ES2903223T3

ES2903223T3 - Localización por ultrasonido de obstrucciones para la apnea obstructiva del sueño

Info

Publication number: ES2903223T3
Application number: ES15880432T
Authority: ES
Inventors: Jeffrey S Wolf; Amal Isaiah
Original assignee: University of Maryland at Baltimore
Current assignee: University of Maryland at Baltimore
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: EP3250130A1; EP3250130B1; WO2016122536A1; EP3250130A4

Abstract

Un método, que comprende: colocar una matriz de transductores de ultrasonido 212 de manera que la matriz de transductores de ultrasonido 212 quede adyacente al cuello de un sujeto 290, en donde la matriz de transductores 212 está configurada para, al recibir una señal, obtener unos primeros datos que soporten una pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del cuello del sujeto 290; recibir automáticamente en un procesador unos segundos datos de un conjunto de sensores de episodios de apnea 222 configurados para recopilar automáticamente los segundos datos, en donde los segundos datos son sensibles a un episodio de apnea del sujeto; detectar automáticamente en el procesador un episodio de apnea basándose en los segundos datos; y, en respuesta a la detección del episodio de apnea, enviar automáticamente a la matriz de transductores de ultrasonido 212 la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido 212 obtenga los primeros datos, y almacenar automáticamente en un medio legible por ordenador los datos de imagen basados en los primeros datos.

Description

DESCRIPCIÓN

Localización por ultrasonido de obstrucciones para la apnea obstructiva del sueño

Campo técnico

La presente invención se refiere a la detección de la apnea obstructiva del sueño utilizando formación de imágenes por ultrasonido.

Antecedentes

El síndrome de apnea obstructiva del sueño (AOS) se produce con una prevalencia estimada del 2-9 % en la población estadounidense adulta, con una incidencia creciente (Strollo y colegas, 1996; Shamsuzzaman y colegas, 2003). La AOS ha sido reconocida como una de las principales causas de morbilidad en los últimos años. Esta dolencia se ha asentado firmemente dentro de un espectro de trastornos respiratorios relacionados con el sueño (Flemons, 2002), que incluyen ronquidos, síndrome de resistencia de la vía aérea superior y síndrome de obesidad-hipoventilación. Si no se trata, la a Os puede manifestarse en forma de dolencias que perjudican significativamente la calidad de vida: somnolencia diurna (Johns, 1993) y deterioro cognitivo (Findley y colegas, 1986). De manera más significativa, la AOS no tratada conlleva un aumento de la morbilidad y la mortalidad por hipertensión sistémica y pulmonar (Marin y colegas, 2005), infarto de miocardio (Hung y colegas, 1993), arritmias cardíacas (Guilleminault y colegas, 1983), accidente cerebrovascular y un mayor riesgo de accidentes en vehículos a motor (Terán-Santos y colegas, 1999).

Dadas estas implicaciones, el diagnóstico precoz y preciso de la AOS puede beneficiar potencialmente las intervenciones tempranas para detener el inicio y la progresión de enfermedades cardiovasculares. El documento US2013/046181 A1 da a conocer un método para detectar la oclusión de una vía aérea aplicando pulsos ultrasónicos en el cuello de un paciente, recibiendo los pulsos ultrasónicos una vez que han pasado por el cuello y analizando dichos pulsos para determinar si una vía aérea del paciente está parcial o completamente ocluida.

El documento WO 2011/082346 A2 muestra sistemas y métodos terapéuticos y de diagnóstico que ayudan a una persona con un trastorno respiratorio del sueño, tal como ronquido habitual o apnea obstructiva del sueño (AOS), a lograr un sueño reparador y profundo. Los sistemas y métodos incluyen componentes que sirven para funciones complementarias de detección, monitoreo y corrección o diagnóstico.

El documento US 2012/071741 A1 muestra la detección de episodios de apnea e hipopnea mediante el análisis del patrón de respiración de un paciente, los sonidos de ronquido y una sonda de dedo que registra la señal de SaO2. Un detector analiza señales de micrófono para detectar sonidos de respiración, de ronquido y de ruido en respuesta a una caída detectada en el nivel de SaO2 superior al 2 %, y extrae y analiza los sonidos de respiración de un período de tiempo limitado que comienza antes de la caída de la señal de SaO2 y termina al menos al final de cada caída. Los períodos de tiempo separados se dividen en fases que presentan sonidos de ronquido y aquellas que presentan sonidos de respiración. Se utiliza un volumen respiratorio estimado durante una fase de ronquidos para estimar el flujo de aire durante la misma. Se utilizan la energía relativa y absoluta, y la duración de los períodos con sonidos, para clasificar los períodos con sonidos en los tres grupos: respiración, ronquido y ruido.

Sin embargo, debido a la falta de consenso con respecto a las herramientas y los criterios de diagnóstico específicos, la mayoría de los pacientes con AOS no reciben tratamiento y gestionar las complicaciones asociadas aumenta los costes de atención médica.

Los episodios obstructivos se producen cuando el tejido de la vía aérea superior colapsa durante el sueño. Esto sucede durante el entorno de presión negativa en la inspiración. Los sitios exactos del colapso varían de acuerdo con cada persona, dependiendo de su anatomía, y hasta la fecha no existe un mecanismo aceptable para predecir o identificar el sitio de la obstrucción.

Sumario

Se proporcionan técnicas para la recopilación automática de datos de formación de imágenes por ultrasonido para localizar una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño. El ultrasonido se define como ondas de presión en un medio a frecuencias más altas que las detectables por los sistemas auditivos humanos normales, e incluye frecuencias de aproximadamente 20 kilohercios (kHz, 1 kHz = 103 hercios, 1 hercio, Hz, es un ciclo por segundo) hasta aproximadamente varios gigahercios (GHz, 1GHz = 109 hercios). Para su uso en la formación no invasiva de imágenes de tejidos humanos a profundidades prácticas de decenas de centímetros (cm, 1 cm = 10'2 metros), se utilizan frecuencias de ultrasonido en el intervalo de aproximadamente 2 a 100 megahercios (MHz, 1 MHz = 106 hercios). Para evitar el calentamiento y los efectos destructivos, la densidad del área de potencia de tales ondas de ultrasonido es inferior a aproximadamente 1 vatio por centímetro cuadrado (Wcirr2).

En un primer conjunto de realizaciones de acuerdo con la presente invención, un método incluye colocar una matriz de transductores de ultrasonido de manera que la matriz de transductores de ultrasonido quede adyacente al cuello de un sujeto. La matriz de transductores está configurada para, al recibir una señal, obtener unos primeros datos que soporten una pluralidad de imágenes de ultrasonido que representan una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea en el cuello del sujeto. El método también incluye recibir, automáticamente en un procesador, unos segundos datos desde un conjunto de sensores de episodios de apnea configurado para recopilar automáticamente los segundos datos. Los segundos datos son sensibles a un episodio de apnea del sujeto. El método incluye adicionalmente la detección automática en el procesador de un episodio de apnea basándose en los segundos datos. Adicionalmente, el método también incluye, en respuesta a la detección del episodio de apnea, enviar automáticamente (a la matriz de transductores de ultrasonido) la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido obtenga los primeros datos. Adicionalmente, el método incluye almacenar automáticamente en un medio legible por ordenador los datos de imagen basados en los primeros datos.

En algunas realizaciones del primer conjunto, el conjunto de sensores de apnea incluye uno o más sensores de un grupo que incluye un sensor de saturación de oxígeno en sangre y un sensor de movimiento del pecho, y un micrófono. En algunas realizaciones del primer conjunto, la matriz de transductores de ultrasonido se fija al sujeto de forma desmontable mediante una estructura de fijación.

En algunas realizaciones del primer conjunto, que sin embargo no forman parte de la invención reivindicada, el método también incluye determinar automáticamente en el procesador la ubicación de una obstrucción en una vía aérea del sujeto, basándose en los primeros datos.

En un segundo conjunto de realizaciones de acuerdo con la presente invención, un sistema incluye una matriz de transductores de ultrasonido configurada para obtener, cuando está dispuesta junto al cuello de un sujeto, los primeros datos al recibir una señal. Los primeros datos soportan una pluralidad de imágenes de ultrasonido que representan una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del sujeto. El sistema también incluye un conjunto de sensores de episodios de apnea configurado para recopilar automáticamente unos segundos datos sensibles a un episodio de apnea del sujeto. El sistema también incluye al menos un procesador y al menos un medio legible por ordenador, que incluye una o más secuencias de instrucciones. La al menos una memoria y la una o más secuencias de instrucciones están configuradas, con el al menos un procesador, para hacer que el sistema lleve a cabo al menos el siguiente paso. Un paso es establecer comunicaciones con la matriz de transductores de ultrasonido. Otro paso es establecer comunicaciones con el conjunto de sensores de episodios de apnea. Otro paso es recibir los segundos datos. Otro paso es detectar un episodio de apnea basándose en los segundos datos. Otro paso es, en respuesta a la detección del episodio de apnea, enviar a la matriz de transductores de ultrasonido la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido obtenga los primeros datos, y almacenar en un segundo medio legible por ordenador los datos de imagen basados en los primeros datos.

En un tercer conjunto de realizaciones que no forman parte de la invención reivindicada, un método incluye recibir automáticamente una primera pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del cuello de un sujeto, obtenidas al dirigir una matriz de transductores de ultrasonido hacia el sujeto mientras el sujeto tiene una vía aérea abierta. El método también incluye asociar automáticamente cada imagen de la primera pluralidad de imágenes con un correspondiente subconjunto de transductores de la matriz de transductores de ultrasonido, y con una ubicación de la correspondiente sección transversal del sujeto. El método también incluye determinar una región de interés formada por un subconjunto de píxeles de cada imagen de la primera pluralidad de imágenes de ultrasonido. Cada región de interés abarca la vía aérea abierta para cada correspondiente subconjunto de transductores. El método también incluye determinar automáticamente un primer valor de una estadística de intensidades de píxel para cada región de interés de la primera pluralidad de imágenes de ultrasonido. El método incluye adicionalmente recibir automáticamente una segunda pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de la correspondiente pluralidad de secciones transversales de la vía aérea en el cuello del sujeto, obtenidas al dirigir la matriz de transductores de ultrasonido hacia el sujeto mientras el sujeto tiene un episodio de apnea obstructiva del sueño. Así mismo, el método incluye determinar automáticamente un segundo valor de la estadística de intensidades de píxel para cada subconjunto de píxeles de la segunda pluralidad de imágenes, correspondientes a cada región de interés de cada imagen de la primera pluralidad de imágenes de ultrasonido. Adicionalmente, el método incluye determinar automáticamente si el segundo valor es significativamente diferente del primer valor para la región de interés asociada con un subconjunto particular de transductores. Si se determina que el segundo valor es significativamente diferente, entonces el método incluye determinar automáticamente que la región de interés asociada con el subconjunto particular de transductores corresponde a una ubicación de una obstrucción experimentada por el sujeto durante el episodio de apnea obstructiva del sueño.

En otro conjunto de realizaciones, un medio no transitorio legible por ordenador está configurado para llevar a cabo los pasos de los métodos anteriores de acuerdo con el primer conjunto de realizaciones.

A partir de la siguiente descripción detallada serán evidentes otros aspectos, características y ventajas adicionales de la invención, simplemente mediante la ilustración de una serie de realizaciones e implementaciones particulares, que incluyen el mejor modo contemplado para llevar a cabo la invención. La invención también admite otras realizaciones diferentes, y sus diversos detalles pueden modificarse en varios aspectos obvios, todo ello sin apartarse del alcance de la invención. Por consiguiente, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se ilustra, a modo de ejemplo y no a modo de limitación, en las figuras de los dibujos adjuntos, en los que los mismos números de referencia se refieren a los mismos elementos y en los que:

La FIG. 1A y FIG. 1B son diagramas de bloques que ilustran ejemplos de una vía aérea abierta y una vía aérea obstruida, respectivamente, de un sujeto;

La FIG. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema ilustrativo para la formación automática por ultrasonido de imágenes de un sujeto, para determinar la ubicación de una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño (AOS), de acuerdo una realización;

La FIG. 3 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de una matriz unidimensional (1D) de transductores de ultrasonido que se usa para adquirir una imagen bidimensional (2D) de ultrasonido, según se usa de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un método ilustrativo para la formación automática por ultrasonido de imágenes de un sujeto, para determinar la ubicación de una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño (AOS), de acuerdo una realización;

La FIG. 5A y FIG. 5B son diagramas de flujo que ilustran métodos ilustrativos para la determinación automática de la ubicación de una obstrucción en imágenes de ultrasonido, que no forman parte de la invención reivindicada; La FIG. 6 es un diagrama de bloques que ilustra una matriz 1D giratoria ilustrativa de transductores de ultrasonido que se usa para adquirir múltiples imágenes 2D de ultrasonido, según se usa de acuerdo con algunas realizaciones;

Las FIGS. 7A a 7C son fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés ilustrativas de imágenes que representan tres secciones transversales de una vía aérea de un sujeto, basándose en datos recopilados desde la matriz 1D giratoria de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones;

Las FIGS. 8A a 8F son fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés ilustrativas de imágenes que representan seis secciones transversales para una vía aérea no obstruida de un sujeto, basándose en datos recopilados desde la matriz 1D giratoria de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones; Las FIGS. 9A a 9F son fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés ilustrativas de imágenes que representan las mismas seis secciones transversales para una vía aérea obstruida del mismo sujeto, basándose en datos recopilados desde la matriz 1D giratoria de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones;

Las FIGS. 10A a 10C son las fotografías etiquetadas de las FIGS. 7A a 7C con los reflejos contiguos de alta intensidad (desde la parte posterior de la vía aérea) indicados, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 11A y la FIG. 11B son fotografías etiquetadas que ilustran imágenes ilustrativas que representan las secciones para una vía aérea no obstruida y una vía aérea obstruida, respectivamente, del mismo sujeto, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 12A y la FIG. 12B son gráficos que ilustran histogramas ilustrativos de intensidades de píxel para las imágenes de la FIG. 11A y la FIG. 11B, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 13 es un gráfico que ilustra una dependencia ilustrativa del dominio anatómico del área medida de píxeles contiguos de alta intensidad en la región de interés, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones; Las FIGS. 14A a 14D son gráficos que ilustran una dependencia ilustrativa del área medida promediada de píxeles contiguos de alta intensidad en una región de interés (RDI), para vías aéreas obstruidas y no obstruidas de cuatro sujetos diferentes, de acuerdo con algunas realizaciones;

Las FIGS. 15A a 15D son gráficos que ilustran una dependencia ilustrativa del área medida individual de píxeles contiguos de alta intensidad en una región de interés (RDI), para vías aéreas obstruidas y no obstruidas de cuatro sujetos diferentes, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 16A es un diagrama de bloques que ilustra una matriz 2D ilustrativa de transductores de ultrasonido para simular un método automatizado de localización de obstrucciones, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 16B es un conjunto de gráficos que ilustra propiedades ilustrativas de cada medición de los transductores como una función del tiempo durante un ciclo respiratorio, para dos regiones anatómicas, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 16C es un gráfico que ilustra las propiedades ilustrativas de cada medición de los transductores como una función del tiempo durante un ciclo respiratorio, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 17 es un diagrama de bloques que ilustra una matriz bidimensional curvada ilustrativa que sigue la curvatura de una estructura de fijación cuando la estructura de fijación está sujeta de forma desmontable alrededor del cuello del sujeto, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 18 es un diagrama de bloques que muestra un frente de onda de ultrasonido curvado, ilustrativo, determinado mediante la formación de haz sobre una matriz 1D curvada de transductores, de acuerdo con algunas realizaciones;

Las FIGS. 19A a 19C son diagramas de bloques que ilustran matrices ilustrativas de transductores, de acuerdo con algunas realizaciones;

La FIG. 20 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema informático 2000 en el que se puede implementar una realización de la invención; y

La FIG. 21 ilustra un conjunto de chips 2100 en el que se puede implementar una realización de la invención.

Descripción detallada

Se describen un método y un aparato para la recopilación automática de datos de formación de imágenes por ultrasonido, para localizar una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño. En la siguiente descripción, a efectos explicativos, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de la presente invención. Sin embargo, para las personas expertas en la técnica resultará evidente que la presente invención puede ponerse en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, se muestran estructuras y dispositivos bien conocidos en forma de diagrama de bloques, para evitar restar claridad innecesariamente a la presente invención.

Se describen a continuación algunas realizaciones de la invención en el contexto de transductores de ultrasonido usados en secuencia, sin formación de haz, para detectar energía reflejada como una función del tiempo desde una vía aérea de un sujeto. Sin embargo, la invención no está limitada a este contexto. En otras realizaciones, los transductores de ultrasonido están dispuestos para detectar energía transmitida, refractada y dispersa además o en lugar de la energía reflejada desde la vía aérea u otras estructuras tisulares del sujeto, con o sin formación de haz y con o sin tomografía computarizada.

1. Revisión

Históricamente, el diagnóstico de la AOS se ha logrado a través de un historial obtenido a través del paciente y de la persona con quien suele dormir. Para aumentar la sensibilidad y especificidad del diagnóstico, numerosos estudios han abogado por la adición de pruebas polisomnográficas (Riley y colegas, 1993) que incluyen una batería de medidas, que incluyen niveles de oxigenación sanguínea durante los episodios apneicos, medidas fisiológicas tales como la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria, así como electroencefalografía (EEG). En la atención médica actual, la polisomnografía en un laboratorio del sueño certificado es el estándar para el diagnóstico de la AOS. Otras recomendaciones del grupo de trabajo conjunto (Veasey 2006; Collop 2007) identificaron una cohorte de pacientes que podrían ser candidatos para la monitorización portátil (PM) mediante la aplicación de sondas y sensores, que miden específicamente los parámetros fisiológicos durante los episodios de apnea. Por lo tanto, gran parte de la literatura especializada se ha desarrollado concentrándose en los siguientes parámetros (Collop 2007): 1. Oximetría; 2. Monitoreo respiratorio, que incluye: a) Esfuerzo, b) Flujo de aire, c) Ronquido, d) CO2 al final de la espiración, e) Presión esofágica; 3. Monitoreo cardíaco, no limitado a: a) Frecuencia cardíaca o variabilidad de la frecuencia cardíaca, b) Tonometría arterial; 4. Medidas de la actividad en sueño-vigilia, tales como: a) Electroencefalografía, b) Actigrafía; 5. Posición del cuerpo; y 6. Diversos otros parámetros.

Si bien la tecnología de monitoreo para estas mediciones se ha implementado en gran medida especialmente durante las pruebas de polisomnografía (PSG), con el nombre tradicional estudio del sueño, estas allanan el camino solo para el diagnóstico y específicamente resultan deficientes para la localización precisa de fenómenos obstructivos. La importancia de la localización (sitio de la formación de imágenes de una obstrucción) está en el tratamiento, en donde podría mejorarse quirúrgicamente un área de obstrucción. Por tanto, el diagnóstico por sí solo no resulta suficiente para reducir la progresión del síndrome; y la presión positiva continua en vía aérea (CPAP), que funciona mediante la colocación de una endoprótesis neumática en la vía aérea, no aborda específicamente el uno o más sitios de obstrucción. Una técnica para monitorear e identificar el sitio de obstrucción podría ser un hito importante a la hora de formular estrategias de tratamiento duraderas para una persona diagnosticada con AOS.

El método más sencillo para evaluar la geometría de una vía aérea implica el uso de radiografías laterales de cráneo y cuello para cálculos cefalométricos. Un resumen de estos hallazgos radiográficos (Deberry-Borowiecky y colegas, 1988) en estos pacientes incluye: (a) agrandamiento de la lengua y el paladar blando, (b) desplazamiento inferior del hueso hioides, (c) tamaño y posición normales de la mandíbula, sin embargo, cambios en las posiciones relativas de los puntos de referencia en la propia mandíbula (d), desplazamiento hacia atrás del maxilar y elongación del paladar duro, y (e) nasofaringe normal, pero también reducción de los diámetros de las vías aéreas orofaríngea e hipofaríngea. En combinación, estos hallazgos ilustran la presencia de cambios multisegmentales dentro del tracto aerodigestivo que pueden ser objeto de procedimientos quirúrgicos (Guilleminault y colegas, 1984; Riley y colegas, 1985). Sin embargo, la principal desventaja de estas evaluaciones radiográficas tiene que ver con la simultaneidad, es decir, los fenómenos obstructivos pueden producirse en múltiples niveles, pero la falta de resolución de los hallazgos por rayos X evita categorizar la obstrucción como un fenómeno mayor y menor, por lo que pierden su relevancia en lo referente a la precisión para localizar un tratamiento dirigido. La radiografía de cefalograma lateral tampoco logra dilucidar la importancia de los tejidos blandos en la etiología de la apnea. Una técnica modificada para obtener radiografías, es decir fluoroscopia, en donde podrían obtenerse imágenes en vivo de la vía aérea usando exposición continua a rayos X, presenta una mayor sensibilidad y especificidad (Pepin y colegas, 1992). Sin embargo, la somnofluoroscopia no resulta adecuada para su introducción como herramienta de detección debido a la exposición a radiación ionizante.

Una técnica alternativa que se ha utilizado con frecuencia en la literatura incluye el uso de tomografías computarizadas de alta resolución (Bhattacharyya y colegas, 2000; Rodenstein y colegas, 1990). En este caso, la resolución mejora notablemente con la tecnología actual que permite adquisiciones de cortes extremadamente finos y se puede combinar con un circuito activado por disparador utilizando oximetría de pulso, obteniendo exploraciones que pueden adquirirse de manera específica durante el tiempo de obstrucción. Por prometedor que parezca, existen varios problemas asociados con el despliegue, a saber, la exposición de los sujetos a altos niveles de radiación ionizante, la pérdida de patrones de sueño naturales durante la adquisición dentro de la plataforma del escáner, y los costes. Existen problemas similares para el uso de escáneres de resonancia magnética; incluso cuando aumentan la resolución de las imágenes de tejidos blandos (Schwab y colegas, 2003; Shelton y colegas, 1993). Los escáneres de resonancia magnética son ruidosos y pueden interrumpir el sueño; y el tiempo necesario para la adquisición de imágenes puede resultar prohibitivo para la proyección a gran escala; con problemas adicionales asociados con artefactos de movimiento.

Uno de los primeros estudios para localizar obstrucciones de AOS se centró en la monitorización simultánea de las presiones en la nasofaringe posterior, la bucofaringe, la hipofaringe y el esófago durante la polisomnografía nocturna (Shepard y colegas, 1990). A partir del perfil de presiones registradas en la vía aérea superior y el esófago, pudieron determinarse las regiones sobre las que la vía aérea colapsa durante los episodios apneicos. Si bien este estudio logró obtener el grado de relación entre las presiones y los índices derivados de PSG, esta inserción obligatoria de sondas de monitorización de forma invasiva dentro del tracto aerodigestivo superior y la limitación del número de subsitios indicaron que la resolución general era mala. Otros (Chaban y colegas, 1988) que se centraron en la inserción de transductores a base de catéteres, tal como el dispositivo Millar, también informaron de beneficios en la medición. Los problemas concebibles con las mediciones a largo plazo incluyen problemas con la pérdida de la arquitectura natural del sueño debido a la presencia de un dispositivo en la vía aérea superior, y problemas de seguridad relacionados con la migración y la posibilidad de que el propio dispositivo cause una obstrucción. Además, los modelos animales a menudo concluyen que existe una relación deficiente (Hudgel, 1986) entre los gradientes de presión medidos con transductores desplegables y los resultados quirúrgicos tras procedimientos tales como la uvulopalatofaringoplastia (UPPP).

En las evaluaciones de los pacientes antes de someterse a una cirugía del sueño, se ha recomendado un examen endoscópico con fibra óptica flexible de la vía aérea superior (Croft y colegas, 1991) con cierta confianza debido a la relativa facilidad de este procedimiento. Sin embargo, esta técnica no puede identificar a pacientes que tengan una obstrucción anatómica multisegmentaria (Morrison y colegas, 1993), y esos individuos no pueden ser evaluados con precisión porque las mediciones se realizan en el entorno de una clínica estando despiertos.

La tecnología de ultrasonido se ha refinado y modificado para su uso en áreas tales como la formación de imágenes médicas (McNay y colegas, 1999), pruebas no destructivas (Silk, 1984), aplicaciones de procesamiento industrial (Ruecroft y colegas, 2005), limpieza (Muthukumaran y colegas, 2004), y determinación de intervalos (Kuratli y colegas, 2000). Se han evaluado repetidamente los dispositivos utilizados para aplicaciones biomédicas y se ha observado que resultan seguros (Hoskins y colegas, 2010) y adecuados para su uso en diversas configuraciones, tales como técnicas de diagnóstico obstétricas (Romero, 2003) y fetales (Crane y colegas, 1994), aplicaciones cardíacas y vasculares que incluyen dispositivos tales como catéteres y sondas (Gardin y colegas, 2006; Hamers y colegas, 2001).

Hasta el momento no se han evaluado a fondo los dispositivos ultrasónicos para su uso en el diagnóstico de la apnea obstructiva del sueño; una búsqueda extensa en MEDLINE de las expresiones "ultrasonido" y "apnea obstructiva del sueño" produjo solo cuatro resultados relevantes. Dos de estos artículos evaluaban específicamente el ultrasonido para predecir una laringoscopia complicada en pacientes obesos (Ezri y colegas, 2003) y para identificar puntos de referencia anatómicos antes de procedimientos tales como la traqueostomía y la cricotiroidotomía (Kajekar y colegas, 2010). El tercero, una disertación (Girard, 2003), evaluaba un sistema de ultrasonido estándar para obtener imágenes del área de la faringe que se ve involucrada en la AOS y utilizaba algoritmos de procesamiento de imágenes para detectar obstrucciones. Este trabajo también mostraba que los contornos activos extraídos de la vía aérea detectaban con precisión el estado de la misma (abierta u obstruida) en imágenes axiales bidimensionales de la faringe. Además, el autor demostraba que un algoritmo de detección del movimiento podría cuantificar los movimientos de la base de la lengua. Por último, otro manuscrito más (Siegel y colegas, 2000) evaluaba la relación entre las imágenes derivadas del ultrasonido y los índices polisomnográficos clínicos, y observó una buena correlación entre múltiples variables.

2. Descripción general

En el presente documento se describen un método y un sistema que permiten localizar un sitio de obstrucción en pacientes con AOS, utilizando tecnología de ultrasonido. Para ilustrar cómo funciona el dispositivo, resulta útil mostrar un ejemplo de una obstrucción en una vía aérea en el contexto de la anatomía de una vía aérea. La FIG. 1A y FIG. 1B son diagramas de bloques que ilustran ejemplos de una vía aérea abierta y una vía aérea obstruida, respectivamente, de un sujeto. Las características anatómicas del sujeto incluyen el paladar blando 120, la lengua 130 y la faringe 140. Una vía aérea es una luz que incluye senos nasales dentro de la nariz, una porción retropalatina 122 detrás del paladar blando 120, una porción retrolingual 132 detrás de la lengua y una porción hipofaríngea 142 delante de la faringe. La FIG. 1A representa un flujo de aire normal a través de la nariz (flujo de aire nasal 110a) más allá del paladar 120, la lengua 130 y la faringe, dando como resultado un flujo de aire neto normal 118a. En particular, la vía aérea está abierta en la porción etiquetada como vía aérea abierta 191. La FIG. 1B representa una vía aérea obstruida 192 en la porción retrolingual de la vía aérea correspondiente a la vía aérea abierta 191 de la FIG. 1A. Esto da como resultado un flujo de aire neto obstruido 118b que conlleva la respiración por la boca indicada por el flujo de aire lingual 112, o ronquidos, u oxigenación insuficiente de la sangre del sujeto, o alguna combinación, o peor, que conlleva un flujo neto esencialmente nulo y el riesgo de muerte si el sujeto no despierta a tiempo.

2.1 Descripción general estructural

En diversas realizaciones, un sistema está configurado para escanear automáticamente la vía aérea durante un episodio de apnea obstructiva del sueño (AOS) usando ultrasonido, para proporcionar datos de imágenes de ultrasonido que pueden usarse para localizar una obstrucción, ya sea manualmente o, en algunas realizaciones, automáticamente. La FIG. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema 200 ilustrativo para la formación automática por ultrasonido de imágenes de un sujeto, para determinar la ubicación de una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño (AOS), de acuerdo con una realización. Tal como se usa en el presente documento, un sujeto puede ser cualquier organismo con pulmones, incluyendo animales, mamíferos y humanos, vivos o muertos. Aunque se representa un sujeto 290 con fines ilustrativos, el sujeto 290 no es parte del sistema 200.

El sistema 200 incluye un dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210, un dispositivo de detección de episodios de apnea 220 y un sistema informático 240, en comunicación de datos entre sí a través de uno o más canales de comunicación de datos 230.

El dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210 ilustrado incluye una matriz de transductores de ultrasonido 212, que se fija al sujeto mediante una estructura de fijación 216, tal como una correa, cinturón o collar, y un módulo de comando de formación de imágenes 214.

La matriz de transductores de ultrasonido 212 es un conjunto de dos o más transductores de ultrasonido dispuestos en una o dos dimensiones, configurados para operar juntos para introducir o detectar ondas de ultrasonido. Un transductor de ultrasonido es un componente que produce una onda de ultrasonido en respuesta a una señal eléctrica u óptica (también llamado transmisor de ultrasonido), o produce una señal eléctrica u óptica en respuesta a una onda de ultrasonido incidente (también llamado receptor o detector de ultrasonido), o ambos (también llamado transceptor de ultrasonido). En diversas realizaciones, los transductores de ultrasonido se disponen para detectar energía transmitida, reflejada, refractada o dispersa desde la vía aérea u otras estructuras tisulares del sujeto, con o sin formación de haz, y con o sin tomografía computarizada. En la técnica se conocen muchos transductores de ultrasonido apropiados para sondear tejidos humanos, y cualquiera de ellos puede usarse en diversas realizaciones. A continuación se describen ejemplos de transductores de ultrasonido con referencia a la FIG. 3. La matriz de transductores de ultrasonido 212 está configurada para producir datos para múltiples imágenes de ultrasonido representativas de múltiples correspondientes secciones transversales de una vía aérea del sujeto 290, como se describe en mayor detalle a continuación.

El módulo de comando de formación de imágenes 214 es un componente que alimenta y activa la matriz de transductores, y transmite datos representativos de las señales recibidas que se utilizan para construir una imagen. En algunas realizaciones, el módulo de comando también construye los datos de imagen basándose en las señales recibidas. Muchas sondas de ultrasonido están disponibles comercialmente con un módulo de comando y una matriz de transductores como una unidad integrada. Algunos ejemplos de tales sondas de ultrasonido integradas incluyen: icte y c60e de SONOSITE™ de Bothell, Washington; 8820e de ANALOGIC™ Corporation, Peabody, Massachusetts; Series 10C-D, Series 10C-SC, Series 3S-SC, RAB de GE HEALTHCARE™, Little Chalfont, Buckinghamshire, Reino Unido; Series EUP-C715, Series C514, Series C516, Series C511, C524 y C532 (sondas convexas) de HITACHI ALOKA™ Medical America, Wallingford, Connecticut; SP2730, CA1123, LA533, LA523 de ESAOTE™, North America, Inc. Indianápolis, Indiana.

El sistema informático 240 es uno o más dispositivos, tales como un sistema informático 2000 que se describe con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 20, o un conjunto de chips, tal como el conjunto de chips 2100 que se describe con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 21 y se utiliza, por ejemplo, en un dispositivo portátil o móvil, tal como un teléfono móvil o una tableta. El sistema informático está configurado para controlar el funcionamiento del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210 y para producir, presentar o almacenar todos o parte de los datos de imágenes de ultrasonido, o alguna combinación de los mismos. Muchas sondas de ultrasonido disponibles comercialmente están disponibles con equipamiento terminal que lleva a cabo algunas o todas las funciones del sistema informático 240. Algunos ejemplos de tales terminales de formación de imágenes por ultrasonido incluyen puntos de atención para una o más de las sondas anteriores y MyLab Twice, MyLab Seven, MyLab Gold de ESAOTE™ North America, Inc. Indianápolis, Indiana; y, Voluson E10, E8 y E6, Vivid E9, S6, q, S5 LOGIQ e Ultrasound BT 12 de GE HEALTHCARE™, Little Chalfont, Buckinghamshire, Reino Unido.

De acuerdo con la realización ilustrada, el sistema informático 240 incluye al menos un sistema de procesamiento 242 y un dispositivo de almacenamiento 245. El sistema de procesamiento 242 incluye hardware y software configurados para llevar a cabo los pasos de un controlador/módulo de análisis 250 novedoso, como se describe con más detalle a continuación con referencia a los diagramas de flujo de la FIG. 4, la FIG. 5A y la FIG. 5B. Se almacenan al menos algunos datos de imágenes indicativos de la ubicación de una obstrucción durante un episodio de apnea obstructiva del sueño (AOS), en forma de datos de imágenes de ultrasonido 252 en el dispositivo de almacenamiento 245, que es una forma de memoria legible por ordenador, como se describe con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 20.

En lugar de que el dispositivo de imágenes por ultrasonido 210 y el sistema informático 240 lleven a cabo la tarea de obtener constantemente imágenes de los tejidos y las vías aéreas del sujeto para determinar el momento de un episodio de OSA, lo que es muy demandante a nivel computacional, algorítmico y energético, el sistema determina el momento de un episodio de a Os basándose en un dispositivo de detección de episodios de apnea 220 diferente. El dispositivo 220 incluye un conjunto de sensores de apnea 222 con uno o más sensores que recopilan mediciones sensibles a la ocurrencia de un episodio de AOS, tal como la interrupción de los ritmos normales de movimiento torácico, una caída en los niveles de saturación de oxígeno en sangre o la interrupción de los ritmos acústicos normales tales como los sonidos de respiración o de ronquido. Algunos sensores que se usan habitualmente para tales propósitos incluyen micrófonos para detectar sonidos audibles generados por el sujeto, sensores de saturación de oxígeno en sangre tales como un oxímetro de pulso conectado al dedo de un sujeto, y uno o más acelerómetros conectados al pecho de un sujeto. La ausencia de flujo de aire (salida del sensor) durante el sueño (EEG) mientras el tórax se mueve, con la consiguiente disminución de la saturación (dis. sat.), es la forma en que un laboratorio del sueño diagnosticaría un episodio de AOS. Algunos sensores ilustrativos incluyen sensores de flujo de aire, oxímetros de pulso, sensores de movimiento del pecho y dispositivos de EEG (para detectar el sueño), tales como SOMNOSTAR™ v4 de VIASYS™ Inc. de Conshohocken, PA; y e-series y SOMTEPS™ de COMPUMEDICS™, Victoria, Australia. Dichos sensores son más sencillos, más rápidos o más rentables que el dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210, u ofrecen alguna combinación de estas ventajas. En algunas realizaciones, resulta ventajoso utilizar al menos dos de tales sensores, del mismo tipo o de tipos diferentes o alguna combinación de los mismos, para proporcionar fiabilidad y redundancia a modo de protección contra el fallo de un único sensor.

En la realización ilustrada, el dispositivo de detección de episodios de apnea 220 incluye un módulo de comando de conjunto de sensores 224 para alimentar o controlar los sensores del conjunto de sensores 222, garantizar que los sensores funcionen correctamente o enviar una alarma cuando los datos de sensor indiquen un episodio de OSA, o alguna combinación de lo anterior.

Los canales de comunicación de datos 230 son canales cableados o inalámbricos (incluyendo BLUETOOTH y WiFi) en comunicación directa o por red dentro de, entre o entre dos o más del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210, el dispositivo de detección de episodios de apnea 220 y el sistema informático 240. Uno o más de los dispositivos 210, 220, 240 están configurados para establecer comunicaciones dentro de o entre los dispositivos, por ejemplo usando protocolos de red estándar.

El sistema 200 está configurado de modo que, cuando se detecte un episodio de AOS basándose en los datos de los sensores ventajosos del conjunto de sensores de apnea 222, se envíe una señal a la matriz de transductores de ultrasonido 212 para recopilar datos de formación de imágenes para formar imágenes de la vía aérea del sujeto en múltiples secciones transversales de la misma, desde la región retropalatina hasta la región hipofaríngea. Por tanto, se recopilan datos que pueden indicar la ubicación de una obstrucción. En algunas realizaciones, un analista humano revisa las imágenes para determinar la aparición de cualquier obstrucción. En algunas realizaciones, el sistema identifica automáticamente una o más de las imágenes, o regiones dentro de las imágenes, o alguna combinación de las anteriores, con características que probablemente indiquen la ubicación de una obstrucción.

Aunque con fines de ilustración en la FIG. 2 se representan procesos, equipos y estructuras de datos como bloques integrales en una disposición particular, en otras realizaciones uno o más componentes o procesos o estructuras de datos, o partes de los mismos, están dispuestos de manera diferente, en el mismo equipo o en diferentes equipos, en una o más bases de datos, o se han omitido, o se han incluido uno o más componentes o procesos o estructuras de datos diferentes en el mismo equipo o en diferentes equipos. Por ejemplo, el procesamiento efectuado por el módulo de comando de formación de imágenes 214 o el módulo de comando de conjunto de sensores 224, o ambos, puede ser llevado a cabo total o parcialmente por el controlador/módulo de análisis 250 del sistema informático 240. Asimismo, algunas o todas las funciones llevadas a cabo por el controlador/módulo de análisis pueden ser efectuadas por el módulo de comando de formación de imágenes 214 o el módulo de comando de conjunto de sensores 224, o por alguna combinación de los mismos.

Por tanto, el sistema 200 incluye una matriz de transductores de ultrasonido 212 configurada para, cuando está dispuesta junto al cuello de un sujeto 290, obtener los primeros datos (de formación de imágenes) al recibir una señal. Los primeros datos soportan múltiples imágenes de ultrasonido representativas de múltiples secciones transversales correspondientes de una vía aérea del sujeto 290. El sistema 200 también incluye un conjunto de sensores de episodios de apnea 222, configurado para recopilar automáticamente unos segundos datos sensibles a un episodio de apnea del sujeto. El sistema también incluye, en el sistema informático 240 o en los módulos de comando 214 o 224, al menos un procesador (por ejemplo, véase la Figura 20 o la Figura 21); y al menos un medio legible por ordenador que incluye una o más secuencias de instrucciones. La al menos una memoria y la una o más secuencias de instrucciones están configuradas para hacer, con el al menos un procesador, que el sistema 200 lleve a cabo al menos las siguientes acciones: establecer comunicaciones con la matriz de transductores de ultrasonido 212; establecer comunicaciones con el conjunto de sensores de episodios de apnea 222; recibir los segundos datos; detectar un episodio de apnea basándose en los segundos datos; y, en respuesta a la detección del episodio de apnea, enviar a la matriz de transductores de ultrasonido 212 la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido 212 obtenga los primeros datos, y almacenar los datos de imagen 252 basados en los primeros datos en un segundo medio legible por ordenador, por ejemplo, en el dispositivo de almacenamiento 245.

La FIG. 3 es un diagrama de bloques que ilustra una matriz unidimensional (1D) 310a ilustrativa de transductores de ultrasonido 312 que se usan para adquirir una imagen de ultrasonido bidimensional (2D) con un área de imagen 350, según se usa de acuerdo con algunas realizaciones. La matriz 310a formada por múltiples transductores de ultrasonido 312a, 312b, 312c, 312d, entre otros representados por puntos suspensivos, y denominados colectivamente en el presente documento transductores 312. La matriz resulta útil para formar imágenes de ultrasonido basadas en modos de reflexión de ultrasonido y modos de retrodispersión. En algunas realizaciones que usan modos de transmisión de ultrasonido y de refracción, también se incluye una segunda matriz 1D 310b, que incluye transductores de ultrasonido 312e, 312f, 312g y 312h individuales, entre otros indicados por elipses, y también colectivamente denominados en el presente documento transductores 312.

En algunas realizaciones, todos los transductores presentan la misma construcción. En otras realizaciones, varios de los transductores individuales difieren de otros. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los transductores 312 de la matriz 310a son solo transmisores de ultrasonido y los transductores 312 de la matriz 310b son solo receptores de ultrasonido. En algunas realizaciones, uno o más transductores son transceptores (tanto transmisores/emisores como receptores/detectores). En algunas realizaciones, al menos algunos transductores 312 producen ondas ultrasónicas longitudinales en las que el desplazamiento de partículas del medio es paralelo a la dirección de propagación de onda. En algunas realizaciones, al menos algunos de los transductores 312 producen ondas de ultrasonido transversales (también denominadas ondas de corte) en las que el desplazamiento de partículas del medio es perpendicular a la dirección de propagación de onda. En algunas realizaciones, algunos transductores producen ambas.

Cada transductor tiene un patrón de haz inherente, es decir, la intensidad de la onda de ultrasonido producida o detectada varía en diferentes direcciones debido a la interferencia constructiva y destructiva del ultrasonido que emana desde o incide en diferentes porciones del transductor. En algunas realizaciones, en un proceso bien conocido denominado formación de haz, pueden operarse múltiples transductores juntos para controlar el tiempo y la ubicación de la interferencia constructiva y destructiva para formar un haz que tenga una anchura y dirección diferentes a las de un solo transductor. Por tanto, el haz puede componerse y dirigirse mediante el control directo de un ordenador. En la FIG. 3 se representan los haces primarios 314 (ya sean inherentes o formados) de los correspondientes transductores 312 de la matriz 310a.

Cuando se disponen transmisores de ultrasonido para introducir uno o más haces de ultrasonido en un medio, el ultrasonido puede reflejarse, dispersarse, transmitirse y refractarse posteriormente, dependiendo de las propiedades acústicas de ese medio, tales como la densidad y la velocidad del sonido. El ultrasonido reflejado, dispersado, transmitido y refractado es a continuación detectado por los detectores de ultrasonido. Se compone una imagen basándose en el sonido detectado.

Por ejemplo, usando formación de imágenes por ultrasonido en modo reflectante, la matriz de transductores transceptores 310a (que emiten ultrasonidos y los detectan) se opera de manera que se proyecte un pulso de ultrasonido a lo largo de cada haz 314 al interior de un medio. Debido a los límites entre materiales con diferentes propiedades acústicas del medio, o a dispersores individuales en el mismo, a medida que el pulso se topa con dichos límites o dispersores, una parte de la energía regresa por dentro del haz en la dirección opuesta, llegando finalmente al transductor (o transductores en fase) donde se detecta la energía. Cuando la energía retornada se traza como una escala de grises contra el tiempo del retorno, se produce una línea de píxeles en escala de grises (también denominada línea de exploración) para una imagen. Dependiendo de la resolución temporal del detector, esta traza temporal puede incluir de varios cientos a varios miles de valores de píxel. Repitiendo el proceso para el siguiente haz, puede producirse la siguiente línea de píxeles en escala de grises; y puede producirse una imagen que se componga del conjunto de todas esas líneas de exploración. La traza temporal de los retornos puede asociarse con diferentes distancias hacia el medio a lo largo del haz, basándose en una velocidad promedio conocida o estimada del ultrasonido en esa distancia. En las realizaciones descritas a continuación, cada línea de exploración incluye 2400 píxeles y corresponde a aproximadamente 600 píxeles por pulgada (2,54 cm) (para una línea de exploración de aproximadamente 4 pulgadas, o aproximadamente 10 cm).

Con el fin de reducir el efecto de dispersión de un haz hacia otro haz, a menudo la matriz se hace funcionar de modo que los pulsos de ultrasonido se proyecten a lo largo de cada haz producido por la matriz secuencialmente, un haz tras otro, con un tiempo entre pulsos suficiente para permitir todos los retornos de interés desde el medio a lo largo de un haz. Para obtener imágenes de tejido humano (velocidad del sonido de aproximadamente 1500 metros por segundo) a profundidades de aproximadamente 10 centímetros, el tiempo entre pulsos es del orden de 1 microsegundo (|js, 1 |js = 10-6 segundos). Por lo tanto, los datos para respaldar una imagen compuesta por 2400 líneas de escaneo pueden adquirirse en menos de 0,01 segundos. Luego se recolectan múltiples imágenes que proporcionan diferentes secciones transversales del tejido moviendo (p. ej., deslizando o apuntando) la matriz 1D de transductores de ultrasonido, o incluyendo una o más matrices 1D de transductores de ultrasonido que estén desplazadas en una dimensión perpendicular para producir una matriz bidimensional (2D). Por tanto, en algunas realizaciones, la matriz de transductores de ultrasonido comprende una matriz bidimensional. Incluso si cada haz se pulsa secuencialmente, pueden recopilarse unas 200 imágenes en unos 2 segundos.

Muchas sondas de modo reflectante de ultrasonido convencionales están compuestas por un solo transductor fijo, compuesto por un cristal monolítico emisor de ultrasonido, que debe moverse en una dirección de interés (por ejemplo, a lo largo de una línea) para hacer un barrido con un haz sobre un área que se esté examinando físicamente. Un ejemplo convencional es una sonda del tipo que se utiliza en ecografía fetal, en donde se mueve una sonda físicamente sobre el abdomen de la madre. Por el contrario, la sonda en fase (PA) de modo reflectante consta de pequeños transductores ultrasónicos individuales, cada uno de los cuales puede pulsarse de forma independiente, como se ha representado anteriormente para la matriz de transductores de ultrasonido 310a. Una sonda PA ofrece la ventaja adicional de que su diseño puede construirse solo con componentes de estado sólido, eliminando el ruido asociado con las partes móviles para la adquisición, disminuyendo los requisitos de energía y aumentando los datos generados, y mejorando la sensibilidad de cada escaneo.

En las realizaciones que usan el modo transmisivo, la salida de pulsos a lo largo de un haz es detectada mediante una matriz de transductores situada en un lado opuesto de un medio, p. ej. mediante una matriz 310b, con un retardo de tiempo en función de la velocidad promedio del sonido a través del medio. La señal detectada puede verse afectada por la refracción si hay variaciones de velocidad del sonido en el medio que provoquen la detección del pulso por parte de diferentes o múltiples transductores. Con las detecciones de transmisión y refracción, es posible crear una imagen de las variaciones de velocidad del sonido en el medio, y por tanto de los cambios de material en el mismo, utilizando cualquier técnica conocida de tomografía computarizada.

Para diversas realizaciones, la matriz de transductores de ultrasonido 310a o 310b, o ambas, están configuradas para detectar una vía aérea 391 entre los tejidos 390 del sujeto, que juntos comprenden el medio del que se va a formar la imagen. Una consideración importante durante la adquisición de estas imágenes se refiere a la calidad de las imágenes debido a la presencia de múltiples capas de tejidos. Además, las interfaces de tejido en cada nivel demuestran diferentes propiedades acústicas, algunas de las cuales son extremadamente densas ecográficamente hablando, p. ej. el hueso. Esto se ha evitado usando una matriz de transductores esparcidos sobre una superficie amplia y enfocando/dirigiendo el frente de onda mediante formación de haz. Esta tecnología puede aplicarse en ecografía intracraneal focalizada, y presenta potencial para el desarrollo de bisturís ultrasónicos completamente no invasivos en neurocirugía (Clement, 2000).

Al menos dos tipos de transductores resultan adecuados para diversas realizaciones. Convencionalmente, los transductores de contacto usan una capa delgada de gel u otro tipo de material de adaptación de la impedancia para impulsar las ondas de ultrasonido hacia dentro de un medio con propiedades acústicas variables (anisotropía). Sin embargo, durante la última década se ha mostrado un mayor interés en la ecografía sin contacto (NCU), que no precisa una capa intermedia de un medio con baja impedancia acústica. Esto ofrece la ventaja de un uso más fácil y una mayor comodidad para el sujeto. Las matrices de NCU utilizan transductores acústicos electromagnéticos (EMAT) que se basan en la generación de una señal de sonido en un material objetivo, adyacente a la sonda pero que no está en contacto con la sonda. Cada elemento EMAT está compuesto por una bobina eléctrica accionada por una señal eléctrica de corriente alterna (CA) a una frecuencia ultrasónica, normalmente en el intervalo de 20 kHz a 10 MHz. La señal eléctrica generada podría modularse con cualquier forma, p. ej. una onda continua, un pulso de pico o una señal de ráfaga de tono. La bobina eléctrica con corriente alterna también genera un campo magnético de corriente alterna. Cuando el material objetivo está cerca del EMAT, se generan ondas ultrasónicas en el material objetivo a través de la interacción de los dos campos.

En diversas realizaciones, no se obtienen imágenes de todo el tejido del sujeto sino solo de los tejidos cercanos a la vía aérea. Por tanto, una matriz de transductores de ultrasonido de modo reflectante que se extienda a lo largo de un lado completo del área de imagen 350 encontrará más tejidos y materiales diferentes, incluyendo materiales externos al sujeto, de los necesarios para evaluar si una vía aérea 391 está abierta u obstruida. Por tanto, para cada imagen obtenida desde cada matriz de transductores de ultrasonido 310a se define un subconjunto de píxeles en una región de interés (RDI) 352, de manera que la RDI 352 abarque la vía aérea. Esto puede hacerse de forma manual o automática basándose en puntos de referencia en la imagen, tales como la columna vertebral, los dientes, la tráquea y la alta reflectancia desde la parte posterior de la vía aérea, que son fácilmente reconocibles. Es previsible una variación de los puntos de referencia y la RDI a medida que se sigue la vía aérea a través del cuerpo. Como se describe con más detalle a continuación, las diferentes imágenes se agrupan en diferentes dominios anatómicos tales como retropalatino, retrolingual, hipofaríngeo y medio traqueal. Sin embargo, para una matriz de transductores fijada con respecto al sujeto, pueden definirse una vez el dominio anatómico y la RDI y luego usarse para todas las imágenes posteriores de esa matriz de transductores.

2.1 Descripción general del método

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un método ilustrativo 400 para formar automáticamente imágenes por ultrasonido de un sujeto y determinar así la ubicación de una obstrucción que podría contribuir a la apnea obstructiva del sueño (AOS), de acuerdo con una realización. Aunque en la FIG. 4, y en los siguientes diagramas de flujo de la FIG. 5A y la FIG. 5B, se representan pasos como pasos integrales en un orden particular con fines ilustrativos, en otras realizaciones se llevan a cabo uno o más pasos (o partes de los mismos) en un orden diferente, o se superponen los mismos en el tiempo, en serie o en paralelo, o se omiten, o se agregan uno o más pasos adicionales, o se cambia el método mediante alguna combinación de formas.

En el paso 401 se proporciona una matriz de transductores de ultrasonido 212, tal como la matriz 310a, y se configura para producir unos primeros datos (por ejemplo, perfiles temporales de reflexión o transmisión a lo largo de cada uno de múltiples haces formados por la matriz) para una imagen de alta resolución (por ejemplo, con un intervalo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 2,0 milímetros (mm) de tejido orgánico a profundidades de 2 a 6 cm aproximadamente en cada una de múltiples secciones transversales (también denominadas cortes), p. ej. mediante apunte o deslizamiento o con una matriz 2D. Las frecuencias de los transductores entre 1 y 10 MHz proporcionan una resolución axial de 0,15 mm a 1,50 mm aproximadamente. En las imágenes, esto supone un intervalo de aproximadamente 50 puntos por pulgada (ppp) y más (lo que corresponde a 20 píxeles/cm y más). Por encima de aproximadamente 600 ppp, las desventajas incluyen un aumento del ruido de detección y una mayor demanda de almacenamiento de datos. En ciertas realizaciones experimentales, que se describen con mayor detalle a continuación, la vía aérea tiene al menos 3 cm de profundidad. Resulta ventajoso conseguir una profundidad de penetración de unos 5 cm para incluir la columna anterior. Una frecuencia de transductor de aproximadamente 7 MHz o menos resulta ventajosa para proporcionar una resolución óptima en los tejidos más profundos de la región de interés (RDI).

En el paso 403 se proporciona un conjunto de sensores 222, y se configura el mismo para medir unos segundos datos (por ejemplo, saturación de oxígeno en sangre, movimiento del pecho, sonido respiratorio, entre otros, o alguna combinación de los mismos) sensibles a episodios de apnea obstructiva del sueño (AOS) de un sujeto.

En el paso 405 se proporcionan unos canales de comunicación 230 entre un sistema informático 240, la matriz de transceptores de ultrasonido 212 y el conjunto de sensores 222, ya sea directa o indirectamente a través de los módulos de comando 214, 224, respectivamente.

En el paso 407 se configura el sistema informático 240, incluyendo cualquier terminal proporcionado con la matriz de transductores 212, ya sea mediante software o circuitos de propósito especial (o alguna combinación de los mismos), para llevar a cabo diversas funciones. Esas funciones incluyen operar la matriz para obtener una o más imágenes durante la respiración normal; detectar un episodio de AOS basándose en los segundos datos comunicados desde el conjunto de sensores; en respuesta a la detección del episodio de AOS, hacer que la matriz de transceptores de ultrasonido recopile datos durante el episodio; y presentar imágenes de ultrasonido que indiquen la ubicación de la obstrucción en una o más de las múltiples secciones transversales, incluyendo el almacenamiento de una o más de tales imágenes.

En el paso 411 se coloca la matriz de transceptores de ultrasonido 212 adyacente a un sujeto 290, en una posición tal que se produzcan imágenes correspondientes a secciones transversales (cortes) de una vía aérea del sujeto desde los dominios anatómicos retropalatino a traqueal medio. Por ejemplo, el dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 210 (también denominado sonda de ultrasonido) se fija de forma desmontable al sujeto con una estructura de fijación 216 que mantenga la matriz 212 cerca de la piel del sujeto 290, o en contacto con la misma. En algunas realizaciones, el paso 411 incluye operar la matriz de transductores para recolectar unos primeros datos para una o más imágenes representativas de correspondientes secciones transversales en uno o más dominios anatómicos durante la respiración normal o el sueño normal (sin episodios de AOS).

En el paso 413 se coloca el sensor 222 en posición para detectar un episodio de AOS en el sujeto 290. Por ejemplo, se coloca un oxímetro de pulso en un dedo del sujeto y un micrófono en la cabeza del mismo. En algunas realizaciones, uno o más sensores están configurados para emitir una alarma automáticamente, pudiendo utilizarse dicha alarma como un episodio de activación. Por ejemplo, algunas sondas de oximetría de pulso telemétricas envían automáticamente una alarma cuando la saturación de oxígeno cae por debajo de un umbral establecido, tal como un 90 % de SpO2.

En el paso 415 se hace funcionar el sistema informático 240 para presentar una o más imágenes que indican la ubicación de una obstrucción en el sujeto, incluyendo el almacenamiento de una o más imágenes como datos de imagen 252, basándose en los primeros datos. En algunas realizaciones, el sistema informático 240 también indica automáticamente una o más imágenes, o una o más subimágenes (porciones de las imágenes), en las que es probable que se indique una obstrucción.

En el paso 417, que no forma parte de la invención reivindicada, se trata al sujeto basándose en la ubicación de una obstrucción en una imagen de una o más imágenes presentadas o almacenadas en el paso 417. Por ejemplo, si no se indica obstrucción alguna, el paciente recibirá tratamiento para un síndrome que no sea AOS. Si se identifica y localiza una obstrucción, se lleva a cabo un procedimiento quirúrgico en el sujeto, p. ej. para llevar a cabo una biopsia o extraer un objeto extraño (si lo hubiera), o para introducir un objeto o extirpar tejido para evitar la obstrucción en ese lugar por parte de tejidos autóctonos. En algunas realizaciones, el sistema informático no determina automáticamente la ubicación de la obstrucción; un analista humano usa las imágenes presentadas por el sistema informático en el paso 415, y el analista humano determina la ubicación de una obstrucción (si la hubiera).

En el paso 419 se determina si hay otro sujeto al que examinar. En caso negativo, el método finaliza. De lo contrario, el control vuelve al paso 411 para colocar el conjunto de transductores en el siguiente sujeto y llevar a cabo los subsiguientes pasos.

La FIG. 5A y la FIG. 5B son diagramas de flujo que ilustran métodos ilustrativos para determinar automáticamente la ubicación de una obstrucción en imágenes de ultrasonido. Estos métodos no forman parte de la invención reivindicada. La FIG. 5A ilustra un método ilustrativo 500 para el funcionamiento inicial de la matriz de transductores, que incluye los pasos 501 a 523. El método 500 es un ejemplo de una parte del paso 411, para la colocación inicial de la matriz de transductores en el sujeto, del método 400 de la FIG. 4.

En el paso 501, se asocia cada porción de la matriz de transductores de ultrasonido con una ubicación en el sujeto y uno de dos o más dominios anatómicos, tal como el dominio retropalatino, el dominio retrolingual, el dominio hipofaríngeo y el dominio de la tráquea media, este último en el punto de una imagen donde resulte evidente la tráquea debajo del dominio hipofaríngeo. Por ejemplo, los transductores 312a a 312d están asociados con la vía aérea 391 en una sección transversal del sujeto, p. ej. un corte perpendicular al cuello en la ubicación de la matriz 310a, y el correspondiente dominio anatómico, p. ej. el dominio hipofaríngeo. Después del etiquetado espacial (co-registro), se controlan las impedancias acústicas durante los ciclos obstruidos, según se describe a continuación.

En algunas realizaciones, el paso 501 incluye definir la región de interés (RDI) para cada sección transversal. En las realizaciones que usan la columna vertebral como punto de referencia para la RDI, cabe señalar que una señal se atenuará por completo al alcanzar la interfaz en la cara posterior de la columna vertebral. Como la columna y los tejidos detrás de la misma (incluyendo los músculos y los ligamentos) son relativamente gruesos, el punto de máxima atenuación define el límite posterior de la RDI. En una vía aérea no obstruida el límite anterior de la RDI está definido ventajosamente por las propiedades de reflectancia de la interfaz aire-tejido. De manera similar, los transductores colocados sobre la cara lateral del cuello también dependen de la reflexión del ultrasonido a través de la interfaz tejidoaire donde los frentes de onda inciden lateralmente. En una vía aérea no obstruida normal, esto representa la interfaz aire-tejido definida por los cambios máximos en las impedancias acústicas. Como la columna cervical presenta un componente óseo hasta la base del cráneo, esto determina cómo de lejos pueden obtenerse convenientemente las imágenes verticales. Esto también es aplicable al transductor que captura imágenes desde la ubicación situada justo al nivel de la articulación esternoclavicular (transición del cuello al tórax), ya que el frente de onda en ángulo se dispersará por la pared torácica.

En el paso 503 se obtiene la siguiente imagen de ultrasonido. Puede utilizarse cualquier método para obtener la siguiente imagen de ultrasonido. Por ejemplo, en diversas realizaciones los primeros datos se obtienen desde la matriz de transductores 212 o el módulo de comando de imágenes 214, o ambos, y el controlador/módulo de análisis 250 transforma los datos en datos de imagen, o se obtiene la propia imagen desde el módulo de comando de formación de imágenes 214 que determina la imagen, o se recupera la imagen desde el dispositivo de almacenamiento de datos 245 donde fue almacenada por el módulo de comando de formación de imágenes 214 o el controlador/módulo de análisis 250.

El paso 503 incluye asociar la siguiente imagen con la correspondiente ubicación de sección transversal y el dominio anatómico asociado. En la realización ilustrada, el paso 503 incluye extraer los píxeles de la subimagen de la región de interés (RDI) que se sabe (como resultado del paso 501) que abarca la vía aérea en la correspondiente sección transversal.

En la realización ilustrada, durante el paso 503 se asocia la imagen también con una porción del ciclo respiratorio, p. ej. la porción de inhalación o la porción de exhalación, o subporciones de las mismas. Puede usarse cualquier método para asociar la imagen con una porción del ciclo respiratorio. Por ejemplo, en diversas realizaciones se asocia la imagen con el tiempo y se crea un archivo de datos separado que registra los datos en respuesta a los fenómenos respiratorios frente al tiempo, tal como un registro temporal de los sonidos respiratorios o el flujo de aire en la nariz o la boca del sujeto, o ambos. En otras realizaciones se recopila la imagen en respuesta a un disparo automático o manual basándose en el ciclo respiratorio, p. ej. al comienzo de la inhalación y al final de la inhalación, según se determina p. ej. usando sensores de flujo de aire y sensores de movimiento del pecho.

En el paso 505 se determina en la subimagen de RDI un histograma de recuento de píxeles para cada intervalo de niveles de intensidad de píxel (p. ej. el valor de escala de grises) (que en lo sucesivo se denominará histograma de intensidad de píxel, o simplemente histograma de intensidad). Véase la FIG. 12A, que se describe a continuación, para un ejemplo de histograma de intensidad 1216 en una subimagen de RDI durante la respiración normal. En presencia de una vía aérea abierta, se observa un retorno brillante desde la parte posterior de la vía aérea (es decir, el lado de la vía aérea más alejado del transductor de transmisión) debido a una diferencia relativamente grande entre las propiedades acústicas del aire en la vía aérea y del tejido en la parte posterior de la misma. Por tanto, el histograma muestra un amplio intervalo de valores de intensidad. En algunas realizaciones, el histograma se normaliza de modo que un valor máximo (por ejemplo, 255, que corresponde a un número binario de ocho bits) corresponda a la intensidad máxima observada en la RDI para la correspondiente sección transversal durante todas las imágenes de respiración normal de la misma sección transversal. Dichos retornos brillantes carecen de secciones transversales en las que esté obstruida la vía aérea, como se describe con más detalle a continuación con referencia a la FIG. 8A y la FIG. 9A.

En el paso 507, se determina un valor umbral de intensidad de píxel que caracteriza la intensidad en la interfaz de tejido de vía aérea en la parte posterior de la vía aérea. En una realización ilustrada, este umbral se selecciona como un valor dos desviaciones estándar por encima del valor medio de intensidad. Véase la FIG. 12A, que se describe a continuación, para un ejemplo de valor medio 1217 del histograma de intensidad 1216.

En el paso 509 se determinan conjuntos candidatos de píxeles contiguos que superan el umbral. Por píxeles contiguos que superan el umbral se entiende píxeles que son adyacentes y están por encima del umbral. Un conjunto candidato de píxeles contiguos que exceden el umbral se construye, por ejemplo, agregando al conjunto cualquier píxel que exceda el umbral y sea adyacente a un píxel que ya está en el conjunto, comenzando por un par inicial de píxeles contiguos. A menudo hay varios conjuntos candidatos de píxeles contiguos en una RDI. Para cada conjunto candidato, se determina una propiedad del conjunto, tal como el número total de píxeles, el área total (por ejemplo, el número total de píxeles multiplicado por el área asociada con cada píxel), la extensión máxima (diferencia entre la fila o columna de píxeles más grande y la fila o columna de píxeles más pequeña, o alguna combinación de las mismas, tal como una distancia euclidiana entre la fila y columna más pequeñas y la fila y columna más grandes), la intensidad máxima, la intensidad media por píxel en el conjunto, la intensidad integrada, las longitudes de eje mayor y menor del óvalo circundante más pequeño, un centro de intensidad (por ejemplo, un centro ponderado de intensidad del conjunto), un primer momento o momento mayor de distribución de intensidad, entre otros, solos o en alguna combinación de los mismos.

En el paso 511, si un tamaño del conjunto candidato es menor que un tamaño umbral (por ejemplo, una longitud del conjunto contiguo candidato es menor de 1 cm), no se usan en un análisis adicional el conjunto candidato ni su valor de la propiedad. Cada conjunto restante se denomina conjunto seleccionado de píxeles contiguos por encima del umbral, o simplemente conjunto seleccionado.

En el paso 513 se determina una estadística (tal como la suma o la media) de todos los conjuntos seleccionados en la RDI. En un ejemplo ilustrado, se determina el área total de los conjuntos seleccionados. En el paso 515, se acumula la estadística sobre la misma porción de transductor determinada en el paso 501, para múltiples imágenes seleccionadas en diferentes momentos, p. ej. durante diferentes partes del ciclo respiratorio. Por ejemplo, el valor actual de la estadística se almacena con datos que indican el sujeto, la fecha actual, la porción del transductor, la RDI y la porción del ciclo respiratorio.

En el paso 517 se determina si hay otra imagen a recopilar durante la respiración normal, p. ej. en una porción del transductor diferente o en una sección transversal diferente o en una porción diferente del ciclo respiratorio. Si es así, el control vuelve al paso 503 y a los pasos siguientes. En caso negativo, el control avanza al paso 521.

En el paso 521 se lleva a cabo un análisis de componentes principales sobre las estadísticas acumuladas para caracterizar las condiciones normales. Puede utilizarse cualquier análisis de componentes principales conocido. Por ejemplo, se determina una desviación media y estándar para cada RDI de sección transversal o dominio anatómico. En una realización ilustrada, se usa un diagrama de dispersión estadística (por ejemplo, el área total de los conjuntos seleccionados de píxeles contiguos que excedan el umbral) contra el tiempo para todas las secciones transversales de cada dominio anatómico para definir los componentes principales de la variabilidad en ese dominio anatómico. En algunas realizaciones que no llevan a cabo la identificación automática de la ubicación de la obstrucción, se omite el paso 521.

En el paso 523 se lleva a cabo un análisis de agrupamiento de los componentes principales para caracterizar cualquier similitud o diferencia en la respiración normal entre los diferentes dominios anatómicos. Se puede utilizar cualquier análisis de conglomerados conocido. En algunas realizaciones se examina primero la relación señal/ruido (SNR), sujetando una sonda anecdótica, y la unidad de análisis completa una primera pasada de exploración y asegura una buena SNR. Alternativamente, esta exploración determina la relación entre la varianza de un índice de medición propuesto (por ejemplo, el diámetro de la vía aérea, establecido solo por las propiedades acústicas), en un conjunto dado de coordenadas, y la media de la misma medición en una serie de pruebas de respiración tomadas en ventanas de tiempo discretas. En algunas realizaciones se determina un Factor Fano, FF, que viene dado por la Ecuación 1.

FF=ó¿/y (1)

Donde a es la varianza de la muestra y y es la media de la muestra. Un Factor Fano alto implica alta variabilidad y baja fiabilidad; un Factor Fano bajo indica lo contrario. Si una matriz de sondas muestra un Factor Fano alto, se ajusta para un mejor rendimiento o se cambia por otra sonda de diseño geométrico alternativo. Estos pasos también son aplicables cuando se desea obtener una imagen más detallada de una obstrucción fija. En tal caso el FF sería menor que cero. En algunas realizaciones, la propiedad es los diámetros de vía aérea, medidos como una función de la distancia desde un punto fijo, tal como la mandíbula, en tres ejes diferentes. En estas realizaciones se usa un clasificador entrenable que predice la identidad de una ubicación particular, en los tres ejes, después de haber sido sometido a un 'período de entrenamiento' en el que el clasificador aprende la variabilidad de diferentes niveles de diámetro de vía aérea con respiración normal, según lo identificado por el oxímetro de pulso. En algunas realizaciones que no llevan a cabo la identificación automática de la ubicación de la obstrucción, se omite el paso 523.

La FIG. 5B ilustra un método 550 ilustrativo que incluye los pasos 551 a 573 para el funcionamiento de la matriz de transductores, en respuesta a la detección de un episodio de AOS. Por tanto, el método 550 es una realización ilustrativa del paso 415 del método 400 de la FIG. 4.

En el paso 551 se obtiene la siguiente imagen de ultrasonido durante el episodio de AOS. Puede usarse cualquier método para obtener la siguiente imagen de ultrasonido, según se describió anteriormente para el paso 503. El paso 551 incluye asociar la siguiente imagen con la correspondiente ubicación de sección transversal y el dominio anatómico asociado. En la realización ilustrada, el paso 551 incluye extraer los píxeles de la subimagen de la región de interés (RDI) que se sabe (como resultado del paso 501) que abarca la vía aérea en la correspondiente sección transversal.

En el paso 553, se determina un histograma de recuento de píxeles para cada intervalo de intensidad de píxel en la subimagen de RDI. En algunas realizaciones se normaliza el histograma de modo que un valor máximo (por ejemplo, 255, correspondiente a un número binario de ocho bits) corresponde a la intensidad máxima observada en la RDI para la sección transversal correspondiente durante todas las imágenes de respiración normal de la misma sección transversal, según se definió anteriormente para el paso 505. Debido a la ausencia de retornos brillantes en las secciones transversales en las que la vía aérea está obstruida, el histograma se desplaza a valores más bajos para al menos una sección transversal durante un episodio de AOS. Véase la FIG. 12B, que se describe a continuación, para un histograma ilustrativo de una RDI que abarca una vía aérea obstruida cuando se normaliza un histograma a la intensidad máxima durante la respiración normal, según se describe en el presente documento.

En el paso 555 se determinan los conjuntos candidatos de píxeles contiguos que superan el umbral definido en el paso 507 del método 500 de la FIG. 5A. Se espera que haya menos conjuntos candidatos de píxeles contiguos en una RDI que abarque una vía aérea obstruida. Para cada conjunto candidato, se determina el valor de la propiedad del conjunto, según se describió anteriormente para el paso 509 del método 500 de la FIG. 5A.

En el paso 557, así como en el paso 511 del método 500 de la FIG. 5A, si un tamaño del conjunto candidato es menor que un tamaño umbral (por ejemplo, una longitud del conjunto contiguo candidato es menor de 1 cm), no se usan en un análisis adicional el conjunto candidato ni su valor de la propiedad.

En el paso 559 se determina la estadística (tal como la suma o la media) de todos los conjuntos seleccionados (no descartados) en la RDI, según se describió anteriormente para el paso 513 del método 500 de la FIG. 5A. Por ejemplo, se determina el área total de los conjuntos seleccionados.

En el paso 561, se compara el valor de la estadística en la imagen actual con los valores de la misma estadística acumulados sobre misma porción del transductor durante la respiración normal, según se describió anteriormente para el paso 515 del método 500 de la FIG. 5A.

En el paso 563, se determina si la diferencia entre el valor actual y la media de la distribución de valores para la respiración normal está fuera del intervalo normal, por ejemplo, si la probabilidad de proceder de la misma distribución de valores es menor de aproximadamente el 5 %. Si es así, el control avanza al paso 565. En caso negativo, el control avanza al paso 567.

En el paso 565, se marca la RDI de la imagen actual como indicativa de una posible obstrucción. Por ejemplo, se almacena la RDI como datos de imagen de ultrasonido 252 junto con datos que indican una obstrucción candidata, datos que indican la sección transversal correspondiente a la imagen a partir de la cual se seleccionó la RDI, datos que indican la hora, la fecha y el sujeto. En algunas realizaciones, un análisis más completo puede estar disponible fuera de línea, o puede imprimirse con el mismo formato que un registro de polisomnografía. Luego el control avanza al paso 567.

En el paso 567, se determina si hay otra imagen a recopilar durante el mismo episodio de AOS, por ejemplo, en una porción de transductor diferente o en una sección transversal diferente. Si es así, el control vuelve al paso 551 y a los pasos siguientes. En caso negativo, el control avanza al paso 571.

En el paso 571, se determina si hay un número suficiente de episodios AOS para cada RDI, para caracterizar estadísticamente la variabilidad y elegir automáticamente entre los RDI candidatos con cierta confianza estadística. Por ejemplo, se determina si han ocurrido una docena o más de episodios en el transcurso de varios días o una semana o más. Si es así, el control avanza al paso 573 para llevar a cabo un análisis automatizado. En caso negativo, el control avanza al paso 551 o el proceso finaliza. En algunas realizaciones que no llevan a cabo análisis o selección automatizados entre las RDI candidatas, se omite el paso 571.

En el paso 573, se lleva a cabo un análisis de agrupamiento de componentes principales sobre múltiples episodios de AOS, para caracterizar la ubicación y RDI más probables para una intervención que mitigue la obstrucción y reduzca o elimine futuros episodios de AOS. Por ejemplo, la RDI candidata, o el grupo de RDI candidatas, con coeficientes de componentes principales fuera de todos los grupos asociados con la respiración normal y lo más alejados de cualquier grupo de este tipo, sería considerada como la RDI que abarca la peor obstrucción. En algunas realizaciones, utilizando como propiedad los diámetros de vía aérea en tres ejes, el clasificador examina la variabilidad del diámetro de vía aérea para determinar si se encuentra fuera de la variabilidad durante la respiración normal.

En algunas realizaciones, la detección automatizada puntúa un "acierto" cuando una región de la vía aérea o del cuello demuestra una variabilidad que es un valor atípico de la distribución normal de la varianza de los tamaños de las secciones transversales de la vía aérea del cuello durante la respiración sin obstrucciones. Una vez determinada esta ubicación, la matriz de transductores actúa para completar una exploración de segundo orden en la que la matriz obtiene exploraciones del área de obstrucción con una resolución mucho más alta; y se repite el análisis.

En algunas realizaciones, se incorpora un método para determinar la sensibilidad, la especificidad, las características operativas del receptor o la tasa de descubrimientos falsos, o alguna combinación de las mismas, para evaluar la precisión de la detección. Por ejemplo, en algunas de estas realizaciones, basadas en métodos regularizados de análisis de regresión, se modifica el umbral de detección para mejorar la sensibilidad.

Después del paso 573, el proceso finaliza. En algunas realizaciones que no llevan a cabo análisis o selección automatizados entre las RDI candidatas, se omite el paso 573; y el proceso simplemente finaliza.

Por lo tanto, se presenta un dispositivo, un sistema y un método novedosos que permiten la localización de un sitio de obstrucción en pacientes con AOS utilizando tecnología de ultrasonido. A continuación se enumeran algunas ventajas. (a) El sistema y el método son convenientes. La prueba se puede efectuar completamente en el hogar, con preservación de la estructura natural del sueño. (b) El sistema y el método no son invasivos. El aparato se limita a la aplicación sobre la superficie de la piel, sin sondas insertadas en la vía aérea. (c) El sistema y el método son económicos. El dispositivo en sí utiliza tecnología de imágenes por ultrasonido con el uso de suministros desechables y/o reutilizables. (d) El sistema y el método son seguros. No utilizan modos de radiación dañinos y tienen pocas, o ninguna, partes móviles. (e) El sistema y el método son reevaluables y fiables. El dispositivo puede desplegarse continuamente durante varias noches para la adquisición de datos, aumentando la sensibilidad y especificidad del diagnóstico. (f) El sistema y el método son susceptibles de adquisición de datos y control remotos. Al estar enlazado a través de Internet, el sistema propuesto resulta adecuado para tener copias de seguridad remotas de los datos, con un control completo remoto por parte del administrador de la prueba.

3. Realizaciones ilustrativas

En esta sección se describen varias realizaciones ilustrativas, incluyendo realizaciones simuladas con una matriz 2D de transductores y realizaciones experimentales realizadas con un cadáver como sujeto utilizando una matriz giratoria 1D de transductores.

3.1 Matriz giratoria 1D de transductores sin formación de haz

La FIG. 6 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de una matriz giratoria 1D 622 de transductores de ultrasonido que se usa para adquirir múltiples imágenes de ultrasonido en 2D, según se usa de acuerdo con algunas realizaciones. La matriz 622 está representada en una vista lateral según se mira a lo largo del eje de rotación, por lo que la rotación angular se produce en la dirección 623. La matriz giratoria 1D 622 está alojada en un dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 620, que puede mantenerse en su lugar para simular un dispositivo atado a la garganta del sujeto 690. Aunque se muestra con fines ilustrativos, el sujeto 690 no es parte del dispositivo 620.

En una orientación, la matriz 1D 622 produce una imagen 2D a lo largo de una sección transversal, perpendicular a la vista de la FIG. 6, a lo largo de un lado superior 631 de la región trapezoidal 630. En una orientación diferente, la matriz 1D 622 produce una imagen 2D a lo largo de una sección transversal, perpendicular a la vista de la FIG. 6, a lo largo de un lado inferior 632 de la región trapezoidal 630. Entre estas dos imágenes se producen múltiples imágenes 2D a lo largo de secciones transversales intermedias. Obsérvese que las secciones transversales no son paralelas en esta realización, sino que muestrean la vía aérea desde el dominio retropalatino 122, a través del dominio retrolingual 132 y el dominio hipofaríngeo 142, hasta el dominio traqueal medio 652.

Para estudiar la identificación automatizada de una RDI que abarcaba una obstrucción, se utilizó el dispositivo de formación de imágenes por ultrasonido 620 en una realización experimental en la que el sujeto era un cadáver. El cadáver fue alterado quirúrgicamente para poder inducir el colapso del tejido. El colapso de los tejidos blandos fue inducido por aplicación de una presión negativa sostenida (-5 cm de agua) a través de un tubo de traqueotomía invertido. Esta presión negativa apenas excede las presiones de cierre faríngeas críticas medias en los seres humanos.

Las FIGS. 7A a 7C son fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés ilustrativas de imágenes que representan tres secciones transversales de una vía aérea de un sujeto, basándose en datos recopilados desde la matriz 1D giratoria de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones. El dispositivo de formación de imágenes se encuentra en una dirección relativa hacia la parte inferior de cada RDI; y la vía aérea del cadáver se dejó abierta para las tres RDI. La FIG. 7A ilustra un ejemplo de RDI retropalatal 720 que incluye la vía aérea 729 como un área oscura entre tejidos con retornos reflectantes indicados por los píxeles de luz. La FIG. 7B ilustra un ejemplo de RDI retrolingual 730 que incluye la vía aérea 739 como un área oscura entre tejidos con retornos reflectantes indicados por los píxeles de luz. La FIG. 7C ilustra un ejemplo de RDI de tráquea media 740 que incluye la vía aérea 749 como un área oscura entre los tejidos con retornos reflectantes indicados por los píxeles de luz, incluyendo un retorno brillante distintivo de la parte frontal (anterior) curva de la vía aérea.

Las FIGS. 8A a 7F son unas fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés (RDI) ilustrativas de imágenes representativas de seis secciones transversales para una vía aérea no obstruida de un sujeto, basándose en los datos recopilados de la matriz giratoria 1D de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones. Estas RDI son de imágenes representativas de secciones transversales del cadáver con una vía aérea abierta. En presencia de una columna de aire en la vía aérea superior, las imágenes adquiridas por el transductor contienen una franja brillante y consistente resaltada por unos óvalos discontinuos 821, 822, 823, 824, 825 y 826 en los 6 paneles de r D i de imágenes de ultrasonido en las FIGS. 8A a 8F, respectivamente. Estas franjas brillantes representan un aumento de la impedancia acústica en la frontera entre la vía aérea y los tejidos situados detrás de la vía aérea.

Posteriormente a la aplicación de la presión negativa, la franja brillante desaparece en las imágenes alineadas espacialmente, según se muestra en las FIGS. 9A a 9F. Las FIGs . 9A a 9F son fotografías etiquetadas que ilustran regiones de interés ilustrativas de imágenes que representan las mismas seis secciones transversales para una vía aérea obstruida del mismo sujeto, basándose en datos recopilados desde la matriz 1D giratoria de transductores de ultrasonido, de acuerdo con algunas realizaciones.

Las FIGS. 10A a 10C son las fotografías etiquetadas de las FIGS. 7A a 7C con los reflejos contiguos de alta intensidad procedentes de la parte posterior de la vía aérea e indicados dentro de los óvalos 1010a, 1010b y 1010c, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones. Estas áreas brillantes se capturan como conjuntos ilustrativos seleccionados de píxeles contiguos durante la respiración normal de acuerdo con el método de la FIG. 5A.

Dichos bordes pueden distinguir la interfaz aire-tejido del resto de la imagen. La FIG. 11A y la FIG. 11B son unas fotografías etiquetadas que ilustran ejemplos de RDI de imágenes representativas de las mismas secciones transversales para una vía aérea no obstruida y una vía aérea obstruida, respectivamente, del mismo sujeto, de acuerdo con algunas realizaciones. El borde es evidente en la FIG. 11A, en un corte de un cadáver sin obstrucciones encerrado por el óvalo 1110a. En la FIG. 11B, en un corte orientado similarmente en el mismo cadáver en condiciones de obstrucción, la aplicación del mismo algoritmo muestra una disminución relativa de la interfaz aire-tejido encerrada por el óvalo 1110b.

La FIG. 12A y la FIG. 12B son unos gráficos 1210 y 1220 que ilustran unos histogramas ilustrativos 1216 y 1226, respectivamente, de intensidades de píxel para las imágenes de la FIG. 11A y la FIG. 11B, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones. El eje horizontal 1212 indica la intensidad normalizada y el eje vertical indica el recuento de píxeles. La intensidad normalizada está relacionada con la intensidad máxima durante la respiración normal, por ejemplo, en la RDI de la FIG. 11A y el histograma 1210 de la FIG. 12A. La media 1217 de la distribución del histograma normal 1216 también se ha trazado sobre el histograma obstruido 1226 como referencia. En esta realización, la FIG. 12A tiene el correspondiente pico en el extremo derecho. El umbral (media) de la primera imagen se aplica a la segunda solo para demostrar que la mayoría de los píxeles de la FIG. 12B caen por debajo de la media de la FIG. 12A. A efectos de clasificación, en la realización ilustrativa solo se considera obstruida la imagen (es decir, para representar una vía aérea obstruida) cuando >95 % de los píxeles caen por debajo de esta media. En algunas realizaciones, este umbral se cambia dinámicamente en una interfaz gráfica de usuario para evaluar la sensibilidad/tasa de falsos descubrimientos.

Se obtuvieron más de 150 imágenes transversales de cada uno de los cuatro cadáveres. Se aplicó el método 500 de la FIG. 5A, utilizando la propiedad del área total de píxeles contiguos que exceden el umbral en conjuntos seleccionados, a cada cadáver mientras se mantenía el cadáver con una vía aérea abierta para determinar el área total de cada RDI de píxeles contiguos que excedían el umbral para los conjuntos seleccionados. Se descubrió que esa área dependía significativamente del dominio anatómico. La FIG. 13 es un gráfico que ilustra una dependencia ilustrativa del dominio anatómico del área medida de píxeles contiguos de alta intensidad en la región de interés, respectivamente, de acuerdo con algunas realizaciones. El eje horizontal indica el dominio anatómico, donde 1 indica el dominio retropalatino, 2 indica el dominio retrolingual y 3 indica el dominio hipofaríngeo. El eje vertical indica el área total medida de los conjuntos seleccionados de píxeles contiguos que exceden el umbral de dos desviaciones estándar por encima de la intensidad media en cada RDI, en centímetros cuadrados (cm2). Los puntos 1316a indican que las áreas por RDI son entre aproximadamente 0,02 y aproximadamente 0,1 cm2 en el dominio retropalatino, mucho menos que las áreas totales por RDI de entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 0,5 cm2 en el dominio retrolingual indicadas por los puntos 1316b. Los puntos 1316c indican que las áreas por RDI son entre aproximadamente 0,55 y aproximadamente 0,8 cm2 en el dominio hipofaríngeo, significativamente más que las áreas totales por RDI en el dominio retrolingual indicadas por los puntos 1316b. Esto justifica la separación de estos análisis por dominio anatómico en algunas realizaciones.

Las FIGS. 14A a 14D son gráficos que ilustran una dependencia ilustrativa del área medida promediada de píxeles contiguos de alta intensidad en una región de interés (RDI), para vías aéreas obstruidas y no obstruidas de cuatro sujetos diferentes, de acuerdo con algunas realizaciones. El eje horizontal 1412 indica si el promedio era para una vía aérea obstruida o no obstruida. El eje vertical 1414 indica el área total de conjuntos seleccionados de píxeles contiguos de alta intensidad por RDI en centímetros cuadrados (cm2). Los diferentes sujetos están representados por diferentes gráficos 1410, 1420, 1430, 1440. Para cada sujeto, el intervalo de áreas se traza tanto para las vías aéreas no obstruidas 1416, 1426, 1436 y 1446, respectivamente, como para las vías aéreas obstruidas 1417, 1427, 1437 y 1447, respectivamente. Los bigotes muestran una desviación estándar (SD) de ± 3 y, por lo tanto, se descartan los valores atípicos lejanos. La caja abarca un intervalo intercuartílico del 25 al 75 % de los datos. Las muescas corresponden a las medias de los datos. Como era de esperar, las áreas de píxeles contiguos de alta intensidad por RDI son significativamente más pequeñas para las vías aéreas obstruidas que para las vías aéreas abiertas.

Las FIGS. 15A a 15D son gráficos que ilustran una dependencia ilustrativa del área medida individual de píxeles contiguos de alta intensidad en una región de interés (RDI), para vías aéreas obstruidas y no obstruidas de cuatro sujetos diferentes, de acuerdo con algunas realizaciones. El eje horizontal 1512 indica el área total de conjuntos seleccionados de píxeles contiguos de alta intensidad por RDI en centímetros cuadrados (cm2). Los ejes verticales 1514 indican la fracción de 150 cortes en ese valor o por debajo del mismo. Los diferentes sujetos están representados por diferentes gráficos 1510, 1520, 1530, 1540. Para cada sujeto, Para cada sujeto, la distribución acumulativa de áreas se traza tanto para las vías aéreas no obstruidas en las trazas 1516, 1526, 1536 y 1546, respectivamente, como para las vías aéreas obstruidas en las trazas 1517, 1527, 1537 y 1547, respectivamente. Como era de esperar, las áreas de píxeles contiguos de alta intensidad por RDI son significativamente más pequeñas para las vías aéreas obstruidas que para las vías aéreas abiertas, ya que cada curva obstruida se encuentra significativamente por debajo de la curva no obstruida.

2.2 Matriz de transductores curvos 2-D sin formación de haz

La FIG. 16A es un diagrama de bloques que ilustra una matriz 2D 1612 de transductores de ultrasonido ilustrativa para simulaciones de un método automatizado de localización de obstrucciones, de acuerdo con algunas realizaciones. El algoritmo que se muestra en la Fig. 5 se aplica a imágenes obtenidas por una matriz n x n de transductores. Cada transductor obtiene señales de una línea de exploración con una ubicación espacial determinada (coordenadas verticales y horizontales) a lo largo de un haz. El símbolo n se refiere al número del elemento transductor etiquetado.

La FIG. 16B es un conjunto de gráficos 1650 que ilustra las propiedades ilustrativas de cada medición de transductor como una función del tiempo durante un ciclo respiratorio para dos regiones anatómicas, de acuerdo con algunas realizaciones. La información de RDI basada en ultrasonido de la vía aérea es separada por un clasificador matemático que está capacitado para identificar el sitio de obstrucción, basándose en la varianza máxima de un parámetro establecido (por ejemplo, el diámetro luminal medido por ultrasonido, donde diámetro luminal se refiere al diámetro de alta intensidad píxeles contiguos en una RDI) asociado con cada ciclo respiratorio. Una vez identificado, la FIG. 16C es un gráfico 1660 que representa propiedades ilustrativas de cada medición de transductor como una función del tiempo durante un ciclo respiratorio, de acuerdo con algunas realizaciones. Se han dibujado planos de separación entre distintos límites anatómicos que pueden demostrar diferentes grados de colapso cuando se aplica una presión negativa en ausencia de flujo de aire, como puede observarse en la apnea obstructiva del sueño.

La FIG. 17 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de matriz bidimensional curvada 1710, que sigue la curvatura de una estructura de fijación 1716 cuando la estructura de fijación está ajustada de forma desmontable alrededor del cuello del sujeto, de acuerdo con algunas realizaciones. Los transductores de ultrasonido 1712 individuales están fijados a la estructura de fijación desmontable 1716. Por tanto, la FIG. 17 ilustra un conjunto de escáner circunferencial 1700 que contiene los transductores. En algunas realizaciones, el conjunto 1700 se mantiene dentro de una tela tubular, elástica y expansible (p. ej. Dacron) con refuerzos radiales y lineales a modo de estructura de fijación 1716. Estos refuerzos evitan el desplazamiento proximal-distal y lateral del conjunto 1700.

3.3 Matriz de transductores 2D curvos con formación de haz

La FIG. 18 es un diagrama de bloques que ilustra un ejemplo de frente de onda de ultrasonido curvo 1820 determinado mediante formación de haz sobre una matriz 1D curvada 1810 de transductores 1812, de acuerdo con algunas realizaciones. Por tanto, la FIG. 18 ilustra la aplicación de una sonda de matriz en fase en una configuración bidimensional, capaz de generar múltiples frentes de onda que pueden escanear un área grande de interés, y una disposición de un sistema de sonda de matriz en fase que rodea circunferencialmente un esquema del cuello humano en el que cada sonda individual es capaz de generar su propio frente de onda en un sujeto 1890.

3.2 Formas y matrices de transductores alternativas

Las FIGS. 19A a 19C son diagramas de bloques que ilustran matrices ilustrativas de transductores, de acuerdo con algunas realizaciones. Estos diseños de sonda de ajuste personalizado mejoran la resolución del escáner. La FIG.

19A representa una matriz 1D de transductores de ultrasonido lineales 1910 formada por transductores de ultrasonido lineales 1912 individuales. Una matriz lineal de este tipo, que solo lleva a cabo exploraciones 2D, puede ser el modo predeterminado para algunas realizaciones. La FIG. 19B representa una matriz 2d de transductores de ultrasonido 1920 formada por transductores de ultrasonido puntuales 1922 individuales. La FIG. 19C representa una matriz 2D de transductores de ultrasonido 1930 compuesta por transductores de ultrasonido circulares 1932 individuales. Se prevé que tales diseños de sonda adicionales resulten útiles para mejorar la resolución espacial del escáner, minimizar los artefactos o mejorar la relación señal/ruido (SNR), o alguna combinación de los mismos.

4. Descripción general del hardware computacional

La FIG. 20 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema informático 2000 en el que se puede implementar una realización de la invención. El sistema informático 2000 incluye un mecanismo de comunicación, tal como un bus 2010, para pasar información entre otros componentes internos y externos del sistema informático 2000. La información se representa como señales físicas de un fenómeno mensurable, normalmente, tensiones eléctricas, pero incluyendo, en otras realizaciones, tales fenómenos como interacciones magnéticas, electromagnéticas, de presión, químicas, atómicas moleculares y cuánticas. Por ejemplo, los campos magnéticos norte y sur, o una tensión eléctrica cero y no cero, representan dos estados (0, 1) de un dígito binario (bit). Otros fenómenos pueden representar dígitos de una base superior. Una superposición de múltiples estados cuánticos simultáneos antes de la medición representa un bit cuántico (qubit). Una secuencia de uno o más dígitos constituye datos digitales que se utilizan para representar un número o código para un carácter. En algunas realizaciones, la información denominada datos analógicos está representada por un casi continuo de valores medibles dentro de un intervalo particular. El sistema informático 2000, o una parte del mismo, constituye un medio para llevar a cabo uno o más pasos de uno o más métodos descritos en el presente documento.

Una secuencia de dígitos binarios constituye datos digitales que se utilizan para representar un número o código para un carácter. Un bus 2010 incluye muchos conductores paralelos de información para que la información se transfiera rápidamente entre los dispositivos acoplados al bus 2010. Uno o más procesadores 2002 para procesar información están acoplados al bus 2010. Un procesador 2002 lleva a cabo un conjunto de operaciones sobre la información. El conjunto de operaciones incluye traer información desde el bus 2010 e introducir información en el bus 2010. El conjunto de operaciones normalmente también incluye comparar dos o más unidades de información, cambiar posiciones de unidades de información y combinar dos o más unidades de información, p. ej. por adición o multiplicación. Una secuencia de operaciones a ejecutar por el procesador 2002 constituye instrucciones de ordenador.

El sistema informático 2000 también incluye una memoria 2004 acoplada al bus 2010. La memoria 2004, tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM) u otro dispositivo de almacenamiento dinámico, almacena información, incluyendo las instrucciones informáticas. La memoria dinámica permite que el sistema informático 2000 modifique la información almacenada en la misma. La RAM permite que una unidad de información almacenada en una ubicación denominada dirección de memoria se almacene y recupere independientemente de la información en direcciones colindantes. El procesador 2002 también utiliza la memoria 2004 para almacenar valores temporales durante la ejecución de las instrucciones informáticas. El sistema informático 2000 también incluye una memoria de solo lectura (ROM) 2006 u otro dispositivo de almacenamiento estático acoplado al bus 2010 para almacenar información estática, incluyendo instrucciones, sin alteración por parte del sistema informático 2000. También acoplado al bus 2010 hay un dispositivo de almacenamiento no volátil (persistente) 2008, tal como un disco magnético o un disco óptico, para almacenar información, incluyendo instrucciones, que persista incluso si el sistema informático 2000 se apaga o pierde energía.

La información, incluyendo instrucciones, se proporciona al bus 2010 para que el procesador la utilice desde un dispositivo de entrada externo 2012, tal como un teclado que contenga teclas alfanuméricas accionadas por un usuario humano o un sensor. Un sensor detecta condiciones en su vecindad y transforma esas detecciones en señales compatibles con las señales utilizadas para representar información en el sistema informático 2000. Otros dispositivos externos acoplados al bus 2010, utilizados principalmente para interactuar con humanos, incluyen un dispositivo de visualización 2014, tal como un tubo de rayos catódicos (CRT) o una pantalla de cristal líquido (LCD), para presentar imágenes, y un dispositivo de puntero 2016, tal como un ratón o una rueda de desplazamiento o teclas de dirección del cursor, para controlar la posición de una pequeña imagen de cursor presentada en la pantalla 2014 y emitir comandos asociados con elementos gráficos presentados en el dispositivo de visualización 2014.

En la realización ilustrada, el hardware de propósito especial, tal como un circuito integrado (CI) 2020 de aplicación específica, está acoplado al bus 2010. El hardware de propósito especial está configurado para llevar a cabo operaciones no efectuadas por el procesador 2002 lo suficientemente rápido con fines especiales. Algunos ejemplos de CI de aplicación específica incluyen tarjetas aceleradoras de gráficos para generar imágenes a mostrar en el dispositivo de visualización 2014, tableros criptográficos para cifrar y descifrar mensajes enviados a través de una red, reconocimiento de voz e interfaces con dispositivos externos especiales, tales como brazos robóticos y equipos de exploración médica que lleven a cabo repetidamente una secuencia compleja de operaciones que se implementen de manera más eficiente en hardware.

El sistema informático 2000 también incluye una o más instancias de una interfaz de comunicaciones 2070 acoplada al bus 2010. La interfaz de comunicaciones 2070 proporciona un acoplamiento de comunicación bidireccional a diversos dispositivos externos que funcionan con sus propios procesadores, tal como impresoras, escáneres y discos externos. En general, el acoplamiento es con un enlace de red 2078 que está conectado a una red local 2080, a la que están conectados varios dispositivos externos con sus propios procesadores. Por ejemplo, la interfaz de comunicaciones 2070 puede ser un puerto paralelo o un puerto en serie o un puerto de bus universal en serie (USB) de un ordenador personal. En algunas realizaciones, la interfaz de comunicaciones 2070 es una tarjeta de red digital de servicios integrados (RDSI) o una tarjeta de línea de abonado digital (DSL) o un módem telefónico que proporciona una conexión de comunicación de información a un tipo correspondiente de línea telefónica. En algunas realizaciones, una interfaz de comunicaciones 2070 es un módem por cable que convierte las señales del bus 2010 en señales para una conexión de comunicación a través de un cable coaxial o en señales ópticas para una conexión de comunicación a través de un cable de fibra óptica. A modo de ejemplo adicional, la interfaz de comunicaciones 2070 puede ser una tarjeta de red de área local (LAN) para proporcionar una conexión de comunicación de datos a una LAN compatible, tal como Ethernet. También se pueden implementar enlaces inalámbricos. Las ondas portadoras, tales como ondas acústicas y ondas electromagnéticas, incluyendo las ondas de radio, ópticas e infrarrojas, viajan a través del espacio sin alambres ni cables. Las señales incluyen variaciones provocadas por el hombre en amplitud, frecuencia, fase, polarización u otras propiedades físicas de las ondas portadoras. Para enlaces inalámbricos, la interfaz de comunicaciones 2070 envía y recibe señales eléctricas, acústicas o electromagnéticas, incluyendo señales infrarrojas y ópticas, que transportan flujos de información, tales como datos digitales.

La expresión medio legible por ordenador se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier medio que participe en el suministro de información al procesador 2002, incluyendo instrucciones para su ejecución. Tal medio puede adoptar muchas formas, incluyendo, pero sin limitación, medios no volátiles, medios volátiles y medios de transmisión. Los medios no volátiles incluyen, por ejemplo, discos ópticos o magnéticos, tal como el dispositivo de almacenamiento 2008. Los medios volátiles incluyen, por ejemplo, una memoria dinámica 2004. Los medios de transmisión incluyen, por ejemplo, cables coaxiales, hilo de cobre, cables de fibra óptica y ondas que viajan por el espacio sin cables ni alambres, tales como ondas acústicas y ondas electromagnéticas, incluyendo las ondas de radio, ópticas e infrarrojas. La expresión medio de almacenamiento legible por ordenador se usa en el presente documento para referirse a cualquier medio que participe en el suministro de información al procesador 2002, excepto los medios de transmisión.

Algunas formas comunes de medios legibles por ordenador incluyen, por ejemplo, un disquete, un disco flexible, un disco duro, una cinta magnética o cualquier otro medio magnético, un disco compacto ROM (CD-ROM), un disco de vídeo digital (DVD) o cualquier otro medio óptico, tarjetas perforadas, cinta de papel o cualquier otro medio físico con patrones de agujeros, una RAM, una ROM programable (Pr OM), una PROM borrable (Ep Ro M), un FLASH-EPROM o cualquier otro chip o cartucho de memoria, una onda portadora o cualquier otro medio desde el cual ordenador pueda leer. La expresión medio de almacenamiento no transitorio legible por ordenador se usa en el presente documento para referirse a cualquier medio que participe en el suministro de información al procesador 2002, excepto las ondas portadoras y otras señales.

La lógica codificada en uno o más medios tangibles incluye una o ambas instrucciones del procesador en un medio de almacenamiento legible por ordenador y hardware de propósito especial, tal como ASIC 2020.

El enlace de red 2078 normalmente proporciona la comunicación de información a través de una o más redes a otros dispositivos que utilicen o procesen la información. Por ejemplo, el enlace de red 2078 puede proporcionar una conexión a través de la red local 2080 a un ordenador principal 2082 o a un equipo 2084 operado por un Proveedor de Servicios de Internet (ISP). El equipo 2084 de ISP proporciona a su vez servicios de comunicación de datos a través de la red de comunicación pública de conmutación de paquetes a nivel mundial de redes, que ahora se conoce comúnmente como Internet 2090. Un ordenador denominado servidor 2092, conectado a Internet, proporciona un servicio en respuesta a la información recibida a través de Internet. Por ejemplo, el servidor 2092 proporciona información que representa datos de vídeo para su presentación en la pantalla 2014.

La invención está relacionada con el uso del sistema informático 2000 para implementar las técnicas descritas en el presente documento. De acuerdo con una realización de la invención, estas técnicas las lleva a cabo el sistema informático 2000 en respuesta al procesador 2002 ejecutando una o más secuencias de una o más instrucciones contenidas en la memoria 2004. Tales instrucciones, también denominadas software y código de programa, pueden leerse a la memoria 2004 desde otro medio legible por ordenador, tal como el dispositivo de almacenamiento 2008. La ejecución de las secuencias de instrucciones contenidas en la memoria 2004 hace que el procesador 2002 lleve a cabo las etapas del método descrito en el presente documento. En realizaciones alternativas, el hardware, tal como el circuito integrado de aplicación específica 2020, puede usarse en lugar del software o en combinación con el mismo para implementar la invención. Por tanto, las realizaciones de la invención no se limitan a ninguna combinación específica de hardware y software.

Las señales transmitidas a través del enlace de red 2078 y otras redes a través de la interfaz de comunicaciones 2070, llevan información hacia y desde el sistema informático 2000. El sistema informático 2000 puede enviar y recibir información, incluyendo un código de programa, a través de las redes 2080, 2090 entre otras, y a través del enlace de red 2078 y la interfaz de comunicaciones 2070. En un ejemplo que utiliza Internet 2090, un servidor 2092 transmite el código del programa para una aplicación particular, solicitado mediante un mensaje enviado desde el ordenador 2000, a través de Internet 2090, el equipo ISP 2084, la red local 2080 y la interfaz de comunicaciones 2070. El código recibido puede ser ejecutado por el procesador 2002 a su recepción, o puede almacenarse en el dispositivo de almacenamiento 2008 u otro almacenamiento no volátil para su posterior ejecución, o ambas opciones. De esta manera, el sistema informático 2000 puede obtener el código del programa de aplicación en forma de señal en una onda portadora.

Pueden estar involucradas diversas formas de medios legibles por ordenador en el traslado de una o más secuencias de instrucciones o datos, o ambos, al procesador 2002 para su ejecución. Por ejemplo, las instrucciones y los datos se pueden llevar inicialmente en un disco magnético de un ordenador remoto tal como el anfitrión 2082. El ordenador remoto carga las instrucciones y los datos en su memoria dinámica y envía las instrucciones y los datos, a través de una línea telefónica, utilizando un módem. Un módem local para el sistema informático 2000 recibe las instrucciones y los datos por una línea telefónica y utiliza un transmisor de infrarrojos para convertir las instrucciones y los datos en una señal sobre una onda portadora infrarroja, que sirve como enlace de red 2078. Un detector de infrarrojos, que sirve como interfaz de comunicaciones 2070, recibe las instrucciones y los datos transportados en la señal infrarroja y coloca en el bus 2010 la información representativa de las instrucciones y los datos. El bus 2010 lleva la información a la memoria 2004, desde la cual el procesador 2002 recupera y ejecuta las instrucciones utilizando algunos de los datos enviados junto con las instrucciones. Las instrucciones y los datos recibidos en la memoria 2004 pueden almacenarse opcionalmente en el dispositivo de almacenamiento 2008, antes o después de su ejecución por el procesador 2002.

La FIG. 21 ilustra un conjunto de chips 2100 en el que se puede implementar una realización de la invención. El conjunto de chips 2100 está programado para llevar a cabo uno o más pasos de un método descrito en el presente documento e incluye, por ejemplo, el procesador y los componentes de memoria descritos con respecto a la FIG. 20 incorporados en uno o más paquetes físicos (por ejemplo, chips). A modo de ejemplo, un paquete físico incluye una disposición de uno o más materiales, componentes y/o cables en un conjunto estructural (por ejemplo, un tablero) para proporcionar una o más características tales como resistencia física, conservación del tamaño y/o limitación de interacciones eléctricas. Se contempla que, en determinadas realizaciones, el conjunto de chips pueda implementarse en un solo chip. El conjunto de chips 2100, o una parte del mismo, constituye un medio para llevar a cabo una o más etapas de un método descrito en el presente documento.

En una realización, el conjunto de chips 2100 incluye un mecanismo de comunicación tal como un bus 2101 para pasar información entre los componentes del conjunto de chips 2100. Un procesador 2103 tiene conectividad con el bus 2101 para ejecutar instrucciones y procesar información almacenada, por ejemplo, en una memoria 2105. El procesador 2103 puede incluir uno o más núcleos de procesamiento, estando cada núcleo configurado para funcionar de forma independiente. Un procesador de múltiples núcleos permite el multiprocesamiento dentro de un solo paquete físico. Algunos ejemplos de procesador de múltiples núcleos incluyen dos, cuatro, ocho o un número mayor de núcleos de procesamiento. Alternativa o adicionalmente, el procesador 2103 puede incluir uno o más microprocesadores configurados en tándem a través del bus 2101 para permitir la ejecución independiente de instrucciones, canalización y subprocesos múltiples. El procesador 2103 también puede ir acompañado de uno o más componentes especializados para llevar a cabo determinadas funciones y tareas de procesamiento, tal como uno o más procesadores de señales digitales (DSP) 2107, o uno o más circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) 2109. Un DSP 2107 normalmente está configurado para procesar señales del mundo real (por ejemplo, sonido) a tiempo real independientemente del procesador 2103. De manera similar, un ASIC 2109 puede configurarse para que lleve a cabo funciones especializadas que un procesador de propósito general no pueda efectuar fácilmente. Otros componentes especializados para ayudar a llevar a cabo las funciones inventivas descritas en el presente documento incluyen una o más matrices de puertas programables en campo (FPGA) (no mostradas), uno o más controladores (no mostrados), o uno o más de otros chips informáticos de propósito especial.

El procesador 2103 y los componentes que lo acompañan presentan conectividad con la memoria 2105 a través del bus 2101. La memoria 2105 incluye tanto memoria dinámica (por ejemplo, RAM, disco magnético, disco óptico grabable, etc.) como memoria estática (por ejemplo, ROM, CD-ROM, etc.) para almacenar instrucciones ejecutables que, al ser ejecutadas, lleven a cabo uno o más pasos de un método descrito en el presente documento. La memoria 2105 también almacena los datos asociados con o generados por la ejecución de uno o más pasos de los métodos descritos en el presente documento.

5. Alternativas, variaciones y modificaciones

En la anterior memoria descriptiva, se ha descrito la invención con referencia a realizaciones específicas de la misma. Sin embargo, resultará evidente que se pueden llevar a cabo diversas modificaciones y cambios sin salirse del alcance más amplio de la invención. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse en un sentido ilustrativo más que restrictivo. A lo largo de las presentes memoria y reivindicaciones, salvo que el contexto requiera lo contrario, la palabra "comprender" y sus variaciones, tales como "comprende" y "que comprende", deben interpretarse como implicaciones de la inclusión de un artículo, elemento o paso enumerado, o grupo de artículos, elementos o pasos enumerados, pero no de la exclusión de cualquier otro artículo, elemento o paso, o grupo de artículos, elementos o pasos. Además, el artículo indefinido "un" o "uno/a" pretende indicar uno o más del artículo, elemento o paso modificado por el artículo. Tal como se usa en el presente documento, a menos que se desprenda claramente del contexto, un valor es "aproximadamente" otro valor si está dentro de un factor de dos (dos veces o la mitad) del otro valor. Si bien se presentan intervalos ilustrativos, a menos que se desprenda claramente del contexto, cualquier intervalo contenido se pretende también en diversas realizaciones. Por tanto, en algunas realizaciones un intervalo de 0 a 10 incluye el intervalo de 1 a 4.

6. Referencias

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método, que comprende:

colocar una matriz de transductores de ultrasonido 212 de manera que la matriz de transductores de ultrasonido 212 quede adyacente al cuello de un sujeto 290, en donde la matriz de transductores 212 está configurada para, al recibir una señal, obtener unos primeros datos que soporten una pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del cuello del sujeto 290;

recibir automáticamente en un procesador unos segundos datos de un conjunto de sensores de episodios de apnea 222 configurados para recopilar automáticamente los segundos datos, en donde los segundos datos son sensibles a un episodio de apnea del sujeto;

detectar automáticamente en el procesador un episodio de apnea basándose en los segundos datos; y, en respuesta a la detección del episodio de apnea,

enviar automáticamente a la matriz de transductores de ultrasonido 212 la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido 212 obtenga los primeros datos, y

almacenar automáticamente en un medio legible por ordenador los datos de imagen basados en los primeros datos.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el conjunto de sensores de apnea 222 incluye uno o más sensores de un grupo que comprende un sensor de saturación de oxígeno en sangre y un sensor de movimiento del pecho, y un micrófono.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la matriz de transductores de ultrasonido 212 se fija de forma desmontable al sujeto 290 mediante una estructura de fijación 216.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la matriz de transductores de ultrasonido 212 comprende una matriz unidimensional giratoria 310a.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la matriz de transductores de ultrasonido 212 comprende una matriz bidimensional.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la matriz de transductores de ultrasonido 212 comprende una matriz bidimensional curvada 1710 que se adapta a la curvatura de una estructura de fijación 1716 cuando la estructura de fijación 1716 está ajustada de forma desmontable alrededor del cuello del sujeto 290.

7. Un medio legible por ordenador que soporta una o más secuencias de instrucciones, en donde la ejecución de la una o más secuencias de instrucciones por parte de uno o más procesadores hace que el uno o más procesadores lleven a cabo los pasos de:

establecer comunicaciones con una matriz de transductores de ultrasonido 212 adyacente al cuello de un sujeto 290, en donde la matriz de transductores 212 está configurada para, al recibir una señal, obtener unos primeros datos que soporten una pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del sujeto 290;

establecer comunicaciones con un conjunto de sensores de episodios de apnea 222 configurado para recopilar automáticamente unos segundos datos sensibles a un episodio de apnea del sujeto 290;

recibir los segundos datos;

detectar un episodio de apnea basándose en los segundos datos; y

en respuesta a la detección del episodio de apnea,

enviar al conjunto de transductores de ultrasonido 212 la señal que hace que el conjunto de transductores de ultrasonido 212 obtenga los primeros datos, y

almacenar en un segundo medio legible por ordenador unos datos de imagen 252 basados en los primeros datos.

8. Un sistema, que comprende:

una matriz de transductores de ultrasonido 212 configurada, cuando está dispuesta junto al cuello de un sujeto 290, para obtener unos primeros datos al recibir una señal, en donde los primeros datos soportan una pluralidad de imágenes de ultrasonido representativas de una correspondiente pluralidad de secciones transversales de una vía aérea del sujeto 290;

un conjunto de sensores de episodios de apnea 222 configurados para recopilar automáticamente unos segundos datos sensibles a un episodio de apnea del sujeto 290;

al menos un procesador; y

al menos un medio legible por ordenador que incluye una o más secuencias de instrucciones,

estando configuradas la al menos una memoria y la una o más secuencias de instrucciones para, con el al menos un procesador, hacer que el sistema lleve a cabo al menos las siguientes acciones,

establecer comunicaciones con la matriz de transductores de ultrasonido 212;

establecer comunicaciones con el conjunto de sensores de episodios de apnea 222;

recibir los segundos datos;

detectar un episodio de apnea basándose en los segundos datos; y

en respuesta a la detección del episodio de apnea,

enviar a la matriz de transductores de ultrasonido 212 la señal que hace que la matriz de transductores de ultrasonido 212 obtenga los primeros datos, y

almacenar en un segundo medio legible por ordenador los datos de imagen 252 basados en los primeros datos.