ES2248918T3 - Metodos y aparatos para la deteccion de moteado de sangre en un sistema de visualizacion de imagenes intravasculares por ultrasonidos. - Google Patents
Metodos y aparatos para la deteccion de moteado de sangre en un sistema de visualizacion de imagenes intravasculares por ultrasonidos.Info
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Abstract
Un método para distinguir el tejido de la sangre en una imagen de un vaso sanguíneo intravascular por ultrasonido, el mencionado método consta de los pasos de: iluminar un objetivo intravascular con energía RF por ultrasonido para generar ecos ultrasónicos del objetivo intravascular mencionado; transformar los ecos ultrasónicos del objetivo intravascular en una señal RF de recepción; llevar a cabo un análisis espectral en al menos una porción de la mencionada señal RF de recepción para proporcionar una información de intensidad sobre el espectro de la mencionada señal RF de recepción, la mencionada información incluye una primera fuerza de intensidad a una frecuencia elevada dentro del espectro indicado y una segunda fuerza de intensidad a una baja frecuencia dentro del espectro indicado; la comparación de la mencionada primera fuerza de intensidad y la segunda fuerza de intensidad indicada; la determinación de que el objetivo intravascular indicado es tejido si la primera fuerza de intensidad indicada y la segunda fuerza de intensidad mencionada son aproximadamente iguales y de que el mencionado objetivo intravascular es sangre si la primera fuerza de intensidad indicada es mayor que la segunda fuerza de intensidad mencionada, en el cual el paso mencionado de determinación tiene en cuenta las sensibilidades de la fuerza de dispersión inversa del tejido y de la sangre en las mencionadas frecuencias baja y alta.
Description
Métodos y aparatos para la detección de moteado
de sangre en un sistema de visualización de imágenes intravasculares
por ultrasonidos.
La presente invención está relacionada con la
visualización de imágenes intravasculares de alta resolución y más
particularmente con la visualización de imágenes intravasculares por
ultrasonidos y con las técnicas para mejorar la calidad de las
imágenes.
En la visualización de imágenes intraluminales o
intravasculares por ultrasonido (a lo que también se refiere como
"IVUS"), la producción de imágenes de alta resolución de las
estructuras de las paredes de los vasos requiere una visualización
a frecuencias de ultrasonido elevadas. En algunos tipos de sistemas
intraluminales, se usa un excitador / detector unidireccional
ultrasónico dentro de una sonda de catéter situada dentro de un
vaso sanguíneo para adquirir datos de las señales de los ecos de la
energía de ultrasonidos emitida desde el interior del vaso
sanguíneo. Específicamente, los vectores son creados dirigiendo
ondas de presión por ultrasonidos enfocadas radialmente de un
transductor en un catéter y recogiendo ecos en el mismo transductor
desde el área objetivo. Una pluralidad de vectores radiales desde
el transductor rotado forma una estructura de imagen. Un procesador
de señales lleva a cabo un procesamiento de imágenes (por ejemplo
estabilización de una imagen en movimiento, un filtrado temporal
para el moteado de sangre, y otras técnicas de mejora de la imagen)
en los datos adquiridos para proporcionar una visualización de la
imagen intravascular filtrada y corregida en un monitor de
visualización de exploración de trama.
Es deseable proporcionar una proyección de imagen
sobre una amplia gama de frecuencias (por ejemplo de 5 megaherzios
(MHz) a 50 MHz), especialmente frecuencias ultrasónicas más
elevadas en algunas aplicaciones. Sin embargo, la dispersión
inversa de las células sanguíneas en semejante imagen es un
problema significativo en la visualización de imágenes
intraluminales por ultrasonido de alta frecuencia, ya que la
dispersión de ultrasonidos de las células sanguíneas es
proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de tal forma que
cuanto más elevada es la frecuencia por ultrasonido más
pronunciada es la dispersión inversa de la sangre. Como resultado,
los ecos de las moléculas sanguíneas degradan el contraste entre el
lumen y la pared del vaso, lo que es indeseable ya que hay una
necesidad de definir los límites entre sangre / tejido para
averiguar el grado de estrechamiento del vaso y determinar la
extensión espacial de la placa. Por tanto, los ecos en la imagen
por ultrasonido debido a la dispersión inversa de la sangre (el
patrón irregular de la dispersión inversa de la sangre está
referenciado como "moteado de la sangre") debe ser detectado
para proporcionar una visualización de imagen mejorada. Una vez
detectada, el moteado de la sangre se puede retirar o suprimir a un
nivel en el cual las estructuras de la pared se pueden distinguir
de la sangre, distinguidas por proporcionar un color de
visualización diferente para la sangre, y / o usado para delinear
mejor la interconexión entre sangre / tejido.
Se han usado varias técnicas en la visualización
de imágenes intravasculares por ultrasonido para la detección del
moteado de la sangre en la imagen (véase por ejemplo US 5520185 o
US 5522392). Estas técnicas no siempre son efectivas para
distinguir entre sangre y tejido, debido a que se basan en
suposiciones clave que no son siempre verdad. Algunas técnicas se
basan en la suposición de que la fuerza de dispersión de la energía
de la sangre es baja en comparación con la fuerza de dispersión del
tejido, para distinguir entre la sangre y el tejido. Otras técnicas
se basan en la suposición de que la sangre se mueve mucho más
rápido en comparación con el tejido y por tanto tiene una señal
Doppler diferente que el tejido. En realidad, sin embargo, tales
suposiciones se pueden violar. En particular, la dispersión de
energía de la sangre puede a veces ser igual de brillante que la
dispersión del tejido, y / o la sangre a veces se puede mover a una
velocidad muy baja o no moverse en absoluto. Aunque en general son
efectivas, estas técnicas pueden no ser tan efectivas en
situaciones cuando no son válidas estas suposiciones.
De lo anteriormente indicado, se puede ver que se
necesitan métodos y aparatos alternativos o suplementarios para la
detección del moteado de la sangre para permitir que una
visualización de las imágenes intraluminales por ultrasonido esté
libre de o para identificar de modo distintivo los ecos inducidos
por la sangre.
La presente invención proporciona métodos y
aparatos que detectan el moteado de la sangre de un modo mejorado.
La presente invención utiliza el hecho de que la fuerza de
dispersión de energía de la sangre presenta una dependencia de alta
frecuencia, mientras que la fuerza de dispersión del tejido no
tiene una fuerte dependencia de frecuencia. En realizaciones
específicas, la presente invención puede proporcionar una solución
particularmente sencilla y útil para ocuparse del problema del
moteado de la sangre en la visualización de imágenes
intravasculares por ultrasonido, especialmente en situaciones en las
que la sangre puede tener una fuerza de dispersión similar a la del
tejido y / o donde la sangre se mueve lentamente o nada en
absoluto.
De acuerdo con una realización específica, la
presente invención proporciona un método para la detección del
moteado de la sangre en una imagen intravascular por ultrasonido de
un vaso sanguíneo. El método incluye los pasos de iluminar un
objetivo intravascular con energía RF ultrasónica para generar
ecos ultrasónicos del objetivo intravascular, y transformar los ecos
ultrasónicos del objetivo intravascular en una señal RF de
recepción. El método también incluye la realización de un análisis
espectral en al menos una porción de la señal RF de recepción para
proporcionar una información sobre la intensidad en el espectro de
la señal RF de recepción. La información incluye una primera fuerza
de intensidad a una elevada frecuencia dentro del espectro y una
segunda fuerza de intensidad a una baja frecuencia dentro del
espectro. El método, además, incluye la comparación entre la
primera fuerza de intensidad y la segunda fuerza de intensidad, y
la determinación de que el objetivo intravascular es tejido si la
primera fuerza de intensidad y la segunda fuerza de intensidad son
aproximadamente iguales, y de que el objetivo intravascular es
sangre. si la primera fuerza de intensidad es mayor que la segunda
fuerza de intensidad. Este paso determinante tiene en cuenta las
sensibilidades de la fuerza a frecuencias altas y bajas. Algunas
realizaciones específicas pueden llevar a cabo análisis
espectrales, bien por un análisis de Fourier completo ó bien por
filtrado para altas y bajas frecuencias.
De acuerdo con otra realización específica, la
presente invención proporciona un método para detectar el moteado
de la sangre en una imagen intravascular por ultrasonido de un vaso
sanguíneo que incluye los pasos de iluminar un objetivo
intravascular con energía RF ultrasónica a una primera frecuencia,
para generar ecos ultrasónicos del objetivo intravascular indicado
para formar una primera estructura de imagen, e iluminar el
objetivo intravascular con energía RF ultrasónica a una segunda
frecuencia, para generar ecos ultrasónicos del objetivo
intravascular para formar una segunda estructura de imagen. Las
estructuras de imagen primera y segunda son sucesivas en el tiempo
y una de las frecuencias primera y segunda es una baja frecuencia
siendo la otra una frecuencia elevada. El método también incluye el
paso de restar las estructuras de imagen primera y segunda para
obtener una estructura de imagen restada, y el paso de determinar
que las porciones de la estructura de imagen restada que están
sustancialmente anuladas son tejidos y que las porciones de la
estructura de imagen restada que no se anulen son sangre. El paso
determinante tiene en cuenta las sensibilidades de fuerza a altas y
bajas frecuencias.
De acuerdo con aún otra realización específica,
la presente invención proporciona un aparato para un sistema de
visualización de imágenes por ultrasonido de vasos sanguíneos. El
aparato incluye un transductor que tiene un ancho de banda de
frecuencia que incluye sensibilidades conocidas y de una fuerza
suficientemente elevada en una primera frecuencia y en una segunda
frecuencia. El transductor obtiene ecos de un objetivo intravascular
usando ultrasonidos transmitidos a las frecuencias primera y segunda
para formar una imagen intravascular. Las frecuencias primera y
segunda están entre una baja frecuencia de - 3 dB y una alta
frecuencia de - 3 dB del transductor. El aparato incluye también un
dispositivo de procesamiento de señales y un medio de lectura por
ordenador. El dispositivo de procesamiento de señales es capaz de
ser conectado al transductor y a una pantalla para la visualización
de la imagen intravascular. Conectado para ser leído por el
dispositivo de procesamiento de con una segunda fuerza de
intensidad para ecos de ultrasonido a la segunda frecuencia, para
detectar el moteado de la sangre en la imagen intravascular.
Estas y otras realizaciones de la presente
invención, al igual que sus ventajas y características, se
describen en mayor detalle en unión con el texto y las figuras
adjuntas a continuación.
La figura 1A es un diagrama de bloques de un
sistema de visualización de imágenes intravasculares por
ultrasonido de acuerdo con unas realizaciones específicas de la
invención;
La figura 1B es un diagrama simplificado de la
sensibilidad de potencia de un transductor como una función de
frecuencia, de acuerdo con las realizaciones específicas de la
invención;
La figura 2 es un diagrama de flujo simplificado
que ilustra una realización específica que analiza todo el espectro
para distinguir entre sangre y tejido;
La figura 3 es un diagrama de flujo simplificado
que ilustra otra realización específica que lleva a cabo un
análisis espectral en solo dos frecuencias discretas para distinguir
entre sangre y tejido; y
La figura 4 es un diagrama de flujo simplificado
que ilustra otra realización específica que utiliza una alta
frecuencia y una baja frecuencia para obtener dos estructuras de
imagen sucesivas usadas para distinguir entre sangre y tejido.
La presente invención proporciona una
discriminación exacta entre sangre y tejido para un procesamiento
de imágenes mejorado en sistemas de visualización de imágenes
intravasculares por ultrasonido. La presente invención puede usar
un análisis espectral para distinguir la sangre del tejido, de
acuerdo con las realizaciones específicas. En particular, la
presente invención utiliza el hecho de que la fuerza de dispersión
de energía de la sangre (es decir, células de sangre, que son del
orden de aproximadamente 2 micrametros (\mum) de espesor y
aproximadamente 7 \mum de diámetro, son partículas mucho más
pequeñas que la longitud de onda de la energía por ultrasonidos)
presenta una dependencia de frecuencia alta, mientras que la fuerza
de dispersión del tejido no tiene una fuerte dependencia de la
frecuencia. Es decir, para la dispersión debida a la sangre, la
intensidad de la dispersión a frecuencias más elevadas es mucho más
fuerte que la dispersión de energía a frecuencias más bajas. Como
quiera que el espectro proporciona información sobre cualquier
dependencia de frecuencia que pueda existir, la examinación del
espectro puede proporcionar información sobre el tamaño de los
reflectores para indicar si los reflectores son sangre o
tejidos.
La presente invención proporciona métodos de
procesamiento de imágenes que se pueden usar en unión con el
sistema de visualización de imágenes intravasculares por
ultrasonidos mostrado en la figura 1A. Refiriéndose a la figura 1A,
se muestra un diagrama de bloques de un tipo de sistema de
visualización de imágenes intravasculares por ultrasonido (10) que
se puede usar para la visualización de imágenes intravasculares de
acuerdo con la invención. Como se observa en la figura 1A, se usa
un dispositivo de procesamiento de señales especializado (10) con
un sistema de visualización de imágenes ultrasónico (12) que
incluye una sonda de catéter (13) en la cual se emiten haces
ultrasónicos (14) mediante un transmisor o excitador ultrasónico
(16). Las señales ultrasónicas (14) de, por ejemplo 5 MHz a 50 MHz,
están dirigidas a un objetivo intravascular para causar reflejos en
la forma de las señales de eco ultrasónicas (18) de las
estructuras intravasculares, incluyendo la sangre. Los rayos
radiales o los vectores (18) de la información se recogen de un
objetivo (20) (las paredes interiores de un vaso sanguíneo) basados
en reflejos ultrasónicos en un transductor (22). Específicamente,
la información se recoge por la proyección de rayos de muestreo
ultrasónicos estrechos (14) del excitador (16) mientras que es
girado (en un ángulo \theta) dentro del catéter (13) dentro del
vaso sanguíneo (20). Los reflejos escalan en amplitud sobre una
gama y se registran por el transductor (22) como amplitud como una
función de la distancia unitaria (r) a lo largo del radio de cada
vector. Un total de, por ejemplo, 256 rayos dirigidos radialmente
desde el catéter (13) es suficiente para obtener datos para una
estructura de imagen para procesar la información de acuerdo con
una realización específica de la presente invención. La adquisición
de datos de las imágenes puede proporcionar tanto información
análoga como digital, dependiendo del sistema específico utilizado.
Los datos adquiridos se convierten en pixels que representan puntos
en una imagen bi-dimensional escaneada (de barrido
o de rotación) asignándose un valor en, por ejemplo, una escala de
grises entre negro y blanco. Por supuesto se pueden asignar colores
en otras realizaciones. La imagen es representativa de una
"rodaja" de sección transversal de la estructura del vaso
sanguíneo (20) e incluye estructuras de pared (interconexión sangre
- pared) (26) y lúmenes de sangre (región sanguínea) (24), como se
observa en la figura 1A. Más específicamente, después de que el
sistema de visualización de imágenes intravasculares por ultrasonido
adquiera los datos de imagen, el procesador de señales (10) lleva a
cabo el procesamiento de las señales de los datos de imagen
adquiridos mediante la conversión por escaneado de los datos de
imagen en datos de imagen de trama x - y para almacenarlo en la
memoria de visualización (32) y luego se estabilizan los datos de
imagen de trama en una base estructura por estructura para
proporcionar la imagen de trama para visualizarla en un dispositivo
de visualización (30) conectado a un procesador de señales (10). El
procesador de señales (10) también incluye una memoria de programa
(38) que se puede usar para almacenar el (los)
programa(s)
legible(s) por ordenador para implementar la(s) realizacion(es) especifica(s) de la presente invención, del modo tratado a continuación. Alternativamente,
el (los) programa(s) legible(s) por ordenador para la implementación de realizaciones específicas de la presente invención puede(n) ser almacenado(s) en una memoria conectada con un procesador de señales (10). Por ejemplo, la memoria puede ser una memoria de sólo lectura, una unidad de disco fija o una unidad de disco removible. La presente invención se puede usar para distinguir o suprimir / retirar el moteado de sangre en la imagen visualizada.
legible(s) por ordenador para implementar la(s) realizacion(es) especifica(s) de la presente invención, del modo tratado a continuación. Alternativamente,
el (los) programa(s) legible(s) por ordenador para la implementación de realizaciones específicas de la presente invención puede(n) ser almacenado(s) en una memoria conectada con un procesador de señales (10). Por ejemplo, la memoria puede ser una memoria de sólo lectura, una unidad de disco fija o una unidad de disco removible. La presente invención se puede usar para distinguir o suprimir / retirar el moteado de sangre en la imagen visualizada.
De acuerdo con una realización específica de la
presente invención, la frecuencia de radio (RF) de los ecos se
adquirirían y luego se analizarían en el terreno de la frecuencia
usando el análisis de Fourier para computar el espectro, como se
conoce bien en la técnica. La figura 2 es un diagrama de flujo
simplificado que ilustra una realización específica que analiza
todo el espectro. Se observa que los componentes electrónicos
asociados del aparato para adquirir los ecos de RF tendría que
tratar con una frecuencia más elevada al igual que tener una gama
dinámica más elevada comparado con los aparatos usados con una
aproximación que adquiere el sobre comprimido - registro de los
ecos reflejados. De acuerdo con esta forma específica, el
transductor transmite RF a lo largo de todo su ancho de banda
(indicado como el paso (51)) y recibe señales de eco de RF (paso
(55)). La computerización usando el análisis de Fourier (paso
(59)), el espectro de potencia de las señales de eco de RF
caracterizan la naturaleza de los reflectores para proporcionar
información para distinguir mejor entre la sangre y el tejido. En
esta realización específica, después de haber adquirido la RF y de
llevar a cabo el análisis espectral, se comparan la fuerza de la
señal de RF recibida en las dos cestas de frecuencia. En
particular, se examina la fuerza del espectro en dos cestas de
frecuencia (una cesta de una frecuencia más elevada y una cesta de
frecuencia inferior) donde el transductor tiene sensibilidades
conocidas. Específicamente, esta realización requiere el uso de un
transductor con un ancho de banda ancho que incluye una cesta de
frecuencia más baja y una cesta de frecuencia más elevada que tiene
sensibilidades sustancialmente bien conocidas y suficientemente
elevadas. Del modo indicado en la figura 1B, que es un diagrama
simplificado de la sensibilidad de la potencia de un transductor
(el transductor tiene una frecuencia de centro (f_{o}) en la cual
el transductor tiene una potencia de pico, P_{pico}) como una
función de la frecuencia, ambas en la cesta de frecuencia más
elevada y la de frecuencia más baja se seleccionan preferentemente
para que caigan dentro de la gama entre la baja frecuencia de -3
dB, (f_{-3 \ dB \ bajo}) (la frecuencia por debajo de (f_{o}) a
la cual la potencia es la mitad de (P_{pico})) y la frecuencia de
-3 dB elevada, (f_{-3 \ dB \ alto}) (la frecuencia por encima de
(f_{o}) a la cual la potencia es la mitad de (P_{pico}). En una
realización preferente, las cestas de frecuencia más elevada y más
baja se seleccionan las dos para que caigan dentro de la gama
entre la frecuencia baja de - 3 dB (f_{-3 \ dB \ bajo} y f_{o}).
Sin embargo, en realizaciones alternativas, las cestas de
frecuencia más elevada y más baja se pueden seleccionar para que
caigan dentro de la gama entre (f_{o}) y la frecuencia elevada de
- 3 dB, (f_{-3 \ dB \ alto}). En otra realización alternativa,
por ejemplo, la cesta de la frecuencia más baja se puede
seleccionar para que caiga dentro de la gama entre la frecuencia del
centro del transductor (f_{o}) (la frecuencia a la cual. el
transductor tiene una potencia de pico, P_{pico}) y la frecuencia
baja de -3 dB, (f_{-3 \ dB \ bajo}) (la frecuencia por debajo de
f_{o} a la cual la potencia es la mitad de P_{pico}) y la cesta
de la frecuencia más elevada se puede seleccionar para que caiga
dentro de la gama entre la frecuencia del centro del transductor
(f_{o}) y de -3 dB elevada, (f_{-3 \ dB \ alto}) (la frecuencia
por encima de (f_{o}) a la cual la potencia es la mitad de
(P_{pico})). Las dos cestas de frecuencias deberían ser
seleccionadas para que estén tan separadas como sea posible la una
de la otra (de modo que los anchos de banda de cada cesta de
frecuencia no se solapen o no estén demasiado cerca la una de la
otra) sin caer fuera de la gama de las frecuencias del transductor
con sensibilidades conocidas y suficientemente elevadas. Por
ejemplo, para cestas de frecuencia seleccionadas cerca de la
frecuencia del centro, se deberían usar cestas de frecuencias de
banda más estrecha. Para cestas de frecuencia seleccionadas más
allá de la frecuencia del centro, se pueden usar cestas de
frecuencias de banda más ancha siempre que las cestas permanezcan
dentro de las frecuencias de - 3 dB. Una comparación de la fuerza
del espectro en estas dos cestas de frecuencia (teniendo en cuenta
las sensibilidades de la fuerza en particular en cada cesta)
determina si los ecos fueron reflejados del tejido o de la sangre.
Si la fuerza del espectro en aquellas dos frecuencias es
aproximadamente igual (teniendo en cuenta las sensibilidades
conocidas del transductor en cada cesta de frecuencia) del modo
indicado en el paso (63), entonces los ecos se reflejaron del
tejido y el pixel en particular se determina como tejido (indicado
por el paso (65)). Si la cesta de frecuencia más elevada tiene una
fuerza mayor que la cesta de frecuencia más baja (también teniendo
en cuenta las sensibilidades conocidas del transductor en cada
cesta de frecuencia) del modo indicado en el paso (67), entonces
los ecos reflejados procedían de la sangre y el pixel en particular
está determinado como sangre (paso (69)). Esta realización lleva a
cabo un análisis del espectro en su totalidad con los pasos
mostrados en la figura 2, que se lleva a cabo para cada rayo radial
y la comparación de la fuerza para las cestas de frecuencias
elevadas y bajas se llevará a cabo para cada punto de muestreo en
el rayo radial. En una implementación ejemplar de esta realización
específica, el transductor tiene una frecuencia central de
aproximadamente 40 MHz con aproximadamente un total de 20 MHz de
ancho de banda y el análisis y examen de todo el espectro sería de
cómputo intensivo, ya que implica un análisis completo de Fourier.
Esta realización específica puede ser deseable en algunas
aplicaciones, ya que la información obtenida (tal como o incluyendo
el análisis espectral para el espectro completo) puede ser útil
para otro propósito además de detectar el moteado de la sangre.
En otra realización específica, el análisis
espectral se puede llevar a cabo en dos frecuencias discretas
predeterminadas para el transductor en el catéter. La figura 3 es
un diagrama de flujo simplificado que ilustra la realización
específica que lleva a cabo el análisis espectral en solo dos
frecuencias discretas. Se observa que esta realización también
requiere el uso de un transductor con un ancho de banda ancho que
incluye una frecuencia más baja (f_{i}) y una frecuencia más
elevada (f_{2}) a la cual el transductor tiene sensibilidades
sustancialmente bien conocidas y suficientemente elevadas, del modo
tratado anteriormente para la figura 1B. Se seleccionan las dos
frecuencias para que tengan sensibilidades conocidas para el
transductor en particular en el catéter y para que caigan dentro de
la gama de frecuencias preferentes (entre las frecuencias de - 3 dB
elevada y baja, del modo tratado anteriormente). La siguiente
discusión también supone que la comparación de la fuerza en las dos
frecuencias discretas tiene en cuenta las sensibilidades conocidas
del transductor en las frecuencias respectivas, de un modo similar
del modo tratado para las realizaciones de la figura 2. De acuerdo
con esta realización específica, el transductor transmite RF a lo
largo de todo su ancho de banda (indicado como el paso (91)) y
recibe señales de eco de RF (paso (95)). En la presente
realización, el análisis espectral se lleva a cabo sin tener que
llevar a cabo el análisis de Fourier de la señal de RF para
proporcionar todo el espectro. En su lugar, el análisis espectral
se lleva a cabo (paso 97)) a las dos frecuencias discretas, la
frecuencia inferior (f_{1}) y una frecuencia más elevada
(f_{2}), por un filtro paso banda. En una realización específica,
el filtrado paso banda se lleva a cabo con un juego respectivo de
coeficientes que están disponibles a través de una tabla de
localización (LUT), que se puede incluir en (por ejemplo LUT 40
mostrado en línea de puntos en la figura 1A) o conectar a (por
ejemplo LUT 42 mostrado en línea de puntos en la figura 1A) el
procesador de señales (10) de la figura 1A. En otra realización
específica el filtrado paso banda se puede llevar a cabo usando
componentes físicos de filtros paso banda en el sistema de
visualización (12) en cada una de las frecuencias más baja y más
elevada. Estas realizaciones por tanto evitan la necesidad de llevar
a cabo un análisis de Fourier completo de la señal de eco de RF. Una
comparación (paso (99)) de la fuerza en esas dos frecuencias
discretas determina si los ecos se habían reflejado de tejido o de
sangre en la realización presente, de un modo similar que la
realización descrita en la figura 2. Es decir, si la fuerza del
espectro en esas dos frecuencias es aproximadamente igual (indicado
en el paso (101)), entonces los ecos se reflejaron del tejido y el
pixel en particular es determinado como tejido (indicado por el paso
(103)). Si la frecuencia más elevada (f_{2}) tiene una fuerza
mayor que la frecuencia más baja (f_{1}) (indicada en el paso
(105)), entonces los ecos reflejados proceden de sangre y el pixel
en particular será determinado como sangre (paso (107)). Esta
realización lleva a cabo un análisis espectral y la comparación
basada en la intensidad de la señal de RF recibida en las dos
frecuencias, con los pasos indicados en la figura 3, llevándose a
cabo para cada rayo radial y la comparación de la fuerza en las
frecuencias elevada y baja llevada a cabo para cada punto de
muestreo en el rayo radial. En una implementación a modo de
ejemplo, el transductor tiene una frecuencia de centro de
aproximadamente 40 MHz con un total de alrededor de 20 MHz de ancho
de banda y el aparato puede tener unos requerimientos de memoria y
de procesamiento más bajos, ya que la presente realización es
cómputo menos intensivo al evitar un análisis completo de Fourier
de todo el espectro de la señal de RF.
Se debería observar que aunque las
implementaciones a modo de ejemplo tratadas para las dos
realizaciones específicas previas pueden usar transductores de
banda ancha con una frecuencia central de alrededor de 40 MHz con
aproximadamente 20 MHz de ancho de banda, pueden usarse otro tipo
de transductores en otras implementaciones a modo de ejemplo. Como
ejemplo, se pueden usar transductores de banda ancha que tienen una
gama de ancho de banda / frecuencia de centro como sigue:
aproximadamente 9 MHz con alrededor de 3,6 - 5,4 MHz de ancho de
banda; alrededor de 12 MHz con aproximadamente 4,8 - 7,2 MHz de
ancho de banda; o 30 MHz con aproximadamente 12 - 18 MHz de ancho
de banda. Otros transductores de banda ancha con frecuencias
incluso más elevadas, tales como un transductor de alrededor de 100
MHz con aproximadamente 40 - 50 MHz de ancho de banda, pueden ser
usados, tanto en cuanto la cesta de frecuencia o la frecuencia más
elevada usada para las dos realizaciones específicas anteriormente
indicadas tengan longitudes de onda correspondientes mayores que el
diámetro típico de las células de sangre (alrededor de 7 \mum).
Se observa que el transductor montado en un catéter usado en los
sistemas de visualización de imágenes IVUS en la actualidad
proporcionan información al procesador de imágenes a través de su
ID de catéter. Tal información incluye la frecuencia de centro del
particular transductor, y puede proporcionar información adicional
que puede incluir la frecuencia elevada de - 3 dB y la frecuencia
baja de - 3 dB, y/o todo el espectro de sensibilidad de la potencia
del particular transductor, que se puede usar de acuerdo con la
presente invención.
En aún otra realización específica, la necesidad
de llevar a cabo un análisis espectral y la necesidad de un
transductor de ancho de banda ancho son eliminadas, del modo
explicado a continuación. En la presente realización específica, se
puede usar un transductor de ancho de banda ancho y los canales de
alta frecuencia y de baja frecuencia usados con el transductor de
ancho de banda ancho pueden ser de un ancho de banda ancho (es
decir impulsos más cortos) que estén lo suficientemente separados
unos de otros pero dentro de la gama de frecuencias elevada y baja
de - 3 dB, para contar con sensibilidades conocidas y
suficientemente elevadas del transductor. Sin embargo, la presente
realización también permite el uso de un transductor de ancho de
banda estrecha donde los canales de frecuencia elevada y de baja
frecuencia usados con el transductor de ancho de banda estrecha
tienen anchos de banda más estrechas (es decir impulsos más largos)
que estén lo suficientemente separados entre sí pero fuera de la
gama de las frecuencias elevadas y bajas de - 3 dB, para contar con
las sensibilidades conocidas del transductor. La figura 4 es un
diagrama de flujo simplificado que ilustra esta realización
específica que usa una frecuencia elevada y una baja frecuencia
para obtener dos estructuras de imágenes sucesivas usadas para
distinguir entre sangre y tejido. En esta realización específica
(descrita para un transductor de ancho de banda estrecha por
sencillez), el transductor puede transmitir dos tonos de banda
estrecha a las dos frecuencias (alta y baja), donde el transductor
tiene sensibilidades conocidas y suficientemente elevadas para los
dos tonos de frecuencia. Del modo indicado por el paso (111), el
transductor transmite unos tonos de baja frecuencia de banda
estrecha en (f_{1}) para obtener una primera estructura de
imagen. Entonces, el transductor transmite unos tonos de frecuencia
elevada de banda estrecha en (f_{2}) para obtener una segunda
estructura de imagen (paso (113)). Del modo mencionado
anteriormente, una pluralidad de vectores radiales del transductor
rotado comprende una estructura de imagen. Por supuesto, en otras
realizaciones, la primera estructura de imagen se puede obtener
usando un tono o un canal de frecuencia elevada y la segunda
estructura de imagen se puede obtener usando un tono o un canal de
baja frecuencia, tanto en cuanto las estructuras de imágenes
sucesivas se obtengan por un tono de alta frecuencia y un tono de
baja frecuencia. Las dos imágenes sucesivas se restan en el paso
(115). Del modo indicado en el paso (117), la porción de tejido se
anularía ampliamente y la porción de la sangre no lo haría, debido
al hecho de que las fuerzas de los ecos reflejados entre las dos
frecuencias de tonos sería similar para tejido y diferente para
sangre. La información de la imagen restada se puede entonces usar,
por ejemplo, como una máscara para retirar el moteado de sangre en
la imagen visualizada. Por supuesto, esta realización incurriría en
tiempo para obtener dos estructuras de imágenes para determinar la
distribución espacial de la sangre. En esta realización, el ancho
de banda de cada canal puede estar en la gama de los kiloherzios
(kHz) con los canales separados entre sí tanto como sea posible
pero teniendo dos canales dentro de la gama de sensibilidades
conocidas del transductor, del modo tratado anteriormente para la
figura 1B. Se debería reconocer que la discusión anteriormente
indicada para esta realización también supone que las
sensibilidades conocidas del transductor en los tonos de frecuencia
elevada y baja son tenidas en cuenta, de un modo similar como lo
tratado para las realizaciones de la figura 2 con respecto a las
sensibilidades conocidas.
Debido a que la presente invención utiliza
digitalización de RF, se requiere una digitalización mejor (es
decir se requieren más muestras) de modo que no solo se detecte el
envolvente de las señales sino que también se necesita detectar las
señales individuales de modo que se pueda estrechar el análisis.
Para algunas aplicaciones específicas donde se requieren
transductores con (f_{o}) de frecuencias más bajas tales como 10
MHz, se puede usar una digitalización de muestreo directo; mientras
que para una digitalización de RF mayor pueden ser utilizadas unas
técnicas conocidas para aplicaciones específicas donde se
requieran transductores con (f_{o}) de frecuencias más elevadas
tales como 40 MHz.
La presente invención se puede usar como el único
medio para la detección de moteado de sangre, o como un adjunto
para el análisis convencional basado en la intensidad y basado en
el movimiento para la detección de moteado de sangre usado para
delinear los límites de las paredes de vasos y de lúmenes.
Correspondientemente, la presente invención proporciona una
capacidad mejorada para la detección de sangre para las
aplicaciones tales como la asignación de un color distinto a la
sangre detectada en la imagen visualizada, o la supresión o la
retirada por completo de la sangre detectada de la imagen
visualizada.
Claims (20)
1. Un método para distinguir el tejido de la
sangre en una imagen de un vaso sanguíneo intravascular por
ultrasonido, el mencionado método consta de los pasos de:
iluminar un objetivo intravascular con energía RF
por ultrasonido para generar ecos ultrasónicos del objetivo
intravascular mencionado;
transformar los ecos ultrasónicos del objetivo
intravascular en una señal RF de recepción;
llevar a cabo un análisis espectral en al menos
una porción de la mencionada señal RF de recepción para
proporcionar una información de intensidad sobre el espectro de la
mencionada señal RF de recepción, la mencionada información incluye
una primera fuerza de intensidad a una frecuencia elevada dentro
del espectro indicado y una segunda fuerza de intensidad a una
baja frecuencia dentro del espectro indicado;
la comparación de la mencionada primera fuerza de
intensidad y la segunda fuerza de intensidad indicada;
la determinación de que el objetivo intravascular
indicado es tejido si la primera fuerza de intensidad indicada y
la segunda fuerza de intensidad mencionada son aproximadamente
iguales y de que el mencionado objetivo intravascular es sangre si
la primera fuerza de intensidad indicada es mayor que la segunda
fuerza de intensidad mencionada, en el cual el paso mencionado de
determinación tiene en cuenta las sensibilidades de la fuerza de
dispersión inversa del tejido y de la sangre en las mencionadas
frecuencias baja y alta.
2. El método de la reivindicación 1 en el cual
el mencionado paso de llevar a cabo un análisis espectral se logra
por efectuar un análisis completo de Fourier en la mencionada señal
RF de recepción, de tal forma que la mencionada información
proporcionada es para todo el espectro.
3. El método de la reivindicación 1 que consta
además del paso de:
seleccionar un canal de frecuencia elevada de
banda estrecha que contiene la mencionada alta frecuencia y un
canal de banda estrecha de baja frecuencia que contiene la
mencionada baja frecuencia.
4. El método de la reivindicación 3 en el cual un
transductor usado para el mencionado paso de iluminación tiene
unas sensibilidades de detección conocidas y suficientemente
elevadas tanto en los canales de frecuencia baja como elevada de
banda estrecha, y en el cual, el mencionado canal de alta
frecuencia de banda estrecha, y el canal de baja frecuencia de
banda estrecha se seleccionan para que estén entre una frecuencia
baja de - 3 dB y una frecuencia elevada de - 3 dB del mencionado
transductor.
5. El método de la reivindicación 3 en el cual un
transductor usado para el mencionado paso de iluminación tiene
unas sensibilidades de detección conocidas y suficientemente
elevadas tanto en los canales de frecuencia baja como elevada de
banda estrecha, y en el cual, el mencionado canal de alta
frecuencia de banda estrecha y el canal de baja frecuencia de banda
estrecha se seleccionan para que estén entre una frecuencia central
y una frecuencia elevada de - 3 dB del mencionado transductor.
6. El método de la reivindicación 2 en el cual
un transductor usado para el mencionado paso de iluminación tiene
sensibilidades de detección conocidas y suficientemente elevadas
tanto en las frecuencias elevadas como bajas indicadas y en el
cual, las mencionadas frecuencias elevadas y bajas, se seleccionan
para que estén entre una frecuencia baja de - 3 dB y una frecuencia
elevada de - 3 dB del transductor indicado.
7. El método de la reivindicación 1 en el cual
el mencionado paso para llevar a cabo un análisis espectral se
logra por el filtrado a alta frecuencia indicada y a baja
frecuencia mencionada.
8. El método de la reivindicación 7 en el cual
el mencionado filtrado se lleva a cabo usando respectivamente los
apropiados juegos de coeficientes de filtrado almacenados en una
memoria de tal forma que la mencionada información proporcionada
es para la frecuencia elevada indicada y para la mencionada baja
frecuencia.
9. El método de la reivindicación 7 en el cual
el mencionado filtrado se lleva a cabo usando filtros paso banda
de componentes físicos para la mencionada frecuencia elevada
indicada y para la baja frecuencia mencionada.
10. El método de la reivindicación 1 en el cual
el mencionado paso de iluminación se lleva a cabo con un
transductor que tiene una frecuencia central y un ancho de banda de
aproximadamente un 40 - 60% de la frecuencia central indicada, en
el cual la frecuencia elevada indicada es una frecuencia que tiene
una correspondiente longitud de onda que es mayor que el diámetro
típico de las células sanguíneas.
11. El método de la reivindicación 8 en el cual
el mencionado paso de filtrado se lleva a cabo usando una tabla de
localización como la mencionada memoria.
12. El método de la reivindicación 1 que además
consta de los pasos de:
asignar al objetivo intravascular indicado una
primera sombra seleccionada si la primera fuerza de intensidad
mencionada y la segunda fuerza de intensidad indicada se determinan
para que sean aproximadamente iguales y una segunda sombra
seleccionada si la mencionada primera fuerza de intensidad se
determina para que sea mayor que la mencionada segunda fuerza de
intensidad; y
proporcionar la mencionada imagen intravascular
por ultrasonido del vaso sanguíneo con el tejido que tiene la
mencionada primera sombra seleccionada y la sangre que tiene la
mencionada segunda sombra seleccionada en una pantalla.
13. El método de la reivindicación 1 en el cual
la mencionada segunda sombra seleccionada se selecciona de tal
forma que se suprime o se retira la mencionada sangre de la
mencionada imagen intravascular por ultrasonido del vaso sanguíneo
indicada en la pantalla mencionada.
14. Un método para distinguir el tejido de la
sangre en una imagen de vaso intravascular por ultrasonido de un
vaso sanguíneo, el mencionado método consta de los pasos de:
iluminar un objetivo intravascular con energía RF
por ultrasonido en una primera frecuencia para generar ecos por
ultrasonido del mencionado objetivo intravascular para formar una
primera estructura de imagen;
iluminar el mencionado objetivo intravascular con
energía RF por ultrasonido en una segunda frecuencia para generar
ecos ultrasónicos del objetivo intravascular mencionado para formar
una segunda estructura de imagen, en el cual las frecuencias
primera y segunda indicadas son sucesivas frecuencias en el tiempo
y en el cual una de las mencionadas primera y segunda frecuencias
es una baja frecuencia y otra de las mencionadas primera y segunda
frecuencias es una frecuencia elevada;
la resta de las mencionadas estructuras de imagen
primera y segunda para obtener una estructura de imagen
restada;
la determinación de qué porciones de la
estructura de imagen restada indicada que son sustancialmente
anuladas son tejido y qué porciones de la estructura de imagen
restada indicada que no son anuladas son sangre, en el cual el paso
de determinación indicado tiene en cuenta las sensibilidades de
fuerza de la dispersión inversa de tejido y de sangre a las
mencionadas frecuencias elevada y baja.
15. El método de la reivindicación 14 en el cual
un transductor usado para los mencionados pasos de iluminación
tiene sensibilidades de detección conocidas y suficientemente
elevadas tanto en las frecuencias altas como en las frecuencias
bajas indicadas y en el cual se selecciona la mencionada alta
frecuencia para que esté entre una frecuencia central y se
selecciona una frecuencia elevada de - 3 dB del transductor
indicado, y una baja frecuencia indicada para que esté entre una
frecuencia central y una baja frecuencia de - 3 dB del transductor
indicado.
16. El método de la reivindicación 15 que además
consta de los pasos de:
asignar a las porciones indicadas de la
estructura de imagen restada mencionada que no se anulan una
sombra seleccionada; y
proporcionar a dicha imagen intravascular por
ultrasonido de un vaso sanguíneo, con sangre que tiene la sombra
seleccionada indicada en una pantalla, la mencionada sombra
seleccionada la cual es diferente de las otras sombras que no
presentan sangre en la visualización indicada.
17. El método de la reivindicación 15 que además
consta de los pasos de:
proporcionar dicha imagen intravascular por
ultrasonido de un vaso sanguíneo en la pantalla indicada de tal
forma que las mencionadas porciones de la estructura de imagen
restada indicada que no son anuladas se supriman o se retiren de la
imagen intravascular por ultrasonido del vaso sanguíneo
indicada.
18. Aparato para un sistema de visualización de
vaso sanguíneo por ultrasonido que consta de:
un transductor que tiene un ancho de banda de
frecuencia que incluye sensibilidades de fuerza conocidas y
suficientemente elevadas en una primera frecuencia y en una segunda
frecuencia, el mencionado transductor obtiene ecos de un objetivo
intravascular que usa ultrasonidos transmitidos a las frecuencias
primera y segunda indicadas para formar una imagen intravascular,
en el cual las mencionadas primera y segunda frecuencias están
entre una frecuencia baja de - 3 dB y una frecuencia elevada de - 3
dB del transductor indicado;
un dispositivo de procesamiento de señal capaz de
ser conectado al transductor indicado y a una pantalla para
visualizar la imagen intravascular indicada;
un medio legible por ordenador de almacenaje de
un programa legible por ordenador, el mencionado medio legible por
ordenador está conectado para que se lea por el dispositivo de
procesamiento de señales indicado, el mencionado programa legible
por ordenador para comparar una primera fuerza de intensidad para
ecos de ultrasonido en la mencionada primera frecuencia con una
segunda fuerza de intensidad para ecos de ultrasonido en la
mencionada segunda frecuencia para detectar el moteado de sangre en
la imagen intravascular mencionada.
19. El aparato de la reivindicación 18 en el cual
el programa legible por ordenador indicado compara las fuerzas
primera y segunda de intensidad mencionadas para la misma
estructura de imagen.
20. El aparato de la reivindicación 18 en el cual
el mencionado programa legible por ordenador compara la mencionada
primera fuerza de intensidad con la segunda fuerza de intensidad
indicada, restando una primera estructura de imagen obtenida de
ecos de ultrasonido en la mencionada primera frecuencia con una
segunda estructura de imagen obtenida de ecos de ultrasonido en la
mencionada segunda frecuencia para proporcionar una estructura de
imagen restada, la mencionada segunda imagen restada y la
mencionada primera imagen indicada son estructuras de imagen
sucesivas, la estructura de imagen restada incluye porciones de la
mencionada estructura de imagen restada que no son anuladas, las
porciones indicadas se anulan de o son sombreadas de modo
distinguible en la imagen intravascular indicada en la pantalla
mencionada.
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