ITPI20060105A1

ITPI20060105A1 - Apparecchiatura per la localizzazione automatica delle interfacce lume-intima e media-avventizia in un vaso sanguigno.

Info

Publication number: ITPI20060105A1
Application number: IT000105A
Authority: IT
Inventors: Marcello Demi; Francesco Faita; Vincenzo Gemignani
Original assignee: C N R Consiglio Naz Delle Ricerche; Esaote Spa
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-02-29
Also published as: US8131032B2; US20080051658A1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "APPARECCHIATURA PER LA LOCALIZZAZIONE AUTOMATICA DELLE INTERFACCE LUME-INTIMA E MEDIA-AVVENTIZIA IN UN VASO SANGUIGNO", a nome del CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE con sede a Roma é della ditta italiana ESAOTE S.p .A . con sede a Firenze.

Inventori designati: FAITA Francesco, GEMIGNANI Vincenzo, DEMI Marcello.

DESCRIZIONE

Ambito dell'invenzione.

La presente invenzione riguarda un'apparecchiatura per la localizzazione automatica delle interfacce lume-intima e media-avventizia in un vaso sanguigno mediante l'elaborazione dì una sua rappresentazione bidimensionale. In particolare, ma non esclusivamente, la posizione di tali interfacce può essere usata per la valutazione dello spessore intima+iiiedia e del diametro del vaso sanguigno analizzato .

Descrizione della tecnica nota.

La caratterizzazione vascolare ha assunto negli ultimi anni una grande importanza per la prevenzione e la diagnosi precoce di malattie cardiovascolari quali ipertensione, arteriosclerosi, infarto, ictus celebrale ed ischemia.

In particolare, la rigidità vascolare e l'ispessimento

Ing. Marco Celestino

A BM 'archi ’ll &lbo N. 5-H

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intima media sono risultati essere parametri molto

importanti per la valutazione dei rischio cardiovascolare. Tali parametri possono essere valutati in maniera efficace tramite una semplice indagine diagnostica quale 5 l'ecografia, ovvero utilizzando una tecnica relativamente poco costosa, non invasiva e non ionizzante.

La valutazione di tali parametri è fondamentalmente basata sull'individuazione delle interfacce lume-intima e media-avventizia nel tratto di vaso in esame,

IO Ad oggi sono state sviluppate diverse metodologie manuali, o che prevedono l'ausilio di apparecchiature automatiche, per individuare tali interfacce.

Tuttavia, i metodi basati su misure manuali si sono rivelati poco affidabili in termini di errore di misura e 15 ripetibilità. Inoltre, essi richiedono l'intervento di un operatore esperto e risultano estremamente onerosi in termini di tempo richiesto per lo svolgimento delle misure.

Nei documenti breve!;tuali numero OS 6132373 e OS 6817982B2, ad esempio, sono descritti dei metodi per 20 ricavare le interfacce lume-intima e media-avventi zia attraverso l'analisi dei valori, dì luminanza, ossia della luminosità attribuita a ciascun singolo pixel di immagini digitali ottenute con tecnica ecografica.

Entrambi i metodi si basano sul riconoscimento delle 25 varie strutture del vaso e sfruttano questa conoscenza per localizzare le interfacce lume-intima e media-avventizia.

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In entrambi i brevetti inoltre le interfacce

individuate solo allo scopo di calcolare lo spessore intima+media e non il diametro del vaso. A differenza di questi due brevetti il nostro metodo determina direttamente 5 le interfacce cercate basandosi unicamente sull'analisi di una funzione matematica derivata dalla rappresentazione bidimensionale .

Altri autori hanno proposto metodi alternativi ai precedenti per caratterizzare un vaso sanguigno. Tuttavia 10 nessuno di questi può essere ricondotto alla presente invenzione per l'uso algoritmi ed operatori matematici diversi da quelli caratterizzanti il nostro metodo.

Ad esempio, Gutierrez et al. "Automatic measurement of carotid diameter and wall thickness in ultrasound images" 15 {Computers in Cardiology, 2002, voi. 29, pp. 359-362} usano un approccio basato sulla tecnica dei contorni attivi dove le forze esterne risultano essere proporzionali al gradiente locale dell'immagine ottenuto da una analisi mult iscala.

20 Cheng et al. "Using snakes to detect thè intimai and adventitial layers of thè common carotid artery wall in sonographic images", {Computers Methods and Programs in Biomedicine, voi. 67, 2002, pp. 27-37} usano un approccio basato sul modello di "snakes" proposto da Cohen et al.

25 descritto nell'articolo scientifico "On actìve contour models and ballons" (Computer Vision Graphics Image Ing. Marco Celestino ABM ‘<'>rvetti & Marchi IboN.5-M

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Processing and Image Understanding, voi. 53, No. 2,

pp. 211-218) opportunamente modificato e con l'aggiunta di diversi nuovi vincoli ottimizzati per l'applicazione su immagini ecografiche.

Lìang et al. "A multiscale dynamic programming procedure for boundary detection in ultrasonic artery images" {IEEE Transactions on Medicai Imaging, voi. 19, No.2, 2000, pp.

127-142) usano tecniche di programmazione dinamica integrando in un'unica misura i valori di luminanza dell'immagine e di intensità del gradiente dell'immagine per ottenere la corretta posizione delle interfacce lumeintima e media-avventizia in modo semiautomatico.

Golematti et al. "Carotid artery wall motion estimated from B-mode ultrasound using region tracking and block matching" (Ultrasound in Medicine & Biology, voi. 29, No.

3, 2003, pp. 387-399} usano un approccio basato su tecniche di "region tracking" e "block matching" per stimare il movimento delle pareti di un vaso senza poter effettuare la distinzione tra la posizione delle interfacce lume-intima e media-avventizia.

Infine, P. J. Brands et al-, "An integrated System for thè non-invasive assessment of vessel wall and hemodynamic properties of large arteries by means of ultrasound", (European Journal of Ultrasound, voi. 9, 1999, pp. 257-266} eseguono l'analisi delle singole linee di vista del segnale a radiofrequenza ottenuto con tecnica ecografica (M-mode)

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applicando ad esse un algoritmo di "windbw tracking"

Sintesi dell' invenzione

È, quindi, scopo della presente invenzione fornire un' apparecchiatura per la localizzazione automatica delle 5 interfacce lume-intima e media-avventizia in un vaso sanguigno che consenta di superare gli svantaggi dei metodi di tecnica nota .

È un altro scopo della presente invenzione fornire una siffatta apparecchiatura che consenta di calcolare lo 10 spessore intima+media dì un vaso sanguigno.

È anche scopo della presente invenzione fornire una siffatta apparecchiatura che consenta di monitorare la variazione dello spessore intima+media durante il ciclo cardiaco.

15 È un ulteriore scopo particolare della presente invenzione fornire un' apparecchiatura per la localizzazione automatica delle interfacce lume-intima e media-avventizia che consenta di calcolare il diametro di un vaso sanguigno e monitorarne la variazione durante il 20 ciclo cardiaco.

Questi ed altri scopi sono ottenuti dall' apparecchiatura per la localizzazione automatica dell' interfaccia lume-infima e dell' interfaccia mediaavventìzia in un vaso sanguigno comprendente:

25 mezzi dì acquisizione di una rappresentazione bidimensionale di una sezione di detto vaso sanguigno,

Ing. Marco Celestino ΛΒΜ Agenda Brevetti & Marchi lo ali albo Al 544

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detta rappresentazione bidimensionale essendo ottenu come schermata a livelli di grigio, in detta schermata essendo delimitata una regione di interesse (ROI) che includa detta interfaccia lume-intima e 5 detta interfaccia media-avventizia di detto vaso, detta regione di interesse essendo formata da una mappa di livelli di grigio f(n,m) di detta rappresentazione, essendo n e m le coordinate di ciascun pixel di detta rappresentazione bidimensionale 10 la cui caratteristica principale è di comprendere:

mezzi di esecuzione, lungo un percorso di ricerca (i) (con i=l...N) interno a detta regione di interesse e sostanzialmente ortogonale alla parete del vaso, delle seguenti operazioni:

15 evidenziazione di punti di discontinuità mediante filtraggio dei valori f(n,m) lungo il percorso (i) e loro successiva localizzazione, individuazione lungo detto percorso di un primo punto di discontinuità Pi(i) avente 20 contrasto maggiore o uguale ad un primo valore di riferimento Si e individuazione di un secondo punto di discontinuità P2(i) avente contrasto maggiore o uguale ad un secondo valore di riferimento S2,

ripetizione della acquisizione, filtraggio ed individuazione per un numero N di percorsi di

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ricerca rettilinei nella suddetta regione

interesse CROI) :

1oca 1izzazione dell'interfaccia lume-intima tramite interpolazione dell'insieme a dei punti Piti) dei diversi percorsi di ricerca fi), - 1oca 1izzazionc· dell'interfaccia mediaavventizia tramite interpolazione dell'insieme β di detti punti Pjfì) dei diversi percorsi di ricerca <i).

In particolare, nel caso in cui la sezione del vaso sia una sezione longitudinale i percorsi di ricerca possono essere paralleli ed equispaziat i, mentre se la sezione del vaso è una sezione trasversale ì percorsi di ricerca rettilinei possono avere direzione radiale rispetto al centro del vaso e risultare ruotati di multipli di un angolo costante.

Vantaggiosamente, il primo punto dì discontinuità Pili) corrisponde al punto di discontinuità più vicino al centro C del vaso sanguigno avente contrasto maggiore o uguale al valore di riferimento Ss ed il secondo punto di discontinuità Pati) è ottenuto a partire da Pi(i) procedendo verso l'esterno del vaso, lungo il relativo percorso di ricerca i .

In particolare, la regione dì interesse £ROI) può essere una matrice rettangolare, costituita da R righe e C colonne, contenente i valori f(n,m) della rappresentazione

bidimensionale, essendo n e m le coordinate di ciascun pixel .

Vantaggiosamente, la rappresentazione bidimensionale è scelta tra:

una rappresentazione B-mode ottenuta tramite un'apparecchiatura ecografica;

l'insieme degli inviluppi dei segnali RF di un'apparecchiatura ecografica.

In particolare, l'operazione di evidenziazione e localizzazione dei punti di discontinuità può essere realizzata attraverso l'individuazione dei massimi locali della risposta dell'operatore momento centrale assoluto del primo ordine calcolato come:

essendo Θχ e 02due domini circolari aventi raggio rxed r2rispettivamente, definiti come:

dove Z rappresenta l'insieme

dei numeri interi e (k,,li) sono le coordinate di un generico punto rispetto ad un piano cartesiano con origine in (n,m), ed in cui w(ki,l;,ri) è una funzione peso con sommatoria unitaria sul dominio Θι e w(k2,l2,r2) una funzione peso con sommatoria unitaria sul dominio 02.

In tal caso, il contrasto del punto di discontinuità coincide con il valore stesso del momento centrale assoluto del primo ordine calcolato nel punto.

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Alternativamente, la suddetta operazione evidenziazione e localizzazione dei punti di discontinuità può avvenire attraverso la ricerca dei massimi locali della risposta dell'operatore gradiente di gaussiana calcolato come:

in cui gs{k,l) e gy(k,l) rappresentano le derivate di una funzione Gaussiana rispetto alle direzioni x ed y.

In tal caso, il valore del contrasto del punto di discontinuità coincide con il valore stesso del gradiente di gaussiana calcolato nel punto.

Alternativamente, la suddetta operazione dì evidenziazione e localizzazione dei punti di discontinuità può avvenire attraverso la ricerca degli attraversamenti dello zero della risposta dell'operatore lapis-ciano di gaussiana calcolato come:

in cui aKX(k,1) e gyy{k,l} rappresentano le derivate seconde di una funzione Gaussiana rispetto alle direzioni x ed y.

In tal caso, il valore del contrasto del punto dì discontinuità coincide con il valore della pendenza dell'attraversamento delio zero del laplaeiano di gaussiana.

In particolare,i suddetti valori di riferimento Si ed

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S2possono essere calcolati per ciascun percorso

ricerca (i) rispettivamente come: e Sa—THg'Cj, dove :

C«ftx è il massimo valore del contrasto dei ponti di discontinuità del percorso di ricerca i.

Ci è il valore del contrasto nel punto Piti), THi è una costante di valore compreso fra 0 e 1 e TH2 è una costante di valore prossimo ad 1.

Vantaggiosamente, è prevista, inoltre, una Operazione di scarto dei punti Piii> ai quali non corrispondono punti Pali), ossia per i quali la ricerca dei corrispondenti punti P2ÌÌÌ abbia esito negativo. In tal modo, vengono eliminati dal calcolo delle interfacce gli "outliers", ossia le misure anomale.

In particolare, per 1'eliminazione degli outliers possono essere previste le operazioni di:

- misura della distanza dei punti PiCi} appartenenti all'insieme ocdall'interfaccia lume-intima calcolata, scarto tra i punti Pi(ì) appartenenti all'insieme a di quelli aventi una distanza, dall' interfaccia lume- intima calcolata, maggiore di una determinata costante DLI, con ottenimento di un nuovo insieme ex' di punti PiCi),

- individuazione dell'interfaccia lume-intima tramite interpolazione del nuovo insieme oc', iterazione delle operazioni precedenti fino ad,

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eliminare ulteriori eventuali punti Ρχ{ί)

a' aventi una distanza, dall 'interiaccia lume-intima calcolata, maggiore di DLI.

Analogamente, nel calcolo dell'interfaccia media-avventizia possono essere previste le seguenti operazioni:

misura della distanza dei punti P2(i) appartenenti all'insieme β dall'interfaccia media-avventizia calcolata ,

scarto dei punti P2{i) aventi una distanza, dall'interfaccia media-avventìzia calcolata, maggiore di una costante DMA, con ottenimento di un nuovo insieme β',

individuazione dell'interfaccia media-avventizia tramite interpolazione del nuovo insieme β' dì punti P2(i),

iterazione delle operazioni precedenti fino ad eliminare eventuali ulteriori punti P2(i) aventi una distanza, dall'interfaccia media-avventizia calcolata, maggiore di DMA.

In particolare, 1'interpolazione dell'insieme a dei punti Pi(i} e dell'insieme β dei punti P2(i) è scelta tra:

interpolazione lineare,

interpolazione lineare a tratti,

interpolazione di ordine superiore al primo.

Il calcolo della distanza fra il generico punto Pi(i) e l'interfaccia dipende dal tipo di interpolazione

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utilizzata. Ad esempio, nel caso di interpolazione lineare può essere utilizzata la definizione di distanza fra un punto ed una retta. Mentre, nel caso di interpolazione con una curva y, può essere utilizzata la distanza minima fra 5 il punto Wi(ì) ed i punti di y.

Analogamente, per il calcolo dell'interfaccia mediaavventizia .

Vantaggiosamente, può essere prevista l'ulteriore operazione di calcolo dello spessore intima+medìa come 10 distanza fra le suddette interfacce lume-intima e mediaavventizia .

In particolare, lo spessore intima+media può essere calcolato per una sequenza dì rappresentazioni bidimensionali corrispondenti ad uno o piò cicli cardiaci.

15 In tal modo, è possibile monitorare la variazione dello spessore intima+media durante tali cicli cardiaci.

La localizzazione delle interfacce lume-intima e media-avventizia può essere utilizzata per calcolare il diametro del vaso. Infatti, se l'interfaccia lume-intima, 20 o l' interfaccia media-avventizia, viene determinata in corrispondenza di due Iati opposti della sezione del vaso, la distanza fra le due interfacce opposte lume-intima, o media-avventizia, corrisponde al diametro Interno del vaso stesso.

25 Vantaggiosamente, il diametro interno del vaso viene calcolato in una sequenza di rappresentazioni

bidimensionali corrispondenti ad uno o più cicli cardìaci.

In particolare, l'algoritmo utilizzato per il calcolo dello spessore intima+media dipende in generale dal tipo di interpolazione impiegato nei calcolo delle interfacce.

Più in dettaglio, nel caso dì interpolazione lineare, le interfacce lume-intima e media-avventizia sono individuate come due segmenti dì retta e lo spessore .intima+media può essere calcolato nel seguente modo:

calcolo del punto centrale di uno dei due segmenti,

calcolo della distanza fra tale punto centrale ed il secondo segmento.

Nel caso di interpolazione con curve, le interfacce lume-intima e media-avventizia sono individuate come due segmenti di curva e lo spessore intima+media può essere calcolato nel seguente modo:

- calcolo di una linea centrale alle due curve, determinazione di N punti equispaziati sulla suddetta linea centrale,

- calcolo della media delle distanze tra N punti di una curva e i corrispondenti N punti dell'altra curva ottenuti come intersezione di N segmenti di retta ortogonali alla linea centrale uscenti dagli N punti equispaziati determinati sulla stessa linea centrale. Secondo un altro aspetto dell'invenzione, una macchina ecografica 1'apparecchiatura come sopra

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descritta .

Breve descrizione dei disegni.

L' invenzione verrà di seguito illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzatrva, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente una possibile forma realizzativa per l'apparecchiatura, secondo l'invenzione, per la localizzazione automatica delle interfacce lume-intima e media-avventizia in un vaso sanguigno ;

- la figura 2 mostra schematicamente una sezione longitudinale di un vaso sanguigno esaminato con 1'apparecchiatura di figura 1,

- la figura 3 mostra un grafico rappresentante i valori della rappresentazione bidimensionale e la risposta del filtro passa-banda lungo un percorso di ricerca,

- la figura 4 mostra schematicamente una sezione trasversale di un vaso sanguigno esaminato con l'apparecchiatura di figura 1,

- la figura 5 mostra graficamente in dettaglio l'operazione grafica di interpolazione dei dati relativi al vaso sanguigno attraverso la quale avviene la localizzazione delle interfacce lume-intima e mediaavventizia.

Descrizione delle forme reali preferite,

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Con riferimento alla figura 1, l'apparecchiatura 100 secondo l'invenzione, per l'individuazione delle interfacce lume-intima il e media-avventizia 12 di un vaso sanguigno 1, ad esempio un'arteria carotidea, comprende 5 mezzi 40 di acquisizione di una rappresentazione bidimensionale 10 di una sezione del vaso 1. La rappresentazione bidimensionale 10 può essere una rappresentazione B-mode generata da un dispositivo ecografico 50. In alternativa, la rappresentazione 0 bidimensionale 10 può essere costituita dall'insieme degli inviluppi dei segnali RF dì un'apparecchiatura ecografica.

La sezione del vaso 1 può essere longitudinale, come mostrato in figura 1, ottenuta attraverso una sonda ecografica lineare 40 tramite indagine non invasiva, o in 5 alternativa una sezione trasversale (figura 4} ottenuta tramite una sonda ecografica intravascolare, soluzione non mostrata nelle figure.

Nelle figure 2 e 4 sono schematicamente illustrate rispettivamente una sezione longitudinale ed una sezione 0 trasversale del vaso 1. In entrambi i casi sono visìbili ì tre differenti strati concentrici sovrapposti di cui è costituito il vaso 1 e precisamente uno strato più interno, denominato intima 3, uno strato intermedio, detto media 4, ed uno strato più esterno denominato avventizia 5.

5 La rappresentazione bidimensionale 10 viene quindi inviata tramite un'uscita video analogica o digitale a

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mezzi di esecuzione €0 per essere elaborata mediante uno specifico algoritmo. In particolare, i mezzi di esecuzione 60 sono provvisti di periferiche utente, quali una tastiera 61 ed un mouse 62, che consentono di delimitare, in maniera manuale o semi - a ut orna bica sulla rappresentazione bidimensionale 10, una regione di interesse (EOI) 20 comprendente l'interfaccia 11 lumeintima e i'interfaccia 12 media-avventizia del vaso 1. La regione di interesse 20 può essere una matrice rettangolare, costituita da R righe e C colonne, contenente i valori della mappa di grigio f (n ,m) delia rappresentazione. All'interno della RQI 20 vengono quindi individuati N percórsi di ricerca 15. Questi sono dei segmenti rettilinei che vanno dall'interno all'esterno del vaso 1. Nel caso di sezione trasversale (figura 4 } ì segmenti 15 possono avere direzione radiale rispetto al centro del vaso 1 ed essere ruotati di multipli di un angolo costante. Nel caso di sezione-longitudinale (figura 2), invece, tali segmenti 15 possono essere paralleli ed equispaziati e disposti su direzioni sostanzialmente ortogonali alla parete del vaso 1. Tali percorsi 15 possono essere corrispondenti ad alcune delle colonne o delle righe della EOI 20 quando questa sia un matrice rettangolare.

Lungo ciascun percorso di ricerca 15i vengono acquisiti i valori fCn,m) della rappresentazione big. Marco Celestino

ABM tirchi N, 544

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bidimensionale, graficamente rappresentati in figura Tali valori f{n,m) vengono, quindi, sottoposti ad un'operazione di filtraggio ottenendo valori filtrati rappresentati graficamente in figura 3B. Ciò consente di evidenziare i punti di discontinuità 25 della rappresentazione bidimensionale 10.

Ad esempio, la ricerca dei punti di discontinuità 25 può essere fatta ricercando il massimo locale del risultato di un'operazione di filtraggio dei dati eseguita con un filtro passa banda. 11 filtro può essere una generalizzazione del momento assoluto del primo ordine:

o in alternativa, il modulo del gradiente di gaussiana:

Una volta individuati ì punti di discontinuità 25, ne viene calcolato il relativo valore di contrasto corrispondente al valore del momento assoluto del primo ordine, o del gradiente di gaussiana a seconda del filtro impiegato per la loro individuazione.

Alternativamente, la ricerca dei punti di discontinuità 25 può essere fatta ricercando gli attraversamenti dello zero del risultato di un'operazione dì filtraggio dei dati eseguita con un filtro derivativo del secondo ordine. 11 filtro può essere un laplaciano di gaussiana :

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Una volta individuati i punti di discontinuità 25, ne viene calcolato il relativo valore di contrasto corrispondente al valore della pendenza dell'attraversamento dello zero.

5 Una volta localizzati tutti i punti di discontinuità 25 per ciascun percorso di ricerca 15i e calcolati i corrispondenti valori di contrasto, si selezionano due punti Pi(i) e P2{i).

In particolare, Pi(i) è il punto di discontinuità 25 più interno al vaso 1 e viene individuato andando a cercare il punto di discontinuità 25 avente un contrasto maggiore o uguale di un valore di riferimento Si. Il punto Pati) viene cercato lungo il medesimo percorso di ricerca 15i procedendo a partire da Ρχ{ί) verso l'esterno del vaso 5 1 fino a trovare il primo punto di discontinuità 25 avente contrasto maggiore o uguale di un secondo valore di riferimento S2.

I valori Si ed S2possono essere due costanti predeterminate. Ad esempio Si può' essere calcolata per ciascun percorso di ricerca 15i come il prodotto fra il valore massimo (CMAX) del contrasto dei punti di discontinuità 25 del percorso di ricerca i e una costante ΤΗχ avente un valore compreso fra 0 ed 1. S2può invece essere calcolata per ciascun percorso di ricerca 15i come ìng. Marco Celestino ABM .{genzia Brevetti<& Marchi N. 544

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il prodotto fra il valore Cjdel contrasto nel punto

e una costante TH?avente un valore prossimo ad 1.

Dall' analisi degli N percorsi di ricerca si ottengono così due insiemi {a e $) di punti Pi li) e Pa ii) , 5 costituiti da, al più, M elementi ί figura 5} .

L' interfaccia 11 lume-intima è quindi ottenuta tramite l' interpolazione dell' insieme o dei punti Pj.f i) . Analogamente, 1' interfaccia media-avventizia è ottenuta tramite interpolazione dell' insieme β dei punti P2 {ì) .

10 Tale interpolazione può essere, ad esempio, un' interpolazione lineare, oppure un' interpolazione lineare a tratti od un' interpolazione di ordine superiore al primo.

Come mostrato in figura 4, una volta individuate le 15 interfacce lume-intima e media-avventizia è possibile calcolare lo spessore s intima: media come distanza fra le due interfacce . L' algoritmo utilizzato per il calcolo dello spessore intima+media del vaso 1 dipende, in generale, dal tipo dì interpolazione impiegata nel calcolo 20 delle interfacce 11 e 12 .

La localizzazione dell' interfaccia lume-intima può essere realizzata in corrispondenza di due regioni di interesse 20 e 20' disposte su lati opposti della sezione del vaso 1. Ciò può essere eseguito per calcolare il 25 diametro interno Φ< del vaso 1 che coincide con la distanza tra le interfacce opposte lume-intima 11 e 11' .

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L'apparecchiatura 100 per la localizzazione automatica dell'interfaccia lume-intima e dell'interfaccia mediaavventizia in un vaso sanguigno 1, come sopra descritta ed illustrata, può essere realizzata come un modulo integrato all'interno di una macchina ecografica nuova, oppure come un retrofit da collega re esternamente ad una macchina ecografica preesistente, o ancora può essere una scheda da inserire in macchine ecografiche nuove.

La descrizione di cui sopra di una forma esecutiva specifica è in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e adattare in varie applicazioni tale forma esecutiva specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma esecutiva esemplificata . I mezzi e ì materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

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RIVENDICAZIONI

Apparecchiatura per la loca lizzazione automatica dell'<'>interfaccia lume-intima e dell'interfaccia mediaavventizia in un vaso sanguigno comprendente: mezzi di acquisizione di una rappresentazione bidimensionale di una sezione di detto vaso sanguigno, detta rappresentazione bidimensionale essendo ottenuta come schermata a livelli di grigio, in detta schermata essendo delimitata una regione di interesse CROI) che includa detta interfaccia lume-intima e detta interfaccia media-avventizia di detto vaso, detta regione di interesse essendo formata da una mappa di livelli di grigio f(n,m} dì detta rappresentazione, essendo n e m le coordinate di ciascun pixel di detta rappresentazione bidimensionale caratterizzata dal fatto di comprendere: mezzi di esecuzione, lungo un percorso di ricerca Ci} (con 1=1.,.N) interno a detta regione di interesse e sostanzialmente ortogonale alla parete di detto vaso, delle seguenti operazioni: evidenziazione dei punti di discontinuità mediante filtraggio di detti valori lungo detto percorso {1} e loro successiva localizzazione , individuazione lungo detto percorso di un primo punto di discontinuità Piti} avente

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contrasto maggiore o uguale ad un primo valore di riferimento Si, e individuazione dì un secondo punto di discontinuità P*(i) avente contrasto maggiore o uguale ad un secondo valore di riferimento 3⁄4 , - ripetizione della acquisizione, filtraggio ed individuazione per un numero N di percorsi di ricerca rettilinei (i) nella suddetta regione di interesse (BOI) : localizzazione di detta interfaccia lume" intima tramite interpolazione dell/ insieme a di detti punti Pi<ì) dei diversi percorsi di ricerca (i)» localizzazione di detta interfaccia media -avventizia tramite interpolazione dell' insieme β di detti punti P2{i) dei diversi percorsi dì ricerca fi).
2. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detto primo punto di discontinuità Pifi) corrisponde al punto di discontinuità più vicino al centro C del vaso sanguigno avente contrasto maggiore o uguale al valore di riferimento S;, detto secondo punto di discontinuità P2(i) essendo ottenuto a partire da Pi.Ci> procedendo verso l'esterno di detto vaso lungo il relativo percorso di ricerca fi).
3 . Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui

rettangolare comprendente R righe e G colonne contenente i valori f (n,mj della rappresentazione bidimensionale . Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detta rappresentazione bidimensionale è scelta tra: una rappresentazione B-mode ottenuta tramite un' apparecchiatura ecografica, l'insieme degli inviluppi dei segnali RF di un' apparecchiatura ecografica . Apparecchiatura, secondo: la rivendicazione 1, in cui detta operazione di evidenziazione e localizzazione di detti punti di discontinuità prevede l'individuazione dei massimi locali della risposta dell'operatore momento centrale assoluto del primo ordine calcolato

come : essendo 0j e 02due domini circolari aventi raggio ri ed r2rispettivamente, definiti come: dove Z rappresenta l'insieme dei numeri interi e (ki,li) sono le coordinate di un generico punto rispetto ad un piano cartesiano con origine in fn,m), ed in cui w(ki,li,ri) è una funzione peso con sommatoria unitaria sul dominio Θχ e wM3⁄4, Ij,r2) una funzione peso con

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sommatoria unitaria sul dominio 02. 6. Apparecchiatura, secondo le rivendicazioni 1 e 5, in cui detto contrasto di detto punto di discontinuità coincide con il valore del momento centrale assoluto del primo ordine calcolato in detto punto. 7. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detta operazione di evidenziazione e localizzazione di detti punti di discontinuità avviene attraverso la ricerca dei massimi locali della risposta dell'operatore gradiente di gaussiana calcolato come:

in cui gx(k,l} e (k,1) rappresentano le derivate di una funzione Gaussiana rispetto alle direzioni x ed y. 8. Apparecchiatura, secondo le rivendicazioni 1 e 7, in cui detto contrasto di detto punto di discontinuità coincide con il valóre di detto gradiente di gaussiana calcolato in detto punto. 9. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detta operazione di evidenziazione e localizzazione di detti punti dì discontinuità avviene attraverso la ricerca degli attraversamenti dello zero della risposta dell"operatore laplaciano di gaussiana calcolato come:

in cui gKX(kil) e gn-{k,lì rappresentano le derivate

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seconde di una funzione Gaussiana rispetto alle direzioni x ed y. 10. Apparecchiatura, secondo le rivendicazioni i e 9, in cui detto contrasto di detto punto di discontinuità 5 coincide con il valore della pendenza di detto attraversamento dello zero in dettò punto. 11. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detti valori di riferimento 3χ ed S2sono calcolati per ciascun percorso di ricerca {il rispettivamente »0 come: S;-THrC3⁄4ftx eS*“THÌ-CÌ, dove: C«AXè il massimo valore del contrasto dei punti di discontinuità del percorso di ricerca i, Cj è il valore del contrasto nel punto Pi(lì, 15 - THi è una costante di valore compreso fra 0 e 1 e THj è una costante di valore prossimo ad 1. 12. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui è prevista, inoltre, una operazione di scarto dei punti Pi(i) ai quali non corrispondano punti Piti). 0 13. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui sono previste, inoltre, le operazioni di: misura della distanza dei punti Pili) appartenenti all'insieme a dall'interfaccia lume-intima calcolata, scarto tra detti punti Pj(i) di quelli aventi una 5 distanza, da detta interfaccia lume-intima calcolata, maggiore di una determinata costante OLI con

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ottenimento di un nuovo insieme a' dì punti Piti), individuazione di detta interfaccia lume-intima tramite interpolazione di detto nuovo insieme od , iterazione delie operazioni precedenti fino ad eliminare eventuali ulteriori punti P3⁄4(i) di detto nuovo insieme et aventi una distanza, da detta interfaccia lume-intima calcolata, maggiore di Dii. 14.Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui sono previste, inoltre, le operazioni di: misura della distanza dei punti P2ii) appartenenti all' insieme β dall' interfaccia media -avventi zia calcolata, scarto tra i punti Pad ) di quelli aventi una distanza, da detta interfaccia media-avventizia calcolata, maggiore di una costante DMA, con ottenimento di un nuovo insieme β' di punti P2(i), individuazione di detta interfaccia mediaavventizia tramite interpolazione di detto nuovo insieme di punti P2(i}, iterazione delle operazioni precedenti fino ad eliminare ulteriori eventuali punti Pad ) aventi una distanza, da detta interfaccia media-avventizia calcolata, maggiore di DMA. 15. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui detta interpolazione di detto insieme a di detti punti Pili) e detta interpolazione di detto insieme β di

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detti punti p2Ìi) è scelta tra: interpolazione lineare, interpolazione lineare a tratti, interpolazione di ordine superiore al primo. 16. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui è prevista l'ulteriore operazione di calcolo dello spessore ìntima·*-media, detto spessore corrispondendo alla distanza tra detta interfaccia lume-intima e detta interfaccia media-avventizia . 17. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 16, in cui detto spessore intima+media viene calcolato per una sequenza di rappresentazioni bidimensionali corrispondenti ad uno o più cicli cardiaci, per cui è possibile monitorarne la variazione durante tali cicli cardiaci -18. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, in cui è prevista l'ulteriore operazione di calcolo del diametro di detto vaso sanguigno comprendente le operazioni di: - localizzazione di detta interfaccia lume-intima, o di detta interfaccia media -avventi zia, in corrispondenza di due lati opposti di detta sezione di detto vaso, misura della distanza fra dette interfacce opposte lume-intima, o media-avventìzia. 19. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 18, in cui

detto diametro di detto vaso viene calcolato per una sequenza di rappresentazioni bidimensionali corrispondenti ad uno o più cicli cardiaci. 20. Macchina ecografica caratterizzata dal fatto di comprendere un'apparecchiatura per la localizzazione automatica dell'interfaccia lume-intima e dell'interfaccia media-avventizia in un vaso sanguigno, come da una qualsiasi delie rivendicazioni precedenti. p.p. CNR CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE ESAOTE S.p.A.