BR112016005796B1

BR112016005796B1 - sistema de ultrassom para diagnóstico com compensação de ganho de tempo

Info

Publication number: BR112016005796B1
Application number: BR112016005796-1A
Authority: BR
Inventors: Towa Matsumura
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2021-03-02
Also published as: RU2686918C2; JP6336089B2; US20180116637A1; US9861343B2; RU2016114739A; CN105555199A; US10925584B2; EP3046477B1; US20160228099A1; JP2016530977A; EP3046477A1; CN105555199B; WO2015040524A1

Abstract

SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO COM COMPENSAÇÃO DE GANHO DE TEMPO A presente invenção trata de chaves deslizantes de TGC (20), que proporcionam o controle de TGC de um sistema de imageamento por ultrassom para diagnóstico e têm LEDs (10) montados sobre os elementos deslizantes (22) das chaves deslizantes, de modo que as chaves possam ser facilmente vistas em uma sala escurecida. A luz emitida pelo LED de uma chave é alterada para uma cor ou um brilho indicativo, quando o elemento deslizante da chave estiver ajustado em sua posição padrão (36), para a aplicação de um ganho nominal aos sinais de eco recebidos de uma dada profundidade.

Description

[001] A presente invenção refere-se a sistemas de ultrassom para diagnóstico médico e, em particular, a sistemas de ultrassom com controles para compensação de ganho de tempo de sinais ultrassônicos de eco recebidos.

[002] Quando sinais de ultrassom são transmitidos para dentro do corpo por uma sonda de imageamento por ultrassom, as ondas são continuamente atenuadas durante sua passagem através dos tecidos, e os ecos retornados são adicionalmente atenuados enquanto regressam ao transdutor. Como consequência, os ecos são cada vez mais atenuados como uma função da profundidade no corpo do qual retornam. A solução consagrada pelo tempo para esse problema de atenuação consiste em amplificar os sinais de eco recebidos como uma função do tempo no qual são recebidos: ecos que retornam mais tarde em relação ao tempo de transmissão são mais amplificados do que aqueles recebidos mais cedo, provenientes de profundidades menores. O circuito que realiza essa amplificação é conhecido como circuito de compensação de ganho de tempo (TGC, “Time Gain Compensation”), também chamado de controle de tempo de sensibilidade (STC, “Sensitivity Time Control”). Porém, a relação entre tempo e atenuação não é uma relação puramente linear. Os ecos experimentam diferentes graus de atenuação, dependendo do tecido através do qual estão passando. Por exemplo, ao realizar o imageamento do coração, experimenta-se relativamente pouca atenuação conforme os ecos passam através do sangue na câmara cardíaca, e experimenta-se maior atenuação conforme os ecos passam através do músculo cardíaco, o miocárdio. Consequentemente, os controles para TGC são uma série de chaves que afetam o ganho aplicado a diferentes profundidades em relação à profundidade da imagem de ultrassom. Tipicamente, as chaves são chaves deslizantes dispostas em uma coluna no painel de controle do sistema de ultrassom. A orientação colunar parece corresponder imediatamente às profundidades da imagem sucessivamente maiores. As chaves são, em geral, chaves deslizantes com uma posição central que define um ganho nominal para a profundidade de imagem correspondente. As chaves deslizantes podem ser movidas lateralmente em uma das duas direções para aplicar mais ou menos do que o ganho nominal em cada profundidade. Dessa forma, o perfil de ganho pode ser definido de modo não linear para variar o ganho em relação à composição anatômica da região do corpo sendo imageada. Em sistemas de ultrassom modernos, os perfis de ganho podem ser armazenados para aplicações de imageamento específicas e então recuperados, aplicados e ajustados pelas chaves deslizantes, conforme for adequado, para produzir uma imagem com brilho e tons de cinza uniformes sobre a profundidade da imagem, conforme descrito na Patente US 5.482.045 (Rust et al.).

[003] Os exames de ultrassom são frequentemente realizados em uma sala escurecida, de modo que o ultrassonografista possa discernir mais facilmente a aparência das imagens e das estruturas e funções sutis (por exemplo, fluxo sanguíneo) sendo imageadas. Para que o ultrassonografista possa ver prontamente os controles do painel de controle do sistema, os controles são frequentemente retroiluminados para auxiliar na visibilidade. Os controles de TGC podem ser iluminados de várias maneiras. Contudo, mesmo com retroiluminação eficaz, muitas vezes o ultrassonografista não é capaz de distinguir as posições específicas das chaves de TGC. Em particular, é frequentemente difícil para o ultrassonografista ver se as chaves de TGC ainda estão ajustadas em suas posições centrais nominais, ou se foram ajustadas para uma configuração de ganho diferente. Consequentemente, é desejável obter controles de TGC que sejam facilmente discerníveis, e que tenham suas configurações prontamente visíveis em uma sala de exames escurecida.

[004] De acordo com os princípios da presente invenção, é descrito um sistema de ultrassom para diagnóstico com iluminação fornecida às chaves individuais do controle de TGC. A iluminação é exclusivamente controlada ou modulada quando uma chave está em sua posição central, como por modulação ou controle de cor ou brilho. O ultrassonografista é, desta forma, capaz de ver prontamente o ajuste de ganho das chaves a partir de seu padrão de orientação, e discernir imediatamente as chaves que estão ajustadas para suas posições centrais nominais.

NOS DESENHOS

[005] A Figura 1 ilustra o painel de controle de um sistema de imageamento por ultrassom para diagnóstico.

[006] A Figura 2 é uma vista detalhada do controle de TGC do sistema de ultrassom da Figura 1, construído de acordo com os princípios da presente invenção.

[007] A Figura 3 ilustra, sob a forma de diagrama de blocos, os componentes principais de um sistema de ultrassom incluindo circuitos de TGC.

[008] As Figuras 4a e 4b ilustram controles de TGC iluminados da presente invenção, quando vistos em uma sala escurecida.

[009] As Figuras 5a e 5b ilustram implementações da presente invenção por modulação da largura de pulso e controle de cor de um LED em um controle de TGC.

[010] Primeiro com referência à Figura 1, um painel de controle do sistema de ultrassom 28 é mostrado em uma vista em perspectiva. Quando um usuário deseja realizar um exame ultrassônico específico, como imageamento do fígado, o usuário seleciona o procedimento desejado mediante o uso dos controles no painel de controle 28. Isso pode envolver interação com um menu de parâmetros e escolhas de desempenho, mostrado no monitor de exibição 62, mediante o uso do trackball e de um botão de seleção no painel de controle, para selecionar os parâmetros desejados. Após a seleção de um procedimento de imageamento, o sistema selecionará para o procedimento uma característica de TGC ideal, armazenada na memória do sistema, e aplicará a mesma ao circuito de TGC, conforme descrito a seguir. O circuito de TGC controlará, então, o ganho do amplificador de TGC na trajetória de sinal do sistema, de acordo com essa característica de TGC ideal. O sistema fornecerá, também, informações gráficas à tela de imagens, de modo que uma representação visual da característica de TGC ideal seja mostrada na tela de imagens 62, adjacente à imagem. Essa curva de TGC ilustra, então, as quantidades relativas de ganho aplicado aos ecos que retornam de profundidades progressivamente maiores da região de imagem.

[011] A característica de TGC ideal predeterminada será mostrada e usada para controlar o amplificador do circuito de TGC, quando as chaves deslizantes 20 no painel de controle estiverem verticalmente alinhadas em sua posição central 36, conforme mostrado na Figura 2. Se o médico descobrir que é necessário variar a característica predeterminada para melhor imageamento de um paciente específico, o médico moverá as chaves deslizantes para a direita ou para a esquerda, para redefinir os segmentos de coeficiente angular da característica de ganho de TGC. À medida que as chaves são movidas, as alterações são comunicadas a partir do painel de controle 28 para o circuito de TGC, o qual aplica as alterações incrementais à característica predeterminada. Os efeitos dessas alterações são mostrados através de alterações visuais na característica de TGC na tela de exibição. Após o médico finalizar o ajuste das chaves de TGC 20, a variação da característica predeterminada é indicada pelas novas posições físicas das chaves no painel de controle, e a característica de TGC final é mostrada na tela de exibição. Um ajuste de ganho uniforme em relação à profundidade total da imagem é aplicado, mediante a regulagem de um ajuste de controle de ganho 26.

[012] Com referência à Figura 3, é ilustrado, sob a forma de um diagrama de blocos, um sistema de ultrassom construído de acordo com os princípios da presente invenção. Nesta implementação, a sonda de ultrassom inclui um transdutor de matriz bidimensional 500 e um formador de microfeixes 502. A presente invenção pode ser usada com sondas que usam matrizes de transdutor unidimensionais ou bidimensionais. O formador de microfeixe contém circuitos que (“patches”) do transdutor de matriz 500, e executam alguma combinação dos sinais de eco recebidos pelos elementos de cada grupo. A formação de microfeixe na sonda reduz vantajosamente o número de condutores no cabo 503 entre a sonda e o sistema de ultrassom, e é descrita na patente US n° 5.997.479 (Savord et al.) e na patente US n° 6.436.048 (Pesque).

[013] A sonda é acoplada ao tomógrafo 310 do sistema de ultrassom. O tomógrafo inclui um controlador de forma de feixe 312 que responde a um controle do usuário no painel de controle, como um controle de seleção de sonda, e fornece sinais de controle ao formador de microfeixe 502, instruindo a sonda quanto à temporização, à frequência, à direção e ao foco dos feixes de transmissão para a imagem desejada e a sonda selecionada. O controlador de forma de feixe também controla a formação de feixes de sinais de eco recebidos, mediante seu acoplamento aos conversores de sinal analógico para digital (A/D) 316 e a um formador de feixe 116. Os sinais de eco recebidos pela sonda são amplificados pelo pré-amplificador e por um amplificador do circuito de TGC (controle de ganho no tempo) 314, e, então, digitalizados pelos conversores A/D 316. Em seguida, os sinais de eco digitalizados são formados em feixes pelo formador de feixe 116. Os sinais de eco provenientes de elementos individuais ou grupos (“patches”) de elementos da matriz 500 são, então, processados por um processador de imagens 318 que realiza filtragem digital, detecção de modo B e/ou processamento Doppler, e que pode também realizar outros processamentos de sinal, como separação harmônica, redução de manchas mediante composição de frequências, ganho digital (inclusive TGC digital) e outros processamentos de imagem ou sinal desejados.

[014] Os sinais de eco produzidos pelo tomógrafo 310 são acoplados a um subsistema de exibição 320, o qual processa os sinais de eco para exibição no formato de imagem desejado. Os sinais de eco são processados por um processador de linha de imagem 322, que é capaz de fazer amostragem dos sinais de eco, emendar segmentos de feixes em sinais de linha completos e calcular a média dos sinais de linha para aprimoramento da relação sinal/ruído ou da persistência de fluxo. As linhas de imagem de cada imagem são convertidas mediante varredura para o formato de imagem desejado, por um conversor de varredura 324 que faz a conversão R-theta, como é conhecida na técnica. As imagens são, então, armazenadas em uma memória de imagens 328, a partir da qual podem ser exibidas na tela 150. As imagens na memória são, também, sobrepostas com gráficos a serem exibidos com as imagens, como a característica de TGC descrita acima, os quais são gerados por um gerador de gráficos 330 que responde a um controle do usuário. Quadros de imagem individuais, ou sequências de quadros de imagem, podem ser armazenados em uma cine memory 326 durante a captura de loops de imagens.

[015] De acordo com os princípios da presente invenção, cada chave deslizante 22 dos controles de TGC é iluminada por um LED 10 montado no elemento deslizante da chave, conforme mostrado na Figura 2. Cada elemento deslizante tem uma faixa de controle ditada pela extensão de um recorte 24 no painel de controle, ao longo do qual o elemento deslizante pode se deslocar lateralmente. Dessa forma, se o elemento deslizante mais superior (correspondente à menor profundidade) for movido para a esquerda, aparecerá à esquerda da coluna de LEDs das outras chaves. O ultrassonografista pode ver, em um relance, que na menor profundidade está determinada uma configuração de baixo ganho, ao passo que os ganhos aplicados nas profundidades maiores são todos de configurações de ganho nominal. Os LEDs iluminados nos elementos deslizantes das chaves tornarão isso visivelmente claro, mesmo em uma sala escurecida.

[016] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, cada LED 10 produz uma iluminação distintiva quando está ajustado em sua posição central nominal 36. Pode-se usar uma variedade de diferentes técnicas de diferenciação de iluminação. Uma delas consiste em iluminar o LED com mais intensidade quando o elemento deslizante 22 estiver em sua posição central, e com menos intensidade quando o elemento deslizante for movido para fora de sua posição central. A Figura 5a ilustra um potenciômetro 12 de uma chave deslizante de TGC, com um braço deslizante 14. Quando o elemento deslizante está centralizado, o amplificador diferencial 16 é comutado para uma baixa saída, o que desabilita a entrada de um modulador de largura de pulso 17. Nesse estado nulo, o LED 10 é acionado por uma tensão constante, produzindo uma iluminação intensa. Porém, quando o braço deslizante 14 é movido para fora do centro, o amplificador diferencial 16 é comutado para uma alta saída, o que habilita o modulador de largura de pulso 17, que aciona o LED 10 com uma sequência de pulsos modulada por largura de pulso. A iluminação do LED é, então, menos intensa.

[017] Uma outra abordagem para a variação da iluminação consiste em variar a cor da luz do LED, quando o elemento deslizante 22 estiver em sua posição central. Na Figura 5b, quando o braço deslizante 14 está centralizado, o amplificador diferencial 16 faz com que o LED seja iluminado com uma cor predeterminada, como vermelho. Isso pode ser feito com um controlador de cores 17 que seleciona a cor de um LED RGB, ou mediante a variação da temperatura de cor do LED 10. Quando o braço deslizante é movido para fora do centro, o controlador de cores 17 seleciona uma cor diferente para um LED RGB, branco em vez de vermelho, por exemplo, ou muda a temperatura de cor para uma temperatura diferente daquela usada na posição centralizada.

[018] Cada controle de TGC produzirá um valor (digital ou analógico) dependendo de sua configuração, que é acoplado a um controlador de iluminação. O controlador de iluminação compara o valor digital contra o valor conhecido da configuração de posição central. Se os dois valores não forem iguais, o valor da diferença é usado para controlar o ciclo de trabalho e/ou a frequência da modulação da largura de pulso para tornar a iluminação menos intensa. Para a implementação de modulação de cores, três moduladores de largura de pulso são usados para controlar o ciclo de trabalho ou a frequência de cada cor de um LED RGB, para produzir virtualmente qualquer cor desejada.

[019] As Figuras 4a e 4b ilustram o efeito dessa modulação de cores. A Figura 4a ilustra uma série de luzes em oito elementos deslizantes de TGC. As configurações estão na faixa de um baixo ganho nas profundidades menores pelos elementos deslizantes superiores, até ganhos maiores que o nominal nas profundidades maiores, onde é visto que os elementos deslizantes inferiores foram movidos para a direita. Esse padrão curvo de LEDs brancos oferece pouca indicação de quais elementos deslizantes não foram tocados e permanecem em suas posições de ganho nominal. Porém, no exemplo da Figura 4b, os LEDs para o terceiro, o quinto e o sexto elementos deslizantes, 26, 27 e 28, são modulados para produzir uma cor avermelhada (conforme representado pelos padrões pontilhados), que claramente se destacam em relação aos outros LEDs brancos. O ultrassonografista pode ver, em um relance, que nenhum ajuste foi feito aos ganhos nominais nessas profundidades.

[020] Outros esquemas de iluminação serão prontamente lembrados pelos versados na técnica. Os LEDs poderiam ser iluminados em vermelho quando movidos para uma configuração de ganho mais alto (para a direita), verde quando movidos para uma configuração de ganho mais baixo (para a esquerda), e branco quando colocados na posição central nominal, por exemplo. Uma outra alternativa consiste em usar o modulador de largura de pulso para fazer piscar os LEDs, acendendo e apagando, de modo a indicar pela piscada aqueles que estão na posição central ou aqueles que foram movidos.

Claims

1. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO COM COMPENSAÇÃO DE GANHO DE TEMPO, que compreende: um painel de controle do sistema de ultrassom (28); uma pluralidade de controles de compensação de ganho de tempo (TGC) situada no painel de controle do sistema de ultrassom, que pode ser definida em uma posição nominal ou ajustada para outras posições de modo a controlar a compensação de ganho de tempo; sendo que o sistema é caracterizado por compreender adicionalmente: uma pluralidade de dispositivos de iluminação, cada qual situado em um dos controles de TGC; e um controlador de iluminação que responde ao ajuste de um controle de TGC em sua posição nominal e está acoplado ao dispositivo de iluminação do controle de TGC, que é disposto para distinguir visivelmente a iluminação por meio do dispositivo de iluminação, quando seu controle de TGC está ajustado na posição nominal.

2. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos controles de TGC compreenderem, adicionalmente, chaves deslizantes (22).

3. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos dispositivos de iluminação compreenderem, adicionalmente, diodos emissores de luz (LEDs) (10); sendo que cada uma das chaves deslizantes compreende, adicionalmente, um controle deslizante operável pelo usuário; sendo que um LED está montado em cada controle deslizante.

4. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por cada controle deslizante poder ser movido ao longo de uma faixa lateral de ajuste; sendo que a posição nominal é o centro da faixa lateral.

5. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de posição do controle deslizante responsivo ao movimento de um controle deslizante ao longo de sua faixa de ajuste, que é disposto para detectar quando o controle deslizante está no centro da faixa lateral.

6. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo controlador de iluminação ser adicionalmente responsivo ao sensor de posição do controle deslizante.

7. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo sensor de posição do controle deslizante compreender, adicionalmente, um amplificador diferencial (16).

8. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador de iluminação ser adicionalmente disposto para distinguir visivelmente a iluminação pelo dispositivo de iluminação, mediante a alteração da cor da luz produzida.

9. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo controlador de iluminação ser adicionalmente disposto para distinguir visivelmente a iluminação pelo dispositivo de iluminação, mediante a alteração do brilho da luz produzida.

10. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo controlador de iluminação compreender, adicionalmente, um modulador de largura de pulso.

11. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos dispositivos de iluminação compreenderem, adicionalmente, LEDs (10); sendo que o modulador de largura de pulso está disposto para acionar um LED com um pulso modulado por largura para reduzir o brilho da luz produzida pelo LED.

12. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelos dispositivos de iluminação compreenderem, adicionalmente, LEDs; sendo que o controlador de iluminação é, adicionalmente, disposto para alterar a cor da luz produzida por um LED, mediante a alteração da temperatura de cor do LED.

13. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela cor de luz produzida por um LED estar definida para uma cor avermelhada quando um controle de TGC estiver definido em sua posição nominal.

14. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelos dispositivos de iluminação compreenderem, adicionalmente, LEDs RGB; sendo que o controlador de iluminação compreende, adicionalmente, um controlador de cores do LED (17).

15. SISTEMA DE ULTRASSOM PARA DIAGNÓSTICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos controles de TGC atuarem, adicionalmente, para controlar a compensação de ganho de tempo mediante a habilitação do ajuste, pelo usuário, da amplificação aplicada a sinais de eco ultrassônicos recebidos de diferentes profundidades de imageamento.