ITBO20130567A1 - Sistema per la raccolta, la memorizzazione e la visualizzazione sincronizzata di segnali video e analogici provenienti da diversi strumenti e apparecchiature - Google Patents

Description

SISTEMA PER LA RACCOLTA, LA MEMORIZZAZIONE E LA VISUALIZZAZIONE SINCRONIZZATA DI SEGNALI VIDEO E ANALOGICI PROVENIENTI DA DIVERSI STRUMENTI ED APPARECCHIATURE

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al settore delle apparecchiature elettromedicali per il monitoraggio dei parametri fisiologici dei pazienti sottoposti ad interventi chirurgici, o di tipo intervenzionistico, ed in particolare concerne un sistema per la raccolta e la visualizzazione dei segnali sincronizzati provenienti da diversi strumenti ed apparecchiature utilizzati dai diversi operatori a scopo terapeutico o di monitoraggio.

Nel seguito la presente invenzione verrà descritta e rivendicata preferibilmente con riferimento all'ambiente medico chirurgico e intervenzionistico, per semplicità di esposizione e chiarezza, ma deve essere inteso che ciò ha solo scopo esemplificativo e non implica alcuna limitazione ambientale o funzionale per quanto riguarda la sua applicazione.

Come noto, nel corso di un intervento chirurgico e/o intervenzionistico, in sala operatoria sono presenti molte apparecchiature aventi funzioni diverse, per esempio un robot chirurgico, un arco angiografico per effettuare un'indagine radiologica, un poligrafo o monitor multiparametrico che permette di visualizzare diversi segnali corrispondenti, ad esempio, ad un elettrocardiogramma o alla pressione arteriosa, oppure uno strumento ecodoppler o dei programmatori di dispositivo, utilizzati per definire la funzionalità di dispositivi installati sul paziente nel corso della procedura o successivamente all'intervento, ad esempio un pace-maker o una pompa per l'assistenza ventricolare esterna.

Ognuna di queste apparecchiature produce una propria serie di informazioni che sono relative ad uno o più parametri correlati con lo stato del paziente, ed in particolare all'andamento di quelli fisiologici che devono essere mantenuti in costante controllo nel corso dell'intervento. Queste informazioni, utilizzate per il controllo di determinate funzioni, vengono in genere rappresentate graficamente, trasformate in valori numerici rappresentativi, visualizzate in forma di immagini costantemente aggiornate, e memorizzate nei supporti di memoria presenti all'interno delle singole apparecchiature oppure in altro modo, mediante dispositivi ad esse collegati.

Per esigenze di standardizzazione le informazioni vengono trasformate in idonei formati, quali quelli noti con le sigle "DICOM" o "HL7", che ne consentono l'agevole archiviazione in grandi contenitori di memoria, anche condivisi tra tutte le apparecchiature. Questa operazione consente di formare tanti file separati raccolti in un unico grande dispositivo di memoria, ma non consente di verificare il valore o l'andamento di un parametro nel momento in cui, in base alle informazioni ottenute da un'altra apparecchiatura, si verifica un determinato evento.

In termini più espliciti ed in via esemplificativa, sarebbe di particolare utilità, per il chirurgo o per chi è incaricato di monitorare lo stato del paziente, vedere, ad esempio, come si evolve la situazione rilevata dall'immagine ecografica contemporaneamente all'andamento dell'elettrocardiogramma. Sempre a titolo di esempio, se dall'elettrocardiogramma si evidenzia un determinato evento patologico che interessa il cuore, potrebbe essere utile, ai fini della determinazione della causa dell'evento, verificare a posteriori, attraverso l'archivio, in quel preciso istante la condizione di pervietà del sistema di perfusione ematica del muscolo cardiaco attraverso la valutazione dell'immagine angiografica, ottenuta dal sistema radiologico.

Per effettuare questa verifica con i sistemi attuali sarebbe necessario innanzi tutto recuperare il tracciato dell'elettrocardiogramma e individuare l'esatta posizione temporale in cui si è verificato l'evento patologico. Poi si dovrebbe individuare nella sequenza dei fotogrammi angiografici il momento corrispondente alla posizione temporale dell'elettrocardiogramma, con il presupposto che la temporizzazione del rilievo angiografico corrisponda perfettamente a quella dell'elettrocardiogramma, condizione quasi mai verificata nella realtà operativa.

Questo esempio può essere esteso a qualsiasi altro parametro fisiologico od evento, patologico o non patologico, ritrovando sempre il medesimo problema di recuperare e sincronizzare con la necessaria precisione i vari segnali.

Altra necessità che si evidenzia nell'ambito operativo di una sala operatoria, ma anche in altri ambiti ove vengano eseguite indagini diagnostiche complesse, è di avere sotto controllo i vari parametri e dati fisiologici significativi del paziente, prelevati dai diversi strumenti, allo stesso momento, man mano che essi vengono acquisiti, con la possibilità di vedere e valutare tali parametri e dati in contemporanea in un unico idsplay, e di effettuare eventualmente sugli stessi operazioni volte a evidenziare situazioni particolari, mantenendo sempre memoria del momento nel quale esse si sono verificate.

Scopo della presente invenzione è quello di configurare un sistema tale da permettere un'analisi contemporanea di più parametri fisiologici, in modo tale da ottenere ed osservare nello stesso istante in cui si verifica un determinato evento l'andamento dei parametri fisiologici correlati e permettere di individuare con maggiore certezza la possibile causa di quel determinato evento.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare il sistema anzidetto in modo semplice ma affidabile, senza richiedere la sostituzione delle apparecchiature già esistenti ed operanti nella sala operatoria e senza applicare al paziente ulteriori rilevatori, sonde ecc.

Il sistema proposto non deve in alcun modo interferire con la normale operatività dell'equipe medica che sta svolgendo l'intervento, non deve fornire informazioni aggiuntive oltre a quelle già ricavate dai parametri in osservazione, ma deve semplicemente rendere possibile visualizzare tutti i dati già rilevati in tempo reale o in tempo differito, sincronizzati tra loro.

Questi ed altri scopi saranno ottenuti mediante il sistema oggetto della presente invenzione, realizzato in accordo con la rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche e varianti del sistema sono riportate nelle rivendicazioni subordinate.

Le caratteristiche dell'invenzione che non emergono da quanto detto in precedenza, sono evidenziate nella seguente descrizione, con riferimento alle unite tavole di disegno, nelle quali:

- La figura 1 rappresenta uno schema a blocchi semplificato del sistema oggetto della presente invenzione;

- La figura 2 rappresenta un possibile tracciato che viene reso

disponibile dal sistema di figura 1.

Con riferimento alle suddette figure, è stato illustrato un sistema per la raccolta e la visualizzazione sincronizzata dei segnali di uscita provenienti da un insieme di diversi strumenti ed apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n, utilizzati normalmente in sala operatoria nel corso di un intervento chirurgico o di una procedura interventistica.

Come detto in premessa, nella presente trattazione si farà riferimento allo specifico ambiente di una sala operatoria, ma questo non deve essere visto come una limitazione, in quanto l'invenzione può trovare valida applicazione anche in altri settori analoghi o similari.

Sempre a titolo di esempio, e non con funzione limitativa, si specifica che l'insieme di diversi strumenti ed apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n può comprendere, tra gli altri, un robot chirurgico, un arco angiografico e/o un poligrafo o monitor multiparametrico, e/o uno strain-gage toracico, e/o una console eco-doppler, e/o una serie di programmatori per dispositivi medici e tutta la strumentazione di monitoraggio e supporto anestesiologico e respiratorio. L'elenco non è ovviamente esaustivo, e comunque possono essere previsti anche solo una parte degli strumenti e delle apparecchiature elencati.

Ciascuno degli strumenti e ciascuna delle apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n comprende mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n di un'immagine rappresentativa dell'andamento di un parametro fisiologico della persona, oppure di un 'immagine diagnostica di una parte del corpo o di un apparato della persona medesima. Questi mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n sono costituiti da un normale monitor, ad esempio del tipo VGA o di altro formato video (figura 1).

I monitor VGA o di altro formato video sono collegati alle uscite degli strumenti che forniscono le stesse in forma di immagine e delle rispettive apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n, secondo modalità note ed ampiamente utilizzate per la visualizzazione dei segnali di uscita di apparecchiature elettroniche.

Si intende che i monitor video possono anche essere integrati nei relativi strumenti e nelle relative apparecchiature, ma sono comunque collegati tramite un idoneo collegamento alla relativa interfaccia di uscita video.

Allo scopo di evitare ogni condizionamento della operatività standard della sala, in accordo con l'invenzione, nel tratto di collegamento 5a, 5b, 5c, … 5n di ciascuno di detti strumenti e di ciascuna di dette apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n con i relativi mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n vengono installati dei dispositivi sdoppiatori di segnale video analogico 4a, 4b, 4c, … 4n, in particolare degli sdoppiatori VGA o di altro formato video, di tipo normalmente reperibile in commercio.

Una delle uscite di ciascuno sdoppiatore viene nuovamente collegata al monitor video del relativo strumento o della relativa apparecchiatura, in modo da ripristinare il normale funzionamento precedente.

Una pluralità di collegamenti 5a, 5b, 5c, … 5n connette le altre uscite degli sdoppiatori di segnale video analogico 4a, 4b, 4c, … 4n ad un'unità centrale 1 di raccolta ed elaborazione dei segnali. L'unità centrale 1 comprende mezzi, dispositivi e memorie per l'esecuzione di programmi di eaborazione idonei per le funzioni che essa deve svolgere, come risulterà evidente nel seguito.

Diverse apparecchiature provviste di un display integrato possiedono anche uscite video indipendenti, solitamente nel medesimo standard video. In questo caso, secondo l’invenzione, i segnali video in uscita possono essere rilevati semplicemente connettendo le suddette uscite video indipendenti e relative linee di ingresso video dell’unità centrale 1 mediante un idoneo cavo video.

In particolare, i collegamenti 5a, 5b, 5c, … 5n fanno capo a mezzi di acquisizione video 6, costituiti da una o più schede di acquisizione video in grado di catturare i segnali nel formato prodotto dalle apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n, ad esempio il formato VGA, e di memorizzarli in apposite aree di memoria previste nell'unità centrale 1. Tali schede di acquisizione, comunemente reperibili in commercio e provviste di un numero di canali di acquisizione almeno pari al numero dei collegamenti 5a, 5b, 5c, … 5n, sono anch'esse installate nell'unità centrale 1. In questo modo, i segnali sdoppiati ricevuti vengono trasformati ciascuno in sequenze di immagini digitali, per ciascuna delle quali viene definito un riferimento temporale.

Tramite un idoneo programma di elaborazione, residente e operante nell'unità centrale 1, le immagini digitali ottenute vengono poi combinate in un'unica immagine, in sovrapposizione parziale o totale su mezzi per la visualizzazione 7, che si identificano in un monitor collegato con, o integrato nella, suddetta unità centrale 1.

Le immagini vengono quindi visualizzate contemporaneamente, in tempo reale e sincronizzate (si veda la figura 2). Sovrapposizione parziale o totale significa che tutte le immagini rappresentative possono essere visualizzate contemporaneamente e sovrapposte, oppure solo una parte di esse, escludendo quelle meno significative o in quel momento di minore interesse. In altra ipotesi, è possibile riesaminare le immagini in modalità post-processing una per una oppure tutte insieme.

Ci si può quindi rendere conto di come sono variati nel tempo alcuni parametri fisiologici all'accadere di determinati eventi rilevabili da altri parametri fisiologici. Ad esempio, nel momento in cui è calata la pressione è possibile verificare nell'immagine ecografica il comportamento delle pareti cardiache, o rilevare gli altri parametri fisiologici legati ad una possibile variazione della pressione.

Le possibilità di elaborare e visualizzare diversamente le varie immagini sono quanto mai numerose, potendo evidenziarne una, ingrandendola o rendendola più marcata rispetto alle altre che rimangono in secondo piano. Tutte queste possibilità risulteranno evidenti ed alla portata dei tecnici esperti del ramo.

Al fine di conservare traccia delle immagini acquisite e visualizzate, sono previsti nell'unità centrale 1 dei mezzi di memoria 8 indipendenti per ciascuna immagine digitale ricevuta da ciascuno strumento e/o ciascuna apparecchiatura 2a, 2b, 2c, … 2n. Questo consente poi di riprendere in un secondo tempo le immagini ed analizzarle, da sole o in combinazione tra loro.

Per rendere più funzionale il sistema oggetto della presente invenzione, l'unità centrale 1 comprende mezzi a programma, eventualmente residenti su idonea memoria nell'unità centrale 1 ed operanti tramite una idonea scheda elettronica provvista di canali di conversione analogico/digitale, per il campionamento di uno o più segnali analogici. Tali mezzi a programma sono atti rilevare i segnali provenienti dalle uscite analogiche di cui gli strumenti e/o apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n sono normalmente dotati. Ad esempio, il poligrafo è dotato di un'uscita da cui viene emesso in segnale in tensione corrispondente all'elettrocardiogramma allo stesso tempo rappresentato sul relativo monitor, come si può ben rilevare dalla figura 2, nella quale è illustrata una visualizzazione esemplificativa del monitor 7.

Questo consente il tracciamento, assieme alle immagini digitali sovrapposte, di un corrispondente grafico, che riporta dei valori analogici reali dei parametri fisiologici monitorati, permettendo di assegnare i corrispondenti valori alle immagini rappresentate che permettono una valutazione solo qualitativa.

Inoltre, sempre per dotare il sistema di maggiore funzionalità e capacità di informazione, sono previsti mezzi a programma di riconoscimento dei caratteri, atti a rilevare la rappresentazione grafica di valori numerici rappresentativi di un parametro fisiologico, che sono normalmente riprodotti all'interno delle relative immagini digitali in posizioni predefinite. Si tratta in pratica di un comune programma OCR, ossia di riconoscimento dei caratteri alfanumerici a partire dalla loro rappresentazione grafica in una matrice di pixel.

Lo scopo è quello di ricavarne un valore puntuale utilizzato singolarmente o in combinazione con altri valori, ricavati allo stesso modo da altre immagini acquisite contemporaneamente o con il valore dei segnali analogici campionati, per permettere di effettuare ulteriori valutazioni diagnostiche, anche con riferimento alla rappresentazione in sovrapposizione delle immagini relative ai vari parametri fisiologici monitorati.

Se ad esempio, in un particolare istante la pressione arteriosa assume un valore anomalo, si può fare riferimento all'immagine ecografica di quello stesso istante per ricavare, tramite il programma OCR, dal valore riportato graficamente in una data posizione, solitamente fissa, il valore puntuale corrispondente alla contrattilità della parete cardiaca, e quindi posso individuare una relazione tra la contrattilità della parete cardiaca rilevata ed il valore anomalo della pressione.

Il programma di elaborazione che gestisce le funzioni del sistema nell'unità centrale 1 comprende inoltre, vantaggiosamente, una procedura di inserimento di "marker" temporali in corrispondenza delle immagini relative ad eventi significativi di una sessione operativa. Tali marker possono essere inseriti da un operatore tramite le normali interfacce di ingresso presenti nell'unità centrale 1, ad esempio un mouse o una tastiera, sia al momento del verificarsi dell'evento significativo, sia in una successiva fase di postacquisizione. In corrispondenza di ciascun marker può essere prevista l'introduzione di una nota di commento, o possono essere introdotte misurazioni relative ai segnali analogici acquisiti in quel momento, oppure subito prima o subito dopo. I marker, e le relative note, sono anch'essi memorizzati nella memoria di massa dell'unità centrale 1.

Il programma di elaborazione comprende altresì una procedura di generazione di file video in un formato standard (ad esempio il formato .AVI), a partire dalle sequenze di immagini sovrapposte, per ogni singola sequenza di immagini acquisite o per qualsiasi combinazione dei canali di acquisizione. I file video possono quindi essere resi disponibili per l'esportazione e per la visualizzazione successiva su qualsiasi canale informatico o telematico.

Le valutazioni diagnostiche o anche solo dei suggerimenti ad esse relativi, possono anche essere formulate in modo automatico mediante idonei mezzi a programma previsti sull'unità centrale 1, in grado di analizzare e confrontare, eventualmente anche con modelli contenuti in un idoneo database presente localmente o raggiungibile in rete, i valori rappresentativi corrispondenti ai parametri fisiologici ed alle immagini digitali rilevate.

Più in generale, è possibile combinare, da parte del programma oppure dell'operatore medico, uno o più dei segnali, delle immagini o delle misure ricavate da esse o dai segnali analogici, al fine di ricavare indicazioni diagnostiche di maggiore completezza e precisione, istante per istante, utili nelle diverse situazioni.

Appare evidente come siano stati pienamente ottenuti gli scopi citati in premessa. Il sistema descritto consente di ricavare una serie di informazioni sia dai dati analogici che dalle immagini prodotte dai diversi strumenti e dalle apparecchiature presenti, per elaborarle, combinarle, riprodurle ed analizzarle in modo da poter effettuare in tempo reale delle valutazioni complessive che tengono conto di più eventi e misure.

La determinazione e la localizzazione delle cause di determinati eventi patologici assumono pertanto una precisione ed una aderenza alla realtà che non era possibile ottenere con l'analisi separata ed in tempi diversi dei vari parametri, come attuato fino ad oggi.

Si intende che il sistema descritto può essere applicato, apportando opportune variazioni che rientrano comunque nel concetto inventivo in questione, anche ad altri ambiti e settori, senza allontanarsi dallo spirito dell'invenzione.

Si intende inoltre che diverse forme di realizzazione o varianti del presente sistema rientrano nell'ambito di protezione accordato alla presente invenzione come descritta in precedenza e definita nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la raccolta, la memorizzazione e la visualizzazione sincronizzata dei segnali di uscita provenienti da un insieme di diversi strumenti ed apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n, ciascuno dei quali o delle quali comprendente o meno mezzi di visualizzazione e memorizzazione propria 3a, 3b, 3c, … 3n, di segnali analogici e/o di immagini rappresentative dell'andamento di almeno un parametro fisiologico di una persona e/o di un'immagine diagnostica di una parte del corpo o di un apparato della persona medesima, detto sistema essendo caratterizzato dal fatto di prevedere: un dispositivo derivatore di segnale video 4a, 4b, 4c, … 4n, installato nel tratto di collegamento di uscita di ciascuno di detti strumenti e di ciascuna di dette apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n con i relativi mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n; una pluralità di collegamenti 5a, 5b, 5c, … 5n, rispettivamente predisposti tra ciascun dispositivo derivatore di segnale 4a, 4b, 4c, … 4n e una unità centrale 1 di raccolta ed elaborazione dei segnali; mezzi di acquisizione video 6, predisposti in detta unità centrale 1, atti ad acquisire i segnali ricevuti e a trasformarli ciascuno in un'immagine digitale; mezzi di sincronizzazione delle diverse immagini acquisite da detti mezzi di acquisizione video 6, atti a definire per le stesse idonei riferimenti temporali; mezzi di elaborazione di dette immagini digitali, operanti in detta unità centrale 1, atti ad elaborare le stesse per ottenere corrispondenti immagini composte, nelle quali dette immagini digitali provenienti dalle citate apparecchiature 2a, 2b, 2c, ...2n sono fra loro sovrapposte parzialmente o totalmente in sincronia; ulteriori mezzi di visualizzazione 7, collegati a detta unità centrale 1, per la visualizzazione di dette immagini digitali sovrapposte.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta unità centrale 1 comprende mezzi a programma di campionamento analogico, atti rilevare le uscite analogiche non video di detti strumenti e/o apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n per consentire il tracciamento, assieme a dette immagini digitali, di un corrispondente grafico riportante valori analogici reali dei parametri fisiologici monitorati.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui sono previsti mezzi a programma di riconoscimento dei caratteri, atti a rilevare la rappresentazione grafica di valori numerici rappresentativi di un parametro fisiologico, riprodotti all'interno di una di dette immagini digitali, al fine di ricavarne un valore puntuale utilizzato singolarmente o in combinazione con altri valori.
4. 4. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui sono previsti mezzi di memoria 8 indipendenti per ciascuna immagine digitale ricevuta da ciascuno strumento e/o ciascuna apparecchiatura 2a, 2b, 2c, … 2n.
5. 5. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui sono previsti mezzi a programma in grado di effettuare una valutazione diagnostica sulla base dei valori rappresentativi corrispondenti ai parametri fisiologici ed alle immagini digitali rilevate e considerate in combinazione tra loro, parziale o totale.
6. 6. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detto insieme di diversi strumenti ed apparecchiature 2a, 2b, 2c, … 2n comprende, tra gli altri, un arco angiografico e/o un poligrafo o monitor multiparametrico, e/o uno strain-gage toracico, e/o una console ecodoppler, e/o una serie di programmatori per dispositivi medici, strumentazione di monitoraggio ed intervento anestesiologico e respiratorio.
7. 7. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui detti mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n sono costituiti ciascuno da un monitor del tipo VGA o di altro formato video, collegato ad una corrispondente uscita video di un rispettivo strumento e/o una rispettiva apparecchiatura 2a, 2b, 2c, … 2n, e detti dispositivi derivatori di segnale video analogico 4a, 4b, 4c, … 4n sono costituiti ciascuno da uno sdoppiatore del tipo VGA.
8. 8. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui almeno parte di detti mezzi di visualizzazione 3a, 3b, 3c, … 3n sono costituiti da una linea di uscita video ausiliaria, e in cui i relativi citati dispositivi derivatori di segnale video analogico 4a, 4b, 4c, … 4n verso la citata unità centrale 1 sono costituiti da corrispondenti cavi video.
9. 9. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detti mezzi di acquisizione video 6 sono costituiti da una scheda di acquisizione provvista di una pluralità di canali di ingresso video, in grado di acquisire i segnali video ricevuti e di trasformarli in corrispondenti segnali digitali.
10. 10. Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui detti ulteriori mezzi per la visualizzazione delle immagini 7 sono costituiti da un monitor collegato con od integrato in detta unità centrale 1.
11. 11. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di elaborazione operano in continuo per generare e memorizzare con frequenza prefissata sequenze delle citate immagini sovrapposte, a dette sequenze essendo altresì assegnati corrispondenti riferimenti temporali atti a definirne il tempo esatto di acquisizione.
12. 12. Sistema secondo la rivendicazione 11, in cui detti mezzi di elaborazione comprendono inoltre una procedura di generazione di file video in formato standard, atto ad essere esportato e visualizzato in contesti esterni a detto sistema.
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di elaborazione comprendono inoltre una procedura di inserimento di "marker" temporali in corrispondenza di eventi significativi di una sessione operativa, detti marker temporali essendo definibili al momento dell'acquisizione o in una successiva fase di rielaborazione.