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DE102013219746A1 - Ultrasound system with three-dimensional volume representation - Google Patents

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DE102013219746A1
DE102013219746A1 DE201310219746 DE102013219746A DE102013219746A1 DE 102013219746 A1 DE102013219746 A1 DE 102013219746A1 DE 201310219746 DE201310219746 DE 201310219746 DE 102013219746 A DE102013219746 A DE 102013219746A DE 102013219746 A1 DE102013219746 A1 DE 102013219746A1
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ultrasound
gauze
head
ultrasonic waves
reflected
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DE201310219746
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German (de)
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Marcus Radicke
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Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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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).The invention relates to an ultrasound system (10) for generating a 3-dimensional volume representation of an examination tissue (40, 70) with a first ultrasound head (12). A gauze (20) is provided which has reflecting elements (21) which partially reflect the ultrasonic waves, the reflecting elements being arranged in a predetermined pattern. An evaluation unit (16) evaluates the ultrasonic waves reflected by the transmitting and receiving unit and generates an ultrasound image. By a relationship, how predetermined signal components generated by the reflective elements (21) of the gauze (20) in the reflected ultrasonic waves are formed in the reflected ultrasonic waves depending on the position of the ultrasonic head (12) on the gauze, determines Evaluation unit (16) with the help of the context and the reflected ultrasonic waves, the position of the ultrasound head (12) on the gauze (20) and stores the position of the ultrasound head in conjunction with the associated ultrasound image. A computing unit (18) calculates a 3-dimensional volume of the examination tissue (40, 70) from the position of the ultrasound head in a first ultrasound image, from the position of the ultrasound head in a second ultrasound image.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ultraschallsystem zur Erzeugung einer dreidimensionalen Volumendarstellung eines Untersuchungsgewebes und ein Verfahren hierfür.The present invention relates to an ultrasound system for generating a three-dimensional volume representation of an examination tissue and a method therefor.

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.In the use of hand-guided investigations in general, but also in more detailed investigations by the combination of different sound emitters, for example, for additional information such as elastographic tissue properties or higher Eindrangtiefe or extension of the field of view by oblique radiation, it is currently not possible from the individual ultrasound images a total volume to relate locally or to relate partial volumes locally. Exceptions to this are systems in which the ultrasound head departs a predefined path that is reproducible. However, these systems are complicated and difficult to reproduce in temporally spaced examinations of a tissue. The lack of a local embedding of sound images also means an increased effort in the written documentation of the investigation. Likewise, it is difficult to determine a difference between before and after in staggered post-controls, since it can not be ensured that the tissues are identically examined in both staggered examinations.

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.Overall, in clinical use it is only possible to calculate volumes from regions of the ultrasound images when the ultrasound transducers travel a predetermined known travel path. There are methods based on feature-based registration of the image data that could generate a composite volume. However, these are error-prone and, in particular, can not place partial volumes (or recordings of several different transducers) in a local relationship.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ultraschallsystem bzw. ein Verfahren vorzuschlagen, die es erleichtern, Volumenberechnungen auf der Grundlage von Ultraschallbildern durchzuführen.It is therefore an object of the present invention to propose an ultrasound system or method that makes it easier to perform volume calculations based on ultrasound images.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments are described in the dependent claims.

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.According to a first aspect of the invention, an ultrasound system for generating a three-dimensional volume representation of an examination tissue is provided, wherein the ultrasound system has a first ultrasound head, for. B. a linear sound head, having at least one transmitting and receiving unit, which is designed to emit ultrasonic waves and to receive reflected ultrasonic waves. Furthermore, a gauze is provided which has reflecting elements which partially reflect the ultrasonic waves. The reflective elements are arranged in a predetermined pattern. The ultrasound system has an evaluation unit, which evaluates ultrasound waves reflected by the transceiver unit and which, inter alia, generates an ultrasound image. The system further comprises a storage unit in which a relationship is stored as predetermined patterns formed by the reflective elements of the gauze in the reflected ultrasonic waves are formed in the reflected ultrasonic waves depending on the position of the ultrasonic head on the gauze. The evaluation unit then uses this stored relationship and the reflected ultrasonic wave to determine the position of the ultrasonic head on the gauze and stores the position of the ultrasonic head in conjunction with an ultrasound image generated at the associated position of the ultrasonic head. The evaluation unit stores the position of the ultrasound head for a first ultrasound image and a further position of the ultrasound head for at least one second ultrasound image.

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.The arithmetic unit can then calculate a three-dimensional volume of the examination tissue from the position of the ultrasound head in the first ultrasound image, the ultrasound image, from the position of the ultrasound head in the at least one second ultrasound image and the at least one second ultrasound image or the two images can in a 3D volume be arranged correctly to each other.

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.By using the reflective elements, predetermined signal patterns or signal components are generated in the reflected ultrasound waves. Since the predetermined patterns of the reflective elements are known, by identifying the predetermined signal components in the reflected ultrasound signals, it is possible to deduce the position of the ultrasound head on the gauze. Therefore, the position of the ultrasound head on the gauze can be determined by the reflective elements present in the predetermined pattern and stored together with the image. If the position of the gauze on the examined tissue is known or has not been changed between measurements, ultrasound measurements can be compared at different times since volume calculations of tissue portions in the ultrasound image are possible and thus volumes at different time points can be compared, for example before and after a treatment.

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. The stored relationship is either a precise mathematical description of the relationship between the pattern of reflective elements and the resulting signal components. The memory unit may further store, for example, information such as the predetermined signal components generated by the reflected elements of the gauze in the reflected ultrasonic waves in which reflected ultrasonic waves are formed depending on the position of the ultrasonic head on the gauze, the evaluation unit including the reflected ultrasonic waves can compare the signal components stored in the memory unit and determines the position of the ultrasound head on the gauze from the comparison.

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.Furthermore, it is possible for the storage unit to have a table which links the predetermined signal components occurring in the reflected ultrasound waves to a position of the ultrasound head. The evaluation unit can identify the signal components in the reflected ultrasound waves that are caused by the reflected elements and can compare the identified signal components with the signal components stored in the table, the comparison of which determines the position of the ultrasound transducer by referring to the signal component from the table which coincides with the signal component in the reflected wave, the corresponding position is determined.

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.The gauze may have an upper side surface facing the transducer and a lower side surface that is the examination tissue. The reflective elements can be arranged on the upper or on the lower side surface. In another embodiment, the reflective elements may be disposed on the upper side surface and on the lower side surface.

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.It is also possible that the gauze has first reflective elements at a first distance to the transducer and second reflective elements which are arranged at a second distance to the transducer. If the location of the first mark differs from the location of the second mark in the ultrasound image, the orientation of the transducer on the gaze, i. H. the tilt angle relative to the gauze can be determined. The greater the distance between the first reflective elements and the second reflective elements, the greater the accuracy in determining the tilt angle. It is possible between the first gauze and the second gauze to arrange a spacer which keeps the first gauze and the second gauze at a distance and which is filled with non-liquid ultrasound gel, or any other medium that reflects the ultrasonic waves little and that Distance between the first and second reflective elements generated.

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.If two reflective elements are now provided at different distances from the ultrasound head, the evaluation unit can identify a first signal component generated by the first reflective elements and a second signal component has been generated by the second reflective elements. From the identified first signal component and the second identified signal component, it is then possible to deduce the position of the transducer and the tilt angle of the transducer relative to the gauze.

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.The evaluation unit can examine the upper region of the B-mode image in order to detect the signal components reflected by the reflected elements. This means that the evaluation unit examines the reflected ultrasonic waves from an ultrasonic pulse, which are detected by the transmitting and receiving unit at the beginning of a time window in which the reflected waves of the ultrasonic pulse are detected. Since the gauze is closer to the transducer than the tissue to be examined, and thus also the reflective elements, the signal components of the reflective elements are included in the earliest reflected ultrasound waves, which corresponds to the upper region of the B-mode image.

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.The system may further comprise a plurality of laterally offset ultrasonic heads, wherein the evaluation unit for each of the ultrasonic heads performs the calculation described above, d. H. examines the reflected ultrasonic waves in consideration of the stored relationship and closes with the reflected ultrasonic waves to the position of the respective ultrasonic head and stores for each ultrasonic head the ultrasound images generated in the associated position in connection with the position. The arithmetic unit is then able to calculate a three-dimensional volume of the examination tissue with the positions of the ultrasound heads and the ultrasound images generated by the different ultrasound heads.

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.Furthermore, a further ultrasound head can be provided which has a second transmitting and receiving unit which is designed to emit an ultrasonic wave having a lower sound frequency than the first ultrasound head, wherein the evaluation unit can be designed to have a specific one in the ultrasound image of the further transducer identify and store anatomical markers.

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. According to another aspect of the invention, there is provided a method of generating a three-dimensional representation in which a gauze is placed on the examination tissue and the gauze has reflective elements that at least partially reflect the ultrasonic waves and are arranged in a predetermined pattern. Furthermore, ultrasonic waves are emitted by the first ultrasonic head and the reflected ultrasonic waves are received, wherein a first ultrasonic image is generated at a first position of the ultrasonic head on the gauze and at least a second ultrasonic image is generated at a further position of the ultrasonic head. Subsequently, the position of the ultrasonic head on the gauze is determined in consideration of the relationship stored in the storage unit, the relationship indicating how predetermined signal components generated by the reflected elements of the gauze in the reflected ultrasonic waves are reflected in the reflected ultrasonic waves depending on the position of the ultrasonic head are formed on the gauze using the reflected ultrasonic waves. The position of the ultrasound head on the gauze is determined in each case for the first and the at least one second ultrasound image and stored with the associated images, so that subsequently a three-dimensional volume can be calculated taking into account the ultrasound images and the positions of the ultrasound heads in the different images.

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.Preferably, the position is calculated by using a table in which the predetermined signal components occurring in the reflected ultrasonic waves are associated with positions of the ultrasonic head. The ultrasonic waves identified in the reflected ultrasonic waves can then be compared with the various predetermined signal components in the table, and if coincident, corresponding signal components in the predetermined signal components are identified and the associated position of the ultrasonic transducer is determined using the table.

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.Of course, the features described above and the embodiments described in detail below may be used individually or the features may be combined with each other in any combination.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden.The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt schematisch ein Ultraschallsystem, mit welchem die Berechnung eines Volumens aus Ultraschallbildern möglich ist, 1 schematically shows an ultrasound system with which the calculation of a volume of ultrasound images is possible,

2 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des Ultraschallsystems mit einer Gaze und den reflektierenden Elementen, 2 shows a side view of a part of the ultrasound system with a gauze and the reflective elements,

3 zeigt eine Draufsicht auf die Gaze mit dem Ultraschallkopf und den reflektierenden Elementen, die in einem ersten Muster angeordnet sind, 3 shows a top view of the gauze with the ultrasound head and the reflective elements, which are arranged in a first pattern,

4 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Gaze mit ersten reflektierenden Elementen und zweiten reflektierenden Elementen, die durch ein Gelkissen voneinander getrennt sind, 4 shows schematically a side view of a gauze having first reflective elements and second reflective elements separated by a gel pad,

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, 5 Fig. 12 shows schematically how a three-dimensional volume can be calculated by different positions of the ultrasound head, wherein by use of a second ultrasound head a fixed landmark is identified, which can be used for a registration of different ultrasound images,

6 zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten, die zur Volumenberechnung aus Ultraschallbildern durchgeführt werden, und 6 shows a flowchart with the steps that are performed for the volume calculation of ultrasound images, and

7 zeigt schematisch wie durch zwei verschiedene reflektierende Elemente der Gaze auf die Verkippung des Schallkopfes geschlossen werden kann. 7 shows schematically how can be closed by two different reflective elements of the gauze on the tilt of the transducer.

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.It will be explained below how a three-dimensional volume representation of examination tissue, especially of objects in the examination tissue, can easily be carried out with an ultrasound system. In 1 is schematically an ultrasound system 10 shown in which an ultrasonic generator 11 Ultrasonic waves generated. These ultrasonic waves can be from different ultrasonic heads 12a . 12b or 13 be broadcast. As known in ultrasound systems, each ultrasound head has at least one transmitting and receiving unit (not shown), the transmitting unit emitting the ultrasonic wave and the receiving unit detecting the ultrasonic wave reflected by a tissue. The ultrasound head may be, for example, a piezoelectric sound head, which converts an electrical pulse into a sound impulse. How generally ultrasound images can be generated from the reflected ultrasound waves is familiar to the person skilled in the art and will not be explained in more detail here.

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.Via an input unit 14 For example, an operator can control the ultrasound system and the ultrasound images generated can hereby be displayed on a display unit 16 being represented. An evaluation and image generation unit 16 is provided which evaluates the sound waves reflected by the ultrasound head and, as will be explained in detail later, which calculates the position of the ultrasound head with the aid of the detected reflection waves, which has led to the ultrasound image or the reflected ultrasonic waves. As will be explained in more detail below, the evaluation unit identifies 16 in the reflected sound waves predetermined signal portions which have been reflected by reflective elements contained in a gauze. A relationship is stored in a memory unit as to how the predetermined signal components are formed depending on the position of the ultrasound head on the gauze. In one embodiment, the memory unit may store a table, this table containing various predetermined signal portions, wherein for the various predetermined signal portions each still a position of the ultrasound head is stored. The table thus contains an associated position of the ultrasound head for each predetermined signal component. The evaluation unit 16 can compare the signal components occurring in the reflected ultrasonic waves with the predetermined signal components of the memory unit. If a match occurs, the position corresponding to the predetermined matching signal is determined in the table. The evaluation unit can furthermore store the specific position of the ultrasound head with the associated ultrasound image, for example in the so-called header of the ultrasound image.

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.In another embodiment, the storage unit may also include algorithms, or a mathematical equation describing the relationship between the known pattern of the reflective elements in the gauze and the signal components in the reflected waves. This means that the table described above does not necessarily have to be present.

Eine Recheneinheit 18 kann mit Hilfe der erzeugten Ultraschallbilder und der gespeicherten Ultraschallkopfposition bei verschiedenen Ultraschallbildern schließlich einen dreidimensionalen Volumendatensatz bestimmen.An arithmetic unit 18 can finally determine a three-dimensional volume data set with the help of the generated ultrasound images and the stored ultrasound head position in different ultrasound images.

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.The ultrasound heads 12a and 12b may be the same ultrasound heads, so that a tissue to be examined can be examined simultaneously with several ultrasound heads that are freely movable against each other on the gauze. Furthermore, another ultrasonic head 13 be used, for example, emits lower frequency ultrasonic waves than the ultrasonic head 12 , This achieves a greater penetration depth into the examined tissue. As related later 5 This transducer can be explained 13 be used to identify a fixed predetermined anatomical mark, for example, deeper in the tissue, such as a bone, a joint or a rib. With this anatomical marking, different ultrasound images recorded at different times can then be better compared with one another by registering the ultrasound images with the aid of the anatomical marking.

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.In 2 a side view is shown as the system of 1 can be used. An ultrasound head like one of the heads 12a and 12b is on a gauze 20 arranged as known, an ultrasound gel or an ultrasound lotion 30 is used between ultrasound head and the gauze 20 or the tissue to be examined 40 , As in 2 can be seen schematically, the gauze encoding in the form of reflective elements 21 exhibit. The reflective elements 21 can be placed on the front or the back of the gauze, or on both sides of the gauze as it will be related later among others 4 and 7 is explained. The reflective elements are now arranged in the gauze so that they have a specific pattern. As in 3 is shown schematically in plan view, the gauze 20 provided, with the reflective elements 21 are formed so that can be closed by the shape or geometry of the elements clearly on the location on the gauze. In the example shown, they are mutually perpendicular elements, each tapering ( 3 ). In the embodiment of 2 the reflective elements have a different thickness, so the reflective element 21a a smaller thickness than the reflective element 21c Has.

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.These reflective elements or this coding now carries a signal component in the reflected ultrasonic waves. Signal components are present in the reflected ultrasonic waves, which are reflected by the reflective elements 21 and depending on the shape and pattern of the reflective elements 21 produce certain patterns in the reflected ultrasound signal. For example, this coding of the ultrasonic signal can be detected in the upper region of the B-mode image, ie if the transmitting unit emits an ultrasonic pulse and the reflected ultrasonic waves are detected in a time window, then the signal components reflected by the reflecting elements can be detected at the beginning of the time window because the reflective elements are arranged in the immediate vicinity of the transducer. This corresponds to the upper portion of the B-mode image of an ultrasound image.

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.In the 3 illustrated embodiment of the reflective element can be used, for example, in the ultrasound imaging of the female breast. In each ultrasound image, a partial area of the pattern is included, whereby the position of the ultrasound head with the help of the reflected waves and the memory unit 17 certainly can be. This makes it possible, for example, that ultrasound images of the breast, taken from different sides, are combined with each other to calculate volumes. Furthermore, it is known that in so-called ABVS measurements of the breast (Anatomic Breast Volume Scan) several individual volumes of the breast are taken from different angles. So far, the combination of these individual volumes is not possible. With a gauze and the reflective elements, however, a combination of the individual volumes is possible because the position of the ultrasound head can be calculated for each ultrasound image.

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.Preferably, the pattern of the reflective elements is formed such that each subregion of the pattern exists only once on the gauze. As a result, it is possible to deduce directly from the signal components, which are caused by the pattern of the reflective elements, the position of the transducer on the gauze.

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.It is possible that the gauze has two coding elements arranged at a distance from one another. At the in 4 illustrated embodiment is a first gauze 20 provided with the reflective elements 21 , Furthermore, a second gauze 20 be provided with reflective elements 21 , In the illustrated embodiment, the gauze and the reflective elements or the pattern of the reflective elements are identical, but it is also possible that different gauzes are used, which have different patterns and reflective elements. The two gauze are spaced from each other and are held at a fixed distance from each other by a cushion 35 from non-liquid ultrasound gel. This increases the distance between the two reflective elements. This increases the distance of the signal components generated by the reflective elements. This allows a better separation of the signal components. As the gauze adapts to the body shape, the determination of the gauze deflection can be improved and thus the determination of the transducer position. In another embodiment, only one gauze is provided, which is provided at its front and back respectively with reflective elements.

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.Relating to 7 explains how it can be concluded with two coding patterns on the tilt angle of the ultrasound head. In 7 is a transducer 12 in a first position and at a first tilt angle relative to the gauze 20 and the examination tissue 40 shown, wherein the gauze has two mutually spaced encodings or reflective elements. In the picture right in 7 schematically shows how the reflected signals, which were reflected at the reflecting elements, are detected one above the other in the reflected signal. If now the transducer of the tilt angle α relative to the surface of the gauze and thus tilted to the surface of the tissue, in the representation in 7 in the lower picture by the angle α, so are the reflective elements 21a no longer perceived among each other, but offset each other. Since the distance between the two reflective elements to each other is known, can from the arrangement of the signal components to each other, each of the reflective elements 21a come closed, in which tilt angle α the ultrasound head rests on the tissue. For each ultrasound image, it is thus possible to determine not only the position, but also the orientation, ie the tilt angle, relative to the examination tissue. This information can then be stored, for example, in the header of the ultrasound image with the ultrasound image. In this embodiment, the table stores in the storage unit 17 still information for which tilt angle of the transducer resulting in which shifts of the two patterns to each other.

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 general, the pattern of the reflective elements may be configured such that some movement of the transducer beyond a minimum path length is necessary in order to shift from the reflected signal components to the position of the transducer on the gauze.

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.In 5 is shown schematically as a transducer 12 at a first position, an ultrasound image having a first field of view 61 in which a part of an organ 70 while creating the field of view at a second position 62 another area of the organ 70 contains. If the position of the ultrasound head alone or the position and the tilt are determined for each of the two positions, it may be possible, for example, to calculate a volume of the portion of the organ which is in the visual fields 61 and 62 lies. Of course, other visual fields can be used that cover the entire organ 70 so that the total volume of the organ or point of interest of interest can be calculated. The organ here is the examination tissue from which a three-dimensional volume representation is to be calculated. The examination tissue may also include a larger portion of the visual field from which a volume representation is to be calculated, or only a portion thereof, e.g. B. a portion of the organ. In dashed line is still a second ultrasonic head 13 shown. This ultrasonic head can emit a low frequency sound wave compared to the ultrasonic wave passing through the transducer 12 is sent out. This allows them to have a greater penetration depth, so that in addition to the organ 70 also the anatomical marking 80 included in the picture. This anatomical marking can be, for example, a bone, a joint or a rib. This anatomical marking is preferably stationary. This makes it possible to carry out a delayed check. Before a treatment, for example, a 3D volume of the examined tissue can be calculated. In time, a 3D volume can be calculated in a follow-up check. If the follow-up also an ultrasound image with the anatomical mark 80 recorded, it can be a registration of the two calculated volumes, and it can be determined which changes have resulted in volume. The low-frequency transducer 13 can also be in the transducer 12 be integrated.

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.For example, if a larger tissue area is to be scanned, it is possible to have two transducers simultaneously, for example, the transducers 12a and 12b to use, which are arranged laterally offset on the gauze. This alignment of the transducers with each other need not be rigid, so that each transducer can adapt individually to the conditions of the tissue. Since the position and orientation of each transducer can be determined, it is still possible to calculate a correct volume.

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.As related to 7 has been explained above, the tilt angle of the transducer can be calculated on the relative distances of the reflected signals and the shifts of the two characteristic patterns against each other.

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.In 6 summarizes the main process steps that can be applied to a three-dimensional volume calculation method for ultrasound images. In a first step S1, ultrasound images are taken. For example, a volume of interest can be scanned by simply shutting down the transducer. When taking the ultrasound images in step S1, the coded gauze is placed between the tissue and the ultrasound head as shown in FIG 2 to 5 and 7 is shown. In a step S2, in the reflected ultrasonic waves, the patterns or signal portions which are reflected by the reflecting elements can be identified. By comparing the incoming signals in step S3 with predetermined signal components or patterns in the memory unit, it is possible in step S4 to determine the position of the transducer and possibly the orientation on the gauze. In step S5, this position can be stored together with the generated ultrasound image. Alternatively, the position information can also be stored in the post-processing of the entire data set of ultrasound images for each instantaneous image. With the aid of the calculated ultrasound images and the calculated positions of the transducers, it is then possible to calculate a three-dimensional volume in step S6.

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.In summary, the invention enables the simplified calculation of volumes in ultrasound images. These volumes can then be stored and archived, which also simplifies the documentation of the ultrasound examination. A fixed path of the ultrasonic head as in the prior art is no longer necessary for this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Ultraschallsystemultrasound system
12, 12a, 12b, 1312, 12a, 12b, 13
Ultraschallkopfultrasound probe
1616
Auswerte- und BilderzeugungseinheitEvaluation and image generation unit
1717
Speichereinheitstorage unit
1818
Recheneinheitcomputer unit
2020
Gazegauze
2121
reflektierende Elementereflective elements
3030
Ultraschallgel bzw. UltraschalllotionUltrasound gel or ultrasound lotion
3535
Abstandelementspacer
40, 7040, 70
Untersuchungsgewebesurvey tissue
7070
Organorgan
8080
Markierungmark
61, 6261, 62
GesichtsfeldFacial field

Claims (12)

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.Ultrasound system ( 10 ) for generating a 3-dimensional volume representation of an examination tissue ( 40 . 70 ), comprising: - a first ultrasonic head ( 12 ) with at least one transmitting and receiving unit, which is designed to emit ultrasonic waves and to receive reflected ultrasonic waves, - a gauze ( 20 ), which reflective elements ( 21 ), which partially reflect the ultrasonic waves, the reflecting elements being arranged in a predetermined pattern, - an evaluation unit ( 16 ), which evaluates the ultrasonic waves reflected by the transmitting and receiving unit and generates an ultrasound image, - a memory unit ( 17 ), in which a relationship is stored, such as predetermined signal components coming from the reflective elements ( 21 ) the gauze ( 20 ) are generated in the reflected ultrasonic waves, in the reflected ultrasonic waves as a function of the position of the ultrasonic head ( 12 ) are formed on the gauze, wherein the evaluation unit ( 16 ) with the help of the stored relationship and the reflected ultrasonic waves, the position of the ultrasound head ( 12 ) on the gauze ( 20 ) and stores the position of the ultrasound head in conjunction with an ultrasound image generated at the associated position of the ultrasound head, wherein the evaluation unit ( 16 ) one Stores the position of the ultrasound head for a first ultrasound image and stores a further position of the ultrasound head for at least one second ultrasound image, 18 ), from the position of the ultrasound head in the first ultrasound image, the first ultrasound image, from the position of the ultrasound head in the at least one second ultrasound image and at least one second ultrasound image, a 3-dimensional volume of the examination tissue ( 40 . 70 ). 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.Ultrasound system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the gauze has an upper side surface which faces the transducer and a lower side surface which faces the examination tissue, the reflective elements ( 21 ) are arranged on the upper side surface or the lower side surface. 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.Ultrasound system ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the gauze has an upper side surface facing the transducer and a lower side surface facing the examination tissue, the reflective elements being disposed on the upper side surface and on the lower side surface. 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.Ultrasound system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 16 ) examines the reflected ultrasonic waves from an ultrasonic pulse which are detected by the transmitting and receiving unit at the beginning of a time window in which the reflected ultrasonic waves of the ultrasonic pulse are detected to detect the predetermined signal portions reflected by the reflecting elements. 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.Ultrasound system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gauze ( 20 ) first reflective elements ( 21 ) at a first distance to the transducer and second reflective elements ( 21 ) at a second distance to the transducer different from the first distance. 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 istUltrasound system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized by a first gauze ( 20 ), which first reflective elements ( 21 ) which partially reflect the ultrasonic waves and which are arranged in a predetermined pattern, and a second gauze (FIG. 20 ), which second reflective elements ( 21 ) which partially reflect the ultrasonic waves and which are arranged in a predetermined pattern, wherein between the first gauze and the second gauze a spacing element ( 35 ), which holds the first gauze and the second gauze at a distance from each other and filled with non-liquid ultrasound gel 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.Ultrasound system ( 10 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the evaluation unit ( 16 ) is configured to identify first signal components generated in the reflected ultrasonic waves by the first reflecting elements and to identify second signal components generated by the second elements, wherein the evaluation unit ( 16 ) is formed, from the identified first signal components and from the identified second signal components, the position of the transducer on the gauze and the tilt angle of the transducer ( 12 ) relative to the gauze. 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.Ultrasound system ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of laterally mutually offset ultrasonic heads ( 12a . 12b ), wherein the evaluation unit for each of the ultrasonic heads ( 12a . 12b ) the reflected ultrasonic waves with those in the memory unit ( 17 ) used to close the position of the respective ultrasound head on the gauze and to store the position of the respective ultrasound head in conjunction with an ultrasound image generated at the associated position of the ultrasound head, wherein the arithmetic unit ( 18 ) with the positions of the ultrasound heads and in the case of the ultrasound images generated by the different ultrasound heads, a 3-dimensional volume of the examination tissue is calculated. 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.Ultrasound system according to one of the preceding claims, characterized by a further ultrasound head ( 13 ), which has a second transmitting and receiving unit which is designed to emit an ultrasonic wave having a lower sound frequency than the first ultrasonic head ( 12 ), wherein the evaluation unit is formed, in the ultrasound image of the further transducer a predetermined anatomical mark ( 80 ) identified. 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.Ultrasound system according to one of the preceding claims, characterized in that the memory unit ( 17 ) has a table which connects the predetermined signal component occurring in the reflected ultrasonic waves respectively to a position of the ultrasonic head, the evaluation unit identifying the signal components in the reflected ultrasonic waves caused by the reflective elements and the identified signal components with those stored in the table compares predetermined signal components, and determines the position of the ultrasonic head from the comparison. 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.Method for generating a 3-dimensional volume representation of an examination tissue by an ultrasound system ( 10 ), with the following steps Providing a gauze ( 20 ) on the examination tissue ( 40 . 70 ), wherein the gauze reflective elements ( 21 ), which at least partially reflect the ultrasonic waves and which are arranged in a predetermined pattern, - emitting ultrasonic waves through a first ultrasonic head ( 12 ) disposed on the gauze and receiving the reflected ultrasonic waves, wherein a first ultrasonic image at a first position of the ultrasound head ( 12 ) on the gauze ( 20 ) and at least one second ultrasound image at a further position of the ultrasound head on the gauze, - determining the position of the ultrasound head ( 12 ) on the gauze ( 20 ) by using a relationship stored in a memory unit, which indicates how predetermined signal components are transmitted by the reflective elements (FIG. 21 ) of the gauze are generated in the reflected ultrasonic waves in which reflected ultrasonic waves are formed depending on the position of the ultrasonic head on the gauze, and by using the reflected ultrasonic waves, determining the position of the ultrasonic head on the gauze for the first and the at least a second ultrasound image, - storing, for the first and the at least one second ultrasound image, the position of the ultrasound head in conjunction with an ultrasound image generated at the associated position of the ultrasound head, and - calculating a 3-dimensional volume from the position of the ultrasound head in the first ultrasound image, the first ultrasound image, from the position of the ultrasound head in the at least one second ultrasound image and the at least one second ultrasound image. 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.The method of claim 11, wherein the memory unit comprises a table connecting predetermined signal portions appearing in the reflected ultrasonic waves respectively to a position of the ultrasonic head, the position of the ultrasonic head being determined by identifying the signal portions in the reflected ultrasonic waves caused by the reflective elements are and by comparing the identified signal component with the predetermined patterns stored in the table.
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