Ultraschall-Wellen mit einem hohen Pegel durch Ultraschallanregung bei Explosion von Partikeln einer explosiven Substanz erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Kontrastmaterial, das zur Erzeugung derartiger Ultraschall- Wellen mit hohem Pegel fähig ist, ermöglicht eine Durchführung einer Kontrastabbildung mit verbessertem Signal-zu-Rausch- Verhältnis. Bevorzugterweise sollten die Partikel Bläschen aus einer Wasserstoff- und Sauerstoff-Mischung sein, da sie sich nach der Explosion in harmloses Wasser verwandeln.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines typischen Kontrastmaterials, das die Erfindung verkörpert,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines verwendeten Aufbaus, bei dem das Kontrastmaterial erfindungsgemäß funktioniert, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Kontrastmaterial

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines typischen Kontrastmaterials, wie es ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nutzt. Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht das Kontrastmaterial aus Mikroballons BAL, die mit einer Wasserlösung WTR vermischt sind. Der Durchmesser jedes Mikroballons kann veranschaulichend 2 bis 20 µm betragen, was klein genug ist, daß die Mikroballons Kapillaren passieren.

Die Mikroballons BAL sind alle durch eine Kapsel CAP aus einem darin enthaltenen Schallerzeugungswirkstoff GEN gebildet. Die Kapsel CAP besteht typischerweise aus einem Oberflächenaktiven Wirkstoff. Der Oberflächenaktive Wirkstoff wird bevorzugterweise aus einer Dexistran-Wasserlösung, einer Natrium-Laurit-Wasserlösung und einer Saponin-Wasserlösung gebildet, da alle diese Substanzen eine lange Schichtlebensdauer besitzen und harmlos für den Organismus sind.

Der Schallerzeugungswirkstoff GEN besteht aus einer Substanz, die Ultraschall-Wellen erzeugt, wenn sie von außerhalb physikalisch angeregt wird.

Eine derartige Substanz ist ein Explosivstoff. Ein typischer Explosivstoff ist ein sogenanntes Knallgas, das Wasserstoffgas (H2) und Sauerstoffgas (O2), die in geeigneten Verhältnissen gemischt sind, enthält. Bevorzugterweise ist der Explosivstoff ein Knallgas, da er sich nach der Explosion in Wasser verwandelt, das harmlos für den Organismus ist.

Alternativ kann eine Mischung eines Treibgases, wie beispielsweise Methan oder Propan, mit Sauerstoffgas oder ein Sprengstoff, wie beispielsweise Nitroglyzerin (in flüssiger Form) oder (Blei)Säure (in fester Form) abhängig von dem abzubildenden Objekt verwendet werden.

Das Kontrastmaterial unter Verwendung eines Gases als ein Explosivstoff wird beispielsweise wie folgt hergestellt: eine Mischung aus Dexistran-Wasserlösung oder dergleichen und eines explosiven Gases (Knallgas, Gasmischung, usw.) in einem geeigneten Verhältnis werden in eine geschlossene Ader gegeben und gut durchgerührt. Die sich ergebende Mischung wird durch Ultraschall-Wellen mit einer Frequenz von mehreren 10 kHz angeregt. Die Anregung erzeugt zahlreiche Mikroballons innerhalb der Dexistran-Wasserlösung. Die Mikroballons enthalten alle Knallgas. Die Mikroballons enthaltende Dexistran-Wasserlösung wird soweit erforderlich verdünnt.

Das Mikroballons enthaltende Kontrastmaterial mit einem flüssigen oder festen Sprengstoff kann unter Verwendung bekannter Mikroballon-Einkapsel- bzw. Einhüllungstechniken hergestellt werden, wo es erforderlich ist.

Wenn ein Kontrastbild erfaßt werden muß, werden mit Explosivstoff gefüllte Mikroballons zuerst in das Zielobjekt eingebracht. Dann werden von außen Ultraschall-Wellen auf das Zielobjekt gestrahlt, um die sich innerhalb befindenden Mikroballons zu zerstören. Damit die Leistung ausreichend ist, müssen derartige Ultraschall-Wellen nur einen momentanen Schalldruck von 50 bis 100 kPa innerhalb des Zielobjekts besitzen. Eine Zerstörung der Mikroballons entzündet die explosive Substanz durch Kompression wie bei einer Hohlraumausbildung bzw. Kavitation.

Die Explosion erzeugt Ultraschall-Wellen, die als Signale wirken, die die Gegenwart von detonierten Mikroballons anzeigen. Diese Ultraschall-Wellen besitzen eine merkliche Breitbandnatur, die weit größere Energie besitzt als die auf die Mikroballons eingestrahlte. Das heißt, das Kontrastmaterial reflektiert die eingestrahlten Ultraschall- Wellen mit Verstärkung, d. h. das Medium bzw. Material gibt Breitbandechos mit einem Leistungsgewinn zurück.

Die Verwendung der vorstehenden Art von Kontrastmaterial erlaubt eine Kontrastabbildung mit einem stark verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Bei Anwendungen, bei denen bisher das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der herkömmlichen Verfahren toleriert werden mußte, wird nun eine Kontrastabbildung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kontrastmaterials möglich, wobei Zielbereiche viel tiefer überdeckt werden als bei den herkömmlichen Verfahren.

Herkömmliche Kontrastmaterialien auf der Grundlage von Mikroballons erzeugen auch Ultraschall-Wellen, wenn ihre Mikroballons in, was als "StAE" (angeregte akustische Emission) bekannt ist, zerstört werden. Jedoch überschreitet die von herkömmlichen Mikroballons ausgelöste Energie die in einem einzelnen Ultraschall-Wellenzyklus angehäufte Energie noch vor der Zerstörung. Anders als bei dem erfindungsgemäßen Kontrastmaterial gab es keinen Weg zur Erzeugung von verstärkten Ultraschall-Wellen. Das heißt, herkömmliche Verfahren versagten darin, Echos mit hohem Pegel zu erzeugen, die kennzeichnend für das erfindungsgemäße Kontrastmaterial sind.

Ein erfindungsgemäßer Aufbau, in dem das Kontrastmaterial auf der Grundlage von Mikroballons wirksam verwendet wird, kann eine Ultraschall-Verstärkereinrichtung INT, die in Fig. 2 gezeigt ist, sein. Der Ultraschall-Verstärkereinrichtung INT besitzt die mit einer Schicht aus Mikroballons BAL bedeckte Oberfläche einer Platte PLT, wie veranschaulicht.

In Funktion strahlt ein Ultraschall-Strahler ULR Ultraschall- Wellen ULT auf die Oberfläche der Ultraschall- Verstärkereinrichtung INT. Die Strahlung verursacht eine Explosion von Mikroballons BAL, wodurch Ultraschall-Wellen mit einem höheren Pegel als die eingestrahlten Ultraschall-Wellen erzeugt werden. Das heißt, der Aufbau funktioniert als eine Einrichtung zur Verstärkung und reflektiert die eingestrahlten Ultraschall-Wellen.

Wenn die Platte PLT, wie gezeigt, flach geformt ist, funktioniert sie als ein ebener Spiegel, der Ultraschall- Wellen verstärken kann. Wenn die Platte PLT eine konkave Oberfläche besitzt, funktioniert sie als ein konkaver Spiegel, der Ultraschall verstärken kann. Wenn die Platte PLT eine konvexe Oberfläche besitzt, funktioniert sie als ein konvexer Spiegel, der auch Ultraschall verstärken kann. Die Platte PLT kann, wie erforderlich, geeignet geformt sein.

Der Schallerzeugungswirkstoff GEN, der Ultraschall-Wellen erzeugt, wenn er von außen angeregt wird, ist nicht auf Explosivstoffe beschränkt. Alternativ kann der Schallerzeugungswirkstoff GEN eine magnetische Substanz sein, wie beispielsweise ein Ferrit, das durch eine durch magnetische Erregung getriggerte Magnetostriktion Ultraschall- Wellen erzeugt, oder eine dielektrische Substanz vom Verlust- Typ, die durch eine durch elektromagnetische Wellenüberhitzung verursachte Ausdehnung Ultraschall-Wellen erzeugt. Irgendwelche derartigen alternativen Schallerzeugungswirkstoffe können Ultraschall-Wellen mit höherem Pegel als das herkömmliche Kontrastmaterial StAE auf der Mikroballongrundlage erzeugen.

Ultraschall-Abbildungsvorrichtung

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ultraschall-Abbildungsvorrichtung. Die Funktionen der Vorrichtung werden nachstehend als ein Verfahrensausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein interessierender Bereich ROI, der Kontraste bildet, innerhalb der Zielobjekts OBJ angeordnet. Der Kontrast-bildende Bereich ROI ist ein Bereich, wie beispielsweise ein Blutflußteil, in den das Kontrastmaterial eingebracht wurde.

Eine außerhalb des Körpers angeordnete Erregungseinrichtung EXT verursacht eine Erregung STM des Kontrastmaterials in dem Zielobjekt OBJ. Die Erregungseinrichtung EXT wird mittels einer Ansteuereinrichtung DRV angesteuert.

Die Art der Erregungseinrichtung EXT entspricht der Art des verwendeten Kontrastmaterials. Insbesondere wird eine Ultraschall bestrahlende Erregungseinrichtung in Kombination mit mit Explosivstoff gefüllten Mikroballons verwendet. Eine Magnetimpuls erzeugende Erregungseinrichtung wird in Verbindung mit einer Kontrastmaterial auf der Grundlage einer magnetischen Substanz verwendet. Eine Mikrowellen emittierende Erregungseinrichtung wird verwendet, wenn ein Kontrastmaterial auf der Grundlage dielektrischer Substanz verwendet wird.

Eine Ultraschall-Sonde PRB sendet Ultraschall-Wellen in das Zielobjekt OBJ, um Echos davon zu erzeugen und zu empfangen. Zusätzlich empfängt die Ultraschall-Sonde PRB durch das Kontrastmaterial in dem interessierenden Bereich ROI erzeugte Ultraschall-Wellen ULT.

Die Ultraschall-Sonde PRB besitzt beispielsweise ein Array aus Ultraschall-Oszillatoreinrichtungen, die nicht gezeigt sind. Das Ultraschall-Oszillatoreinrichtungsarray kann eindimensional, zweidimensional oder abhängig vom Abbildungszweck von einer anderen Art sein.

Eine Sende-Empfangs-Einrichtung TRX steuert die Ultraschall- Sonde PRB zum Senden und Empfangen von Ultraschall-Wellen ULT. Dies ermöglicht beispielsweise eine aufeinanderfolgende Abtastung des Inneren des Zielobjekts OBJ mit einem Ultraschall-Strahl und ein nachfolgendes Sammeln von Echodaten daraus. Empfangsdaten über die aus dem interessierenden Bereich ROI ankommenden Ultraschall-Wellen können auch aufeinanderfolgend in derselben Folge, in der der Ultraschall- Strahl ausgesendet wird, gesammelt werden.

Ein Kontrastmaterial auf der Grundlage eines Explosivstoffs kann, wenn es verwendet wird, alternativ durch Ultraschall- Emissionen von der Ultraschall-Sonde PRB angeregt werden. Dieser Aufbau ist bevorzugt, da er keine Erregungseinrichtung EXT und keine Ansteuereinrichtung DRV benötigt.

Eine Bilderzeugungseinrichtung IMG erzeugt Bilder vom Inneren des Zielobjekts OBJ auf der Grundlage der Ultraschall- Empfangsdaten, die von der Sende-Empfangs-Einrichtung TRX gesammelt sind.

Durch die Bilderzeugungseinrichtung IMG erzeugte Bilder werden in einer Bildspeichereinrichtung MEM gespeichert. Die Bilder werden auch auf einer Anzeigeeinrichtung DIS angezeigt.

Kontrastabbildung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ultraschall-Abbildung wird beispielsweise wie folgt durchgeführt: Zuerst wird ein Echobild des Inneren des Zielobjekts OBJ ohne ein darin eingeführtes Kontrastmaterial erfaßt. Beispielsweise wird die Ultraschall-Sonde PRB zur Abtastung des Inneren des Zielobjekts OBJ mit einem Ultraschall-Strahl verwendet, um Echodaten zu sammeln. Die gesammelten Echodaten werden von der Bilderzeugungseinrichtung IMG zur Erzeugung eines Echobilds verwendet. Das somit erzeugte Echobild wird in der Bildspeichereinrichtung MEM plaziert und auch auf der Anzeigeeinrichtung DIS angezeigt.

Als nächstes wird das Kontrastmaterial mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung in das Zielobjekt OBJ eingebracht. Es wird hier angenommen, daß das Kontrastmaterial mit Mikroballons gefüllt mit Knallgas verwendet wird. Das heißt, es wird angenommen, daß der in Fig. 1 gezeigte Schallerzeugungswirkstoff ein Knallgas ist. Nachdem das Kontrastmaterial als im interessierenden Bereich ROI verbreitet betrachtet wird, wird der vorhergehend einer Echoabbildung unterworfene Bereich nun einer Kontrastabbildung unterworfen.

Ein Kontrastmaterial wie beim Stand der Technik erlaubt mit mit Knallgas gefüllten Mikroballons eine Abbildung zweiter Harmonischer, d. h. derselben Art wie bei den herkömmlichen Verfahren. Wenn erforderlich, wird der interessierende Bereich mit einem Ultraschall-Strahl abgetastet, der nicht stark genug ist, um die Mikroballons zu zerstören (d. h. der momentane Schalldruck überschreitet 50 kPa im interessierenden Bereich ROI nicht), wodurch Echodaten auf der Grundlage von zweiten Harmonischen gesammelt werden. Die somit gesammelten Echodaten werden als die Grundlage zur Erzeugung eines Kontrastbilds des interessierenden Bereichs ROI verwendet.

Das Kontrastbild wird auf der Anzeigeeinrichtung DIS zur Beobachtung des interessierenden Bereichs ROI angezeigt und in der Bildspeichereinrichtung MEM gespeichert. Das vor der Einbringung des Kontrastmaterials aufgenommene Echobild wird aus der Bildspeichereinrichtung MEM wiedergewonnen und dem Kontrastbild überlagert. Dieser Vorgang bietet eine Anzeige des Zielobjekts mit einer klaren Anzeige seiner Beziehungen zu den umgebenden Geweben. Obwohl das hier erhaltene Kontrastbild ein schlechtes Signal-zu-Rausch-Verhältnis besitzt, ist der Vorgang darin bedeutend, daß er dieselbe Kontrastabbildung wie bei herkömmlichen Verfahren ermöglicht.

Wenn eine Kontrastabbildung mit einem erfindungsgemäß verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis ausgeführt werden soll, wird der Schalldruck des Ultraschall-Strahls zur Abtastung erhöht. In diesem Fall wird der momentane Schalldruck des Ultraschall-Strahls in dem interessierenden Bereich ROI auf einen genügend hohen Pegel (z. B. 100 kPa oder höher) erhöht, um die angelegten Mikroballons zu zerstören. Dieser Schalldruck ist merklich geringer als der einer B- Modus-Abbildung (typischerweise 1 MPa) und ist somit leicht zu erzeugen.

Der vorstehende Vorgang veranlaßt die Mikroballons im interessierenden Bereich ROI zur Explosion, wodurch Ultraschall-Wellen mit hohem Pegel, d. h. Echos mit hohem Pegel, ausgelöst werden. Die Echodaten werden durch die Sende- Empfangs-Einrichtung TRX über die Ultraschall-Sonde PRB gesammelt. Die gesammelten Echodaten werden von der Bilderzeugungseinrichtung IMG bei der Erzeugung eines Kontrastbilds, d. h. eines Bilds, das zeigt, wie Ultraschall- Wellen-Erzeugungsquellen in dem Zielbereich verteilt sind, verwendet. Die Echodaten besitzen ein verbessertes Signal-zu- Rausch-Verhältnis, da die Pegel der Echos hoch sind. Daher besitzt das bei dem vorstehenden Vorgang erzeugte Kontrastbild auch ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis.

Da die Mikroballons in dem Abbildungsbereich explodieren und bei jeder Abtastung mittels des Ultraschall-Strahls verschwinden, folgt nach jeder Abtastung eine bestimmte Zeitspanne bis zum Beginn der nächsten Abtastung. Der Abstand zwischen Strahlabtastungen ist ein Zeitraum, in dem ein notwendiges und ausreichendes Ausmaß des Kontrastmaterials aufs Neue in den interessierenden Bereich ROI eingebracht wird.

Das so erhaltene Kontrastbild wird in der Bildspeichereinrichtung MEM gespeichert. Das Bild wird wiederholt aus der Speichereinrichtung zur Anzeige auf der Anzeigeeinrichtung DIS vor der Erzeugung eines neuen Kontrastbilds wiedergewonnen. Während der wiederholten Anzeige wird das Echobild praktisch vor der Einbringung des Kontrastmaterials auch in einem überlagerten Format angezeigt. Der Vorgang ermöglicht eine Beobachtung des Zielobjekts in einem Kontrastbild mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch- Verhältnis, das eine klare Anzeige der Beziehungen des Objekts zu den umgebenden Geweben gibt.

Anstelle der Ultraschall-Sonde PRB kann eine Erregungseinrichtung EXT, die zur Erzeugung von Ultraschall- Impulsen dient, alternativ zur Anregung der Mikroballons verwendet werden. Dieser Aufbau ist bevorzugt, da die Erregungseinrichtung EXT eine optimale Anregung für die Mikroballons unabhängig von der Ultraschall-Sonde PRB erlaubt.

Wo das zu verwendende Kontrastmaterial ein Schallerzeugungswirkstoff GEN auf der Grundlage einer magnetischen Substanz umfaßt, wird eine Erregungseinrichtung EXT, die magnetische Impulse erzeugt, verwendet. Die Erregungseinrichtung EXT emittiert magnetische Impulse in das Zielobjekt OBJ. Ansprechend darauf oszilliert der Schallerzeugungswirkstoff GEN durch Magnetostriktion, wodurch Ultrasschall-Wellen erzeugt werden.

Die somit erzeugten Ultraschall-Wellen werden von der Ultraschall-Sonde PRB empfangen. Die sich ergebenen Ultraschall-Empfangsdaten werden von der Sende-Empfangs- Einrichtung TRX über die Ultraschall-Sonde PRB gesammelt. Die gesammelten Daten werden von der Bilderzeugungseinrichtung IMG bei der Erzeugung eines Kontrastbilds verwendet, d. h. eines Bilds, das zeigt, wie Ultraschall-Wellen-Erzeugungsquellen in dem Zielbereich verteilt sind. Dieses Bild wird auch auf dieselbe Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang auf der Anzeigeeinrichtung DIS angezeigt.

Ultraschall-Wellen mit hohem Pegel können durch ausreichend hohe Intensität von Impulsfeldern erzeugt werden. So erreicht man verbesserte Ultraschall-Daten mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis, wodurch Kontrastbilder mit guten Signal-zu-Rausch-Verhältnissen erhalten werden.

Anders als bei detonierendem Kontrastmaterial auf der Grundlage von Knallgas verschwindet das Kontrastmaterial mit Schallerzeugungswirkstoff auf der Grundlage magnetischer Substanz nicht jedes Mal, wenn der Wirkstoff Ultraschall- Wellen erzeugt. Es folgt, daß eine Anregung in kurzen Abständen wiederholt werden kann, um Ultraschall-Wellen zu triggern, ohne auf die Einbringung von weiterem Kontrastmaterial warten zu müssen. Da das Kontrastmaterial nicht durch Ultraschall-Wellen zerstört wird, kann die Ultraschall-Sonde PRB Ultraschall-Wellen senden und empfangen, um Echobilder fortlaufend mit dem Kontrastabbildungsvorgang zu erfassen.

Wo das zu verwendende Kontrastbild einen Schallerzeugungswirkstoff GEN auf der Grundlage einer dielektrischen Substanz umfaßt, wird eine Erregungseinrichtung EXT, die Mikrowellen erzeugt, verwendet. Die Erregungseinrichtung EXT emittiert Mikrowellen in das Zielobjekt OBJ. Der Reihe nach heizt sich der Schallerzeugungswirkstoff GEN durch dielektrischen Verlust auf und expandiert, wobei er Mikrowellen oder Ultraschall-Wellen erzeugt.

Die so erzeugten Ultraschall-Wellen werden durch die Ultraschall-Sonde PRB empfangen. Die sich ergebenden Ultraschall-Empfangsdaten werden durch die Sende-Empfangs- Einrichtung TRX über die Ultraschall-Sonde PRB gesammelt. Die gesammelten Daten werden von der Bilderzeugungseinrichtung IMG bei der Erzeugung eines Kontrastbilds verwendet, d. h. eines Bilds, das zeigt, wie Ultraschall-Wellen-Erzeugungsquellen in dem Zielbereich verteilt sind. Dieses Bild wird auch auf dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben auf der Anzeigeeinrichtung DIS angezeigt.

Ultraschall-Wellen mit hohem Pegel können auch durch eine hinreichend starke Strahldichte der Mikrowellen erzeugt werden. So erhält man Ultraschall-Daten mit einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis, wodurch Kontrastbilder mit guten Signal-zu-Rausch-Verhältnissen erzielt werden.

Wie bei dem Kontrastmaterial mit dem Schallerzeugungswirkstoff auf der Grundlage einer magnetischen Substanz, verschwindet das Kontrastmaterial aus dem Schallerzeugungswirkstoff auf der Grundlage dielektrischer Substanz nicht jedes Mal, wenn der Wirkstoff Ultraschall-Wellen erzeugt. Eine Anregung kann in kurzen Abständen wiederholt werden, um Ultraschall-Wellen ohne die Notwendigkeit eines Wartens auf die Einbringung eines weiteren Kontrastmaterials zu triggern. Da das Kontrastmaterial nicht durch Ultraschall-Wellen zerstört wird, kann die Ultraschall-Sonde PRB Ultraschall-Wellen senden und empfangen, um Echobilder fortlaufend mit dem vorhergehenden Kontrastabbildungsvorgang zu erfassen.

Wenn die somit erhaltenen Bilder auf dem Anzeigebildschirm oder der Anzeigeeinrichtung geeignet positioniert und überlagert sind, können sowohl das Kontrastbild als auch das Echobild in Echtzeit angezeigt werden. In einem derartigen Fall ist es bevorzugt, das die Echo- und Kontrastbilder in eine Bildspeichereinrichtung (nicht gezeigt) in der Anzeigeeinrichtung DIS mit im wesentlichen zweimal der Bildrate geschrieben werden. Der Vorgang erhöht die Bildrate für die Bildanzeige. Es ist auch bevorzugt, das Kontrastbild für eine einfache Identifizierung zu färben.

Echoabbildung und Kontrastabbildung können bei der Ultraschall-Holographie angewendet werden. Alternativ können zwei Arten von Abbildung durch Diffraktionstomographie praktiziert werden.

Echoabbildung und Kontrastabbildung können entweder auf einer Zeitmultiplexgrundlage oder durch Frequenzmultiplex durch Ultraschall-Frequenzdifferentiation gemultiplext werden. Wo eine Energie-verteilte Ultraschall-Abbildung durch die Verwendung von kodierter Phasen-modulierter (oder Frequenzmodulierter) Ultraschall-Wellen verwendet wird, können die Echoabbildung und die Kontrastabbildung durch Code- Differentiation (d. h. Code-Teilung) gemultiplext werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Ultraschall-Abbildungsverfahren mit den Schritten

    Einführen eines Kontrastmaterials bestehend aus einem Mikrobläschen enthaltenden Schallerzeugungsmittel in ein Zielobjekt (OBJ),

    Erzeugen von Ultraschallwellen durch Stimulation des Kontrastmaterials, welche sich eindeutig von den durch das Zielobjekt verursachten Ultraschallwellen unterscheiden,

    Erzeugen eines Kontrastbildes aus den Ultraschallwellen, die vom Kontrastmaterial nach dessen Anregung erzeugt werden,

    Erzeugen eines Echobildes aus den Echos der Ultraschallwellen, die dem Zielobjekt zugeführt werden, und

    Überlagern des Kontrastbildes und des Echobildes zur Anzeige.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schallerzeugungsmittel eine explosive Substanz ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die explosive Substanz aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die explosive Substanz eine Mischung aus Propan und Sauerstoff umfaßt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die explosive Substanz eine Mischung aus Methan und Sauerstoff umfaßt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die explosive Substanz Bleiazid in festem Zustand umfaßt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die explosive Substanz Nitroglyzerin in flüssigem Zustand umfaßt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schallerzeugungsmittel eine magnetische Substanz umfaßt und das Kontrastmaterial eine Ultraschallwelle durch Magnetostriktion der magnetischen Substanz verursacht durch Anlegen eines Magnetfeldes erzeugt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die magnetische Substanz Ferrit umfaßt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schallerzeugungsmittel ein Dielektrikum umfaßt und das Kontrastmaterial nach Anlegen eines elektrischen Feldes zur Erwärmung des Dielektrikums eine Ultraschallwelle durch Expandierung des Dielektrikums erzeugt.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mikrobläschen eine Größe von 2 bis 20 µm haben und ein oberflächenaktives Mittel umfassen, das aus der Gruppe aus einer Dextran- Wasser-Lösung, einer Natrium-Laurat-Lösung und einer Saponin-Wasser-Lösung ausgewählt ist.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallwellen im Innern des Zielobjekts einen Momentanschalldruck zwischen 50 bis 100 kPa aufweisen und die explosive Substanz durch Kompression entzündet wird und die durch Explosion der explosiven Substanz erzeugten Ultraschallwellen breitbandig sind und Echos mit hohem Pegel erzeugen.
  13. 13. Ultraschall-Abbildungsvorrichtung mit

    einer Einrichtung zum Einführen eines Kontrastmaterials bestehend aus einem Mikrobläschen enthaltenden Schallerzeugungsmittel in ein Zielobjekt (OBJ),

    einer Erregungseinrichtung (EXT) zur Erzeugung von Ultraschallwellen (ULT) durch Stimulation des Kontrastmaterials,

    einer Kontrastbild-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Kontrastbildes aus den durch Anregung des Kontrastmaterials erzeugten Ultraschallwellen,

    einer Echoerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Echos von Ultraschallwellen, die dem Zielobjekt zugeführt werden,

    einer Echobilderzeugungseinrichtung (IMG) zur Erzeugung eines Echobildes aus den durch die Echoerzeugungseinrichtung erzeugten Echos und

    einer Anzeigeeinrichtung (DIS) zur Überlagerung des Kontrastbildes und des Echobildes.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Schallerzeugungsmittel eine explosive Substanz ist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die explosive Substanz aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die explosive Substanz eine Mischung aus Propan und Sauerstoff umfaßt.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die explosive Substanz eine Mischung aus Methan und Sauerstoff umfaßt.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die explosive Substanz Bleiazid in festem Zustand umfaßt.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die explosive Substanz Nitroglyzerin in flüssigem Zustand umfaßt.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Schallerzeugungsmittel eine magnetische Substanz umfaßt und die Erregungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines Magnetfeldes umfaßt, um das Kontrastmaterial zur Erzeugung einer Ultraschallwelle durch Magnetostriktion der magnetischen Substanz zu veranlassen.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die magnetische Substanz Ferrit umfaßt.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Schallerzeugungsmittel ein Dielektrikum umfaßt und die Erregungseinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes umfaßt, um das Kontrastmaterial zur Erzeugung einer Ultraschallwelle durch Expandierung des Dielektrikums zu veranlassen.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mikrobläschen eine Größe von 2 bis 20 µm haben und ein oberflächenaktives Mittel umfassen, das aus der Gruppe aus einer Dextran- Wasser-Lösung, einer Natrium-Laurat-Lösung und einer Saponin-Wasser-Lösung ausgewählt ist.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Ultraschallwellen im Innern des Zielobjekts einen Momentanschalldruck zwischen 50 bis 100 kPa aufweisen und die explosive Substanz durch Kompression entzündet wird und die durch Explosion der explosiven Substanz erzeugten Ultraschallwellen breitbandig sind und Echos mit hohem Pegel erzeugen.






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