MX2008001467A

MX2008001467A - Correlacion de imagenes de ultrasonido con mediciones de posicion reguladas.

Info

Publication number: MX2008001467A
Application number: MX2008001467A
Authority: MX
Inventors: Moshe Hochmitz
Original assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2009-02-24
Also published as: US7735349B2; IL189117A; CN101249003B; EP1953564A2; US20080178654A1; BRPI0800953A; CA2619801A1; CN101249003A; EP1953564B1; JP5362227B2; JP2008259819A; ATE521906T1; HK1119780A1; IL189117A0; AU2008200421B2; EP1953564A3; AU2008200421A1; KR20080071921A; CA2619801C

Abstract

Un aparato de calibración incluye un ensamble de movimiento, el cual se encuentra dispuesto para mover una sonda de generación de imágenes a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas, la sonda de generación de imágenes incluye un transductor de ultrasonido y un sensor de posición para adquirir al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición; el aparato incluye adicionalmente un circuito de marcado, el cual se encuentra dispuesto para marcar una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración; un procesador se encuentra dispuesto para calibrar un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración.

Description

CORRELACION DE IMAGENES DE ULTRASONIDO CON MEDICIONES DE POSICION REGULADAS CAMPO TECNICO DE LA INVENCION La presente invención se refiere en general a sistemas médicos de generación de imágenes y, en particular, a la generación de imágenes que utiliza sistemas de rastreo de posición y ultrasonido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Algunos sistemas médicos de generación de imágenes rastrean la posición de una sonda, como un catéter, el cual se ajusta con un sensor de posición y un transductor ultrasónico. Las mediciones de posición de la sonda, conjuntamente con las imágenes producidas por el transductor ultrasónico, se utilizan para la generación de imágenes y/o modelado de un órgano objetivo. Un ejemplo de sistema de esta especie se describe en la Publicación de Solicitud de Patente de EUA 2006/0241445, cuya descripción se incorpora en la presente por referencia. Se conocen varios métodos y sistemas en la técnica para calibrar sondas, los cuales incluyen transductores ultrasónicos y sensores de posición. Por ejemplo, la Publicación de Solicitud de Patente de EUA 2004/0254458, cuya descripción se incorpora en la presente por referencia, describe un aparato para calibrar una sonda que comprende un transductor ultrasónico y un dispositivo de medición de posición. El aparato incluye un accesorio de prueba que comprende un objetivo ultrasónico que se encuentra dispuesto en ese sitio, en una posición conocida. Un procesador recibe una señal de posición del sensor de posición, mientras que el transductor, conjuntamente con el objetivo ultrasónico, determina la orientación de la sonda en el marco de referencia del accesorio de prueba. El procesador determina los datos calibrados de la sonda en relación con la orientación. Métodos y sistemas adicionales para calibrar sondas de ultrasonido y rastreo de posición se describen, por ejemplo, en las Patentes de EUA 6,192,735, 6,517,484 y 6,585,651 , cuyas descripciones se incorporan en la presente por referencia.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Por lo tanto, se provee, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un aparato de calibración, el cual incluye: Un ensamble de movimiento, el cual se encuentra dispuesto para mover una sonda de generación de imágenes a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas, la sonda de generación de imágenes incluyendo un transductor de ultrasonido y un sensor de posición para adquirir al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición; Un circuito de marcado, el cual se encuentra dispuesto para marcar una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia, cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración; Y un procesador, el cual se encuentra dispuesto para calibrar un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración. En algunas modalidades, la sonda de generación de imágenes incluye un electrodo que captura una señal para regular las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición, el circuito de marcado se encuentra dispuesto para marcar la señal que es capturada por el electrodo cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración y el procesador se encuentra dispuesto para calibrar un retardo de tiempo entre la señal y entre la primera y segunda secuencias utilizando la señal marcada. En una modalidad, la señal incluye una señal de electrocardiograma (ECG) y el electrodo incluye un electrodo de detección de ECG intracardiaco. En otra modalidad, el ensamble de movimiento incluye una rueda y un brazo movible, de manera que un primer extremo del brazo se conecte con la rueda y un segundo extremo del brazo se una con la sonda de generación de imágenes, mientras que la rueda se encuentra dispuesta para girar de manera que mueva la sonda de generación de imágenes a través del punto de calibración. En una modalidad descrita, el circuito de marcado incluye un emisor óptico, el cual se encuentra dispuesto parea emitir luz, y un sensor óptico, el cual se encuentra dispuesto para detectar la luz y generar una señal eléctrica que tenga capacidad de respuesta en relación con la luz detectada, conjuntamente con el emisor óptico, y el emisor óptico y el sensor óptico se encuentran unidos al ensamble de movimiento, de manera que cooperen entre sí y generen la señal eléctrica cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración, con el fin de marcar la imagen de ultrasonido con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica. En otra modalidad más, el circuito de marcado incluye un circuito de modulación, el cual se encuentra dispuesto para generar una señal de marcado ultrasónico, la cual tiene una frecuencia que puede ser detectada por el transductor de ultrasonido, con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica, así como para marcar la imagen de ultrasonido utilizando la señal de marcado ultrasónico. En otra modalidad más, el circuito de modulación incluye una bobina de inducción, la cual se localiza en la vecindad de la sonda de generación de imágenes y se encuentra dispuesta para inducir una señal de Frecuencia de Radio (RF, por sus siglas en inglés) en el transductor ultrasónico, de modo que se marque la imagen de ultrasonido.

En una modalidad descrita, el procesador se encuentra dispuesto para identificar la imagen de ultrasonido marcada comparando los valores de intensidad de las imágenes en la primera secuencia con un umbral predeterminado. En algunas modalidades, el punto de calibración incluye dos o más puntos de calibración distintos que cuentan con coordenadas conocidas, el ensamble de movimiento se encuentra dispuesto para mover la sonda de generación de imágenes a través de dos o más puntos de calibración, el circuito de marcado se encuentra dispuesto para marcar las imágenes de ultrasonido adquiridas por el transductor de ultrasonido cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en los dos o más puntos de calibración y el procesador se encuentra dispuesto para calibrar el desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando las imágenes de ultrasonido marcadas con las mediciones de posición respectivas cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas de los puntos de calibración respectivos. De forma adicional o alternativa, el ensamble de movimiento se encuentra dispuesto para mover la sonda de generación de imágenes a lo largo del punto de calibración en por lo menos dos instancias y el procesador se encuentra dispuesto para medir los valores respectivos del desfase de tiempo en las por lo menos dos instancias y para promediar los valores medidos. Adicionalmente, se provee, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un método de calibración que incluye: Operar una sonda de generación de imágenes, la cual incluye un sensor de posición y un transductor de ultrasonido, de manera que se adquieran al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido utilizando el transductor de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición utilizando el sensor de posición; Mover la sonda de generación de imágenes a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas; Marcar una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración; Y calibrar un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración. También se provee, de conformidad con una modalidad de la presente invención, un producto de software de computadora para utilizarse en un aparato de calibración, el cual incluye un ensamble de movimiento que mueve una sonda de generación de imágenes, que adquiere al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido utilizando un transductor de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición utilizando un sensor de posición, a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas e incluye, adicionalmente, un circuito de marcado, el cual marca una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración, el producto incluyendo un medio que puede ser leído por una computadora, en donde se almacenan instrucciones de programa, en donde las instrucciones, al ser leídas por la computadora, hacen que la computadora calibre un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración. La presente invención se comprenderá de manera más completa a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades de la misma, considerada en conjunto con los dibujos, en donde: BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración pictórica esquemática de un sistema para la distribución espacial y generación de imágenes cardiacas, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 2 es una ilustración pictórica esquemática de un catéter, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente elementos de un sistema para la distribución espacial y generación de imágenes cardiacas, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 4 es una ilustración pictórica esquemática de un ensamble de calibración electromecánico, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 5 es un diagrama de temporización de señal que muestra la correlación de las mediciones de posición con las imágenes de ultrasonido, de conformidad con una modalidad de la presente invención. La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para correlacionar las mediciones de posición con las imágenes de ultrasonido, de conformidad con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE MODALIDADES Generalidades Algunos procedimientos médicos de generación de imágenes utilizan generación de imágenes de ultrasonido y rastreo de posición combinados. En dichos procedimientos, una sonda intra-corporal, como un catéter, realiza la generación de imágenes de ultrasonido de un órgano objetivo utilizando un transductor de ultrasonido. En paralelo, la posición de la sonda en o en torno del órgano objetivo, es determinada utilizando un sensor de posición.

Cuando la sonda se desplaza a través de múltiples posiciones en o en torno al órgano objetivo, un subsistema de generación de imágenes de ultrasonido produce una secuencia de imágenes de ultrasonido bidimensionales (2-D), las cuales son generadas por el transductor de ultrasonido. En paralelo, un subsistema de rastreo de posición produce una secuencia de mediciones de posición, las cuales son generadas por el sensor de posición. Las mediciones de posición se utilizan entonces para determinar la ubicación y la orientación de cada una de las imágenes 2-D de ultrasonido en el espacio tridimensional (3-D) del órgano objetivo. Sin embargo, en muchos casos prácticos, la secuencia de las imágenes de ultrasonido y la secuencia de las mediciones de posición no se encuentran correlacionadas. En general, la velocidad a la que se adquieren las imágenes de ultrasonido puede ser distintas a la velocidad de las posiciones de medición y las dos secuencias pueden tener un desfase de tiempo desconocido una con respecto a la otra. Con el fin de realizar la generación de imágenes del órgano objetivo, las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición deben correlacionarse entre sí, de manera que se determine correctamente la posición (ubicación y orientación) de la sonda en el momento en que fue adquirida cada una de las imágenes de ultrasonido. Las modalidades de la presente invención proveen métodos y sistemas para correlacionar las secuencias de imágenes de ultrasonido con las posiciones de medición. En algunas modalidades, la sonda se coloca en un subsistema de calibración, el cual desplaza la sonda a través de uno o más puntos de calibración, cuyas coordenadas se conocen a priori. Por ejemplo, el subsistema de calibración puede comprender una rueda giratoria conectada con un brazo movible, en donde la sonda se une al brazo. Cuando la sonda llega a uno de los puntos de calibración, el subsistema de calibración produce una pulsación, la cual es utilizada para marcar la imagen de ultrasonido adquirida en esta posición. El subsistema de calibración comprende adicionalmente un procesador de calibración, el cual identifica las imágenes de ultrasonido marcadas y las asocia con las mediciones de posición correspondientes realizadas en los puntos de calibración. El procesador de calibración calcula el desfase de tiempo entre las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición correspondientes. El valor del desfase de tiempo calculado se almacena y utiliza para realizar la correlación entre las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición.

Descripción del sistema La figura 1 es una ilustración pictórica esquemática de un sistema 20 para la distribución espacial y generación de imágenes de un corazón 24 de un paciente, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El sistema comprende un catéter 28, el cual es insertado por un médico en una cámara del corazón a través de una vena o arteria. El médico puede controlar, colocar y orientar el extremo distal del catéter según lo desee.

El sistema 20 comprende un subsistema de rastreo de posición y un subsistema de generación de imágenes de ultrasonido. El subsistema de rastreo de posición mide las coordenadas de posición (es decir, la ubicación y orientación) del catéter 28. En algunas modalidades, por ejemplo, el subsistema de rastreo de posición comprende un sistema de rastreo de posición magnética. El sistema de rastreo de posición magnética comprende un conjunto de radiadores externos, corno las bobinas generadores de campo 30, las cuales se ubican en posiciones fijas conocidas externas al paciente. Las bobinas 30 generan campos magnéticos en la vecindad del corazón 24. Un sensor de posición ajustado al interior del catéter 28 detecta los campos magnéticos generados y produce señales de posición como respuesta a los campos detectados. Una consola 34 comprende un procesador de posicionamiento 36, el cual acepta las señales de posición del catéter 28 y calcula la ubicación y orientación del catéter con base en estas señales. En modalidades alternativas, el subsistema de posicionamiento puede comprender cualquier otro tipo adecuado de sistema de rastreo de posición, como sistemas a base de impedancia. El subsistema de generación de imágenes de ultrasonido adquiere múltiples imágenes de ultrasonido del corazón 24. Un transductor de ultrasonido ajustado en el catéter 28 adquiere las imágenes de ultrasonido, comprendiendo típicamente imágenes en forma sectorial 2-D. La consola 34 comprende un procesador de imágenes 42, el cual acepta las imágenes de ultrasonido 2-D y las utiliza para generar imágenes del corazón 24. Aquello que genera el procesador 42 se despliega en un despliegue 44. El procesador de imágenes 42 puede generar imágenes del corazón 24 en toda una serie de formas. Por ejemplo, el procesador de imágenes puede utilizar las múltiples imágenes 2-D para construir un modelo tridimensional (3-D) del corazón. El procesador de imágenes también puede proyectar las imágenes 2-D adquiridas en un espacio 3-D y presentar las imágenes proyectadas a un usuario. De manera adicional o alternativa, el procesador de imágenes puede registrar las imágenes de ultrasonido 2-D con una imagen 3-D de una modalidad diferente, como una imagen de Tomografía Computarizada (CT, por sus siglas en inglés) o de Resonancia Magnética (MRI, por sus siglas en inglés) y presentar las imágenes superpuestas al usuario. Algunos aspectos de la generación de imágenes 3-D con base en las imágenes de ultrasonido 2-D se describen, por ejemplo, en la Publicación de Solicitud de Patente de EUA 2006/0241445, citada con anterioridad. De manera adicional o alternativa, el procesador de imágenes puede realizar cualquier otro procedimiento adecuado de generación de imágenes y/o distribución espacial del corazón 24 con base en las imágenes de ultrasonido 2-D adquiridas. La figura 2 es una ilustración pictórica esquemática que muestra el extremo distal del catéter 28, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El catéter 28 comprende un transductor de ultrasonido 39, el cual comprende un conjunto de elementos de sensor 40. En una modalidad, los elementos 40 comprenden dispositivos piezoeléctricos. El transductor 39 se ubica en o adyacente a una ventana 41 , la cual define una abertura dentro del cuerpo o pared del catéter. Los elementos 40 del transductor 39 operan como un conjunto en fase, transmitiendo conjuntamente un rayo de ultrasonido desde la abertura del conjunto a través de la ventana 41. En algunas modalidades, el conjunto transmite una ráfaga corta de energía de ultrasonido y entonces cambia a un modo de recepción para recibir las señales de ultrasonido o ecos, que son reflejados desde el tejido circundante. Después de recibir los ecos de ultrasonido reflejados, las señales eléctricas basadas en los ecos reflejados son enviadas por los elementos 40 a través de los cables 33 a través del catéter 28 al procesador de imágenes 42 en la consola 34, que las transforma en imágenes de ultrasonido 2-D. Dado que algunas características del corazón cambian su forma y posición durante la contracción y relajación periódicas del corazón, los métodos de generación de imágenes realizados por el procesador de imágenes 42, frecuentemente se realizan en un tiempo particular con respecto a este periodo. Este procedimiento se denomina comúnmente regulación. Con el fin de realizar una generación de imágenes regulada, tanto las imágenes de ultrasonido como las mediciones de posición se sincronizan típicamente con una señal de electrocardiograma (ECG). La señal de ECG, también denominada señal de regulación, puede ser producida por un electrodo intracardiaco o en la superficie corporal, como un electrodo 46 ajustado en el catéter 28. En algunas modalidades, el electrodo 46 también pueden utilizarse para realizar una ablación intracardiaca con propósitos de tratamiento. Según se ha indicado anteriormente, el procesador de imágenes 42 puede realizar una generación de imágenes 3-D del corazón utilizando las imágenes de ultrasonido 2-D. Como parte de la realización de esta tarea, el procesador 42 ubica las imágenes de ultrasonido 2-D en sus ubicaciones y orientaciones respectivas en el espacio 3-D. Con el fin de posicionar adecuadamente las imágenes de ultrasonido, cada una de las imágenes de ultrasonido 2-D debe asociarse con la medición de posición producida por el catéter en el momento exacto en el que la imagen fue adquirida. Un posicionamiento inexacto de las imágenes 2-D introduciría errores y distorsión en el procedimiento de generación de imágenes 3-D. Sin embargo, en muchos casos prácticos, la secuencia de imágenes de ultrasonido generadas por el subsistema de generación de imágenes de ultrasonido y la secuencia de mediciones de posición generadas por el subsistema de posicionamiento, son asincronas y no se correlacionan entre sí. Por ejemplo, en algunos casos, el subsistema de generación de imágenes de ultrasonido comprende una unidad autónoma, como un generador de imágenes comercial, el cual se encuentra separado del subsistema de rastreo de posición. La velocidad de las mediciones de posición puede ser distinta a la velocidad de la adquisición de las imágenes de ultrasonido. Adicionalmente, el subsistema de generación de imágenes de ultrasonido y el subsistema de posicionamiento generalmente tienen distintos retardos de procesamiento. Como consecuencia de ello, la secuencia de imágenes de ultrasonido y la secuencia de mediciones de posición generalmente tienen un desfase de tiempo relativo, que no se conoce a priori. Los métodos y sistemas descritos en la presente correlacionan las imágenes de ultrasonido con las mediciones de posición correspondientes, de manera que cada imagen de ultrasonido se asocie con la medición de posición realizada en el momento en el que la imagen fue adquirida. En algunas modalidades, como cuando la secuencia de imágenes y la secuencia de mediciones de posición tienen un desfase de tiempo relativo constante, este desfase de tiempo se calcula y utiliza para correlacionar las imágenes y las mediciones de posición. En algunas modalidades, el catéter 28 comprende un electrodo de detección de ECG, como el electrodo 46. La señal de ECG intracardiaca, que es producida por el tejido cardiaco y detectada por el electrodo 46, puede también tener un cierto desfase de tiempo con respecto a las imágenes de ultrasonido y/o las mediciones de posición. En estas modalidades, una señal de marcado se inserta también en la señal de regulación producida por el electrodo de detección de ECG. Los métodos y sistemas descritos en la presente también pueden medir y calibrar el desfase de tiempo entre la señal de ECG y entre las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición, de manera que la regulación de ECG pueda realizarse de manera exacta, es decir, en la fase deseada del ciclo cardiaco.

La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente elementos del sistema 20, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El sistema 20 comprende un subsistema de calibración 50, el cual comprende un ensamble de calibración electromecánico 59 (también denominado ensamble de movimiento) y un procesador de calibración 57. Cuando se realiza la calibración, el catéter 28 se coloca en el ensamble electromecánico. El ensamble 59 mueve el catéter a través de uno o más puntos de calibración que tienen coordenadas de posición conocidas a priori. Cuando el subsistema de calibración detecta que el catéter pasa a través de uno de los puntos de calibración, éste inserta una marca distintiva en la imagen de ultrasonido que es adquirida en ese momento por el catéter. Cuando el catéter 28 comprende un electrodo de detección de ECG, una marca puede insertarse también en la señal de ECG producida por este electrodo. El procesador de calibración 57 acepta la secuencia de las mediciones de posición del procesador de posicionamiento 36 y la secuencia de imágenes de ultrasonido 2-D del procesador de imágenes 42. El procesador 57 puede aceptar también las señales de ECG producidas por el electrodo 46. El procesador de calibración asocia la imagen de ultrasonido marcada con la medición de posición que tiene las coordenadas de posición del punto de calibración en donde se adquirió la imagen. Por lo tanto, el procesador de calibración puede calcular el desfase de tiempo entre la secuencia de imágenes de ultrasonido y la secuencia de las mediciones de posición y correlacionar las dos secuencias. Cuando una secuencia de ECG se provee también, el procesador de calibración puede calcular el desfase de tiempo entre esta señal y ya sea las mediciones de posición o las imágenes de ultrasonido. En general, la exactitud del cálculo del desfase de tiempo mejora con la velocidad de las mediciones de posición y con la velocidad de las imágenes de ultrasonido. Típicamente, el procesador de calibración 57 se implementa utilizando una computadora de propósitos generales, la cual se programa en software para realizar las funciones descritas en la presente. El software puede descargarse a la computadora en forma electrónica, a través de una red, por ejemplo, o bien puede, de manera alternativa, suministrarse a la computadora en medios tangibles, como en CD-ROM. En algunas modalidades, la funcionalidad del procesador de calibración 57 puede ser realizada por el procesador de imágenes 42, por otro procesador en el subsistema de imágenes de ultrasonido, por el procesador de posicionamiento 36 o por otro procesador en el subsistema de posicionamiento. El subsistema de calibración 50 puede integrarse como parte del sistema 20 y realizar el procedimiento de calibración cuando se inicializa el sistema. De manera alternativa, el subsistema de calibración puede ser un subsistema separado, el cual se conecta al sistema 20 únicamente cuando se requiere de la calibración. El producto del subsistema 50, es decir, el valor de desfase de tiempo relativo calculado puede almacenarse en la memoria y/o suministrarse al procesador de imágenes 42 o al procesador de posicionamiento 36 utilizando cualquier interfaz adecuada. Típicamente, el subsistema 50, o por lo menos el ensamble 59, se localiza en el volumen de trabajo del subsistema de rastreo de posición, con el fin de medir las coordenadas de posición del catéter 28 durante la calibración. La figura 4 es una ilustración pictórica esquemática que muestra el ensamble electromecánico 59, de conformidad con un ejemplo de modalidad de la presente invención. En el ejemplo de modalidad de la figura 4, el ensamble 59 comprende un brazo movible (denotado con 55A y 55B cuando se ubica en dos posiciones distintas, como se explica más adelante), que se conecta con una rueda giratoria 51. El catéter 28 se une al extremo distal del brazo durante el procedimiento de calibración. Cuando la rueda 51 gira, como utilizando un motor adecuado, el brazo mueve el catéter 28 a través de múltiples posiciones. En particular, el catéter pasa a través de dos puntos de calibración o posiciones de calibración, que se denotan como "Posición A" y "Posición B" en la figura 4. Las coordenadas de posición de los puntos de calibración se miden previamente y conocen con anticipación. El brazo movible se marca como 55A cuando el catéter se encuentra en el punto de calibración A y se marca como 55B (punteado) cuando el catéter se encuentra en el punto de calibración B. Un emisor óptico, como un diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés), se monta en el perímetro de la rueda 51. El emisor óptico se muestra en dos posiciones de la figura 4: cuando el catéter se encuentra en el punto de calibración A, el emisor se marca como 52A y cuando el catéter se encuentra en el punto de calibración B, el emisor se marca como 52B (punteado). El emisor óptico emite típicamente un rayo de luz estrecho hacia afuera de la rueda. Los sensores ópticos 53 y 54 se montan de manera adyacente a la circunferencia externa de la rueda giratoria de manera que, cuando el catéter llegue al punto de calibración A, el emisor se encuentre en la posición 52A y se alinee con el sensor óptico 53. De manera similar, cuando el catéter llega al punto de calibración B, el emisor se encuentra en la posición 52B y se alinea con el sensor óptico 54. Cada uno de los sensores ópticos genera una pulsación eléctrica corta cuando es iluminado por el emisor óptico. Por lo tanto, el sensor 53 genera una pulsación cuando el catéter 28 se encuentra en el punto de calibración A, mientras que el sensor 54 genera una pulsación cuando el catéter se encuentra en el punto de calibración B. En algunas modalidades, el sensor 53 emite una pulsación positiva y el sensor 54 emite una pulsación negativa. Las pulsaciones generadas por los sensores ópticos 53 y 54 se proveen a un modulador de Frecuencia de Radio (RF, por sus siglas en inglés). El modulador 58 modula las pulsaciones generadas por los emisores en un portador de RF, cuya frecuencia se encuentra en la escala utilizada por el subsistema de generación de imágenes de ultrasonido. Las pulsaciones de RF generadas por el modulador 58 se emplean para accionar una bobina de inducción 56, que se ubica en la vecindad del catéter 28. Cuando se dispara, la bobina 56 induce una pulsación de RF que es detectada por el transductor de ultrasonido 39 del catéter 28. Como resultado de ello, la señal de video de la imagen de ultrasonido que es adquirida en ese momento por el catéter 28, se marca con una marca de calibración distinta. La magnitud de la pulsación de RF se selecciona típicamente de manera que la intensidad de la marca sea significativamente más fuerte que cualquier eco de ultrasonido de lo que pudiera ser detectado por el transductor 39. En algunas modalidades, al utilizar la generación de imágenes regulada, el modulador produce una señal adicional, la cual se utiliza para marcar la señal de regulación producida por el electrodo 46, con capacidad de respuesta en relación con las pulsaciones generadas por los sensores ópticos 53 y 54. La señal de regulación marcada se utiliza subsiguientemente por parte del procesador de calibración para calibrar el desfase de tiempo entre la señal de ECG y las imágenes de ultrasonido y/o mediciones de posición. El modulador y la bobina de inducción pueden visualizarse colectivamente como un circuito de modulación, el cual genera señales de marcado ultrasónico (v.g., pulsaciones de radiofrecuencia) con base en los productos de los sensores ópticos, así como marca las imágenes de ultrasonido utilizando estas señales de marcado. Alternativamente al uso de una bobina de inducción, el circuito de modulación puede comprender cualquier otro mecanismo adecuado, el cual produce una señal de marcado ultrasónico que puede ser detectada por el transductor de ultrasonido 39. De manera alternativa adicional, la imagen adquirida en ese momento puede marcarse añadiendo eléctricamente una pulsación de voltaje a las señales producidas por el transductor 39. En modalidades alternativas, el emisor óptico puede ser accionado con una señal de RF, de manera que las pulsaciones generadas por los sensores ópticos 53 y 54 ya se encuentren moduladas, eliminando de esta manera la necesidad de contar con el modulador 58. Típicamente, el ancho de pulsación de las pulsaciones generadas por los emisores ópticos, se selecciona para ser suficientemente estrecho, de manera que se marque únicamente una sola imagen de ultrasonido. Típicamente, el ancho de pulsación tiene varios milisegundos de duración, siendo significativamente más corto que el tiempo de adquisición de una sola imagen de ultrasonido. Como se ha indicado anteriormente, el procesador de calibración 57 acepta la secuencia de imágenes de ultrasonido y la secuencia de las mediciones de posición, que generalmente no se encuentran correlacionadas. El procesador de calibración identifica la imagen de ultrasonido en la que se insertó la marca de calibración, como comparando los valores de intensidad en las imágenes con un umbral predeterminado. El procesador de calibración localiza también, dentro de la secuencia de las mediciones de posición producidas por el subsistema de posicionamiento, una medición de posición cuyas coordenadas coincidan (v.g, sean coincidentes o sean la más cercanas) con las coordenadas del punto de calibración correspondiente. La diferencia de tiempo entre la imagen de ultrasonido marcada y entre la medición de posición tomada en el punto de calibración correspondiente, indica el desfase de tiempo entre la secuencia de imágenes de ultrasonido y la secuencia de mediciones de posición. En algunas modalidades, el procesador de calibración calcula el desfase de tiempo para cada uno de los puntos de calibración A y B y promedia el resultado. De manera alternativa, puede utilizarse únicamente un solo punto de calibración. Independientemente del número de puntos de calibración utilizados, el procesador de calibración puede mejorar la exactitud de la estimación haciendo girar la rueda 51 varias vueltas completas y utilizando las pulsaciones generadas para promediar una multiplicidad de cálculos de desfase de tiempo. El procesador de calibración almacena típicamente el desfase de tiempo estimado para utilizarse durante la operación del sistema 20. Aunque el ejemplo de modalidad de la figura 4 se refiere a un ensamble mecánico que utiliza un brazo y una rueda giratoria, los métodos y sistemas descritos en la presente pueden utilizarse con cualquier otro ensamble de movimiento adecuado que mueva el catéter 28 a través de puntos de calibración. El emisor ópticos, los sensores ópticos, el modulador y la bobina de inducción pueden visualizarse colectivamente como un circuito de marcado, el cual marca la imagen de ultrasonido adquirida en ese momento cuando el catéter se encuentra en uno de los puntos de calibración. De manera alternativa, cualquier otro método, ensamble o circuito adecuado para producir una señal de disparo cuando el catéter llega a un punto de calibración y para marcar la imagen de ultrasonido adquirida en ese momento con base en dicho disparo, puede utilizarse también. Por ejemplo, el disparo puede producirse utilizando un imán y un sensor magnético, una fuente de láser y un sensor óptico, un sensor de volumen, o bien cualquier otro mecanismo adecuado. La figura 5 es un diagrama de temporización de señal que muestra un ejemplo de procedimiento para correlacionar mediciones de posición con imágenes de ultrasonido, de conformidad con una modalidad de la presente invención. Las pulsaciones eléctricas 70 y 71 son generadas por los emisores ópticos 53 y 54 cuando el catéter 28 llega a los puntos de calibración A y B respectivamente. Las pulsaciones 72 y 73 denotan las pulsaciones de RF moduladas producidas por el modulador 58 como respuesta a las pulsaciones 70 y 71 respectivamente. Una gráfica 75 muestra la señal de video de las imágenes de ultrasonido adquiridas por el transductor 39 del catéter 28. Las imágenes de ultrasonido sucesivas son denotadas como N-1 , N, N+1 , etcétera. La señal de video de la imagen N se marca con una marca de calibración 76 con capacidad de respuesta con respecto a la pulsación 72. La marca que corresponde a la pulsación 73 no se muestra por razones de claridad. Una secuencia de medición 77 denota la secuencia de las mediciones de posición producidas por el procesador de posicionamiento 36.

Una medición de posición 78 denota la medición de posición cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración A. Una secuencia de medición 79 denota la secuencia de las imágenes de ultrasonido producidas por el procesador de imágenes 42. Como puede apreciarse, el retardo entre la adquisición de imágenes por parte del catéter 28 (gráfica 75) y entre el producto del procesador de imágenes (secuencia 79), puede tener varios ciclos de imágenes de longitud. Como se ha explicado anteriormente, el procesador de calibración 57 estima el desfase de tiempo entre la imagen marcada (imagen N) en la secuencia 79 y entre la medición de posición realizada en el punto de calibración A (medición 78). Este desfase de tiempo se denota con ?? en la figura 5. Aunque en el presente ejemplo el desfase se mide con respecto al inicio de la imagen marcada, el desfase puede medirse alternativamente con respecto al final de la imagen marcada o con respecto a cualquier otro punto de referencia en la imagen.

Descripción del método de calibración La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra esquemáticamente un método para correlacionar mediciones de posición con imágenes de ultrasonido, de conformidad con una modalidad de la presente invención. El método comienza con el ensamble 59 moviendo el catéter 28 a través de distintos puntos de calibración, en un paso de exploración de catéter 80.

Cuando el catéter llega a uno de los puntos de calibración, el emisor óptico se alinea con uno de los sensores ópticos 53 y 54. Como resultado de ello, el sensor óptico alineado con el emisor produce una pulsación, en un paso de generación de pulsación 82. El modulador 58 modula la pulsación generada por el sensor óptico, en un paso de modulación 84. La bobina de inducción 56 marca la señal de video de la imagen de video adquirida en ese momento, en un paso de marcado de imagen 85. El procedimiento de los pasos 80 a 85 anteriores puede repetirse para uno o más puntos de calibración y/o para múltiples mediciones de cada uno de los puntos de calibración. El procesador de calibración 57 identifica las imágenes marcadas en la secuencia de imágenes de ultrasonido producidas por el procesador de imágenes 42, en un paso de identificación de imagen 86. Para cada imagen marcada identificada, el procesador de calibración localiza la medición de posición, cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración en cuestión, en un paso de identificación de medición de posición 87. El procesador de calibración calcula el desfase de tiempo entre cada imagen marcada y la medición de posición correspondiente, en un paso de cálculo de desfase de tiempo 88. El procesador de calibración promedia típicamente los distintos desfases de tiempo medidos para mejorar la exactitud de la estimación. El desfase de tiempo calculado y promediado se almacena y se utiliza subsiguientemente para realizar la coordinación entre las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición durante la operación del sistema 20. Aunque las modalidades descritas en la presente abordan principalmente la calibración de un sistema de generación de imágenes a base de catéter, los principios de la presente invención pueden emplearse también para calibrar otros tipos de sondas ajustadas con sensores de posición y transductores de ultrasonido, como endoscopios. Aunque las modalidades descritas en la presente se refieren fundamentalmente a la generación de imágenes del corazón, los principios de la presente invención pueden utilizarse también para la generación de imágenes y modelado de otros órganos. Por lo tanto, se advertirá que las modalidades descritas anteriormente se citan a manera de ejemplo y que la presente invención no se limita a aquello que se ha mostrado de manera particular y descrito anteriormente en la presente. En lugar de ello, el alcance de la presente invención incluye ambas combinaciones y subcombinaciones de las distintas características descritas anteriormente en la presente, así como variaciones y modificaciones de las mismas que podrían ser derivadas por expertos en la técnica al leer la descripción anterior y que no se describen en la técnica anterior.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un aparato de calibración que comprende un ensamble de movimiento, el cual se encuentra dispuesto para mover una sonda de generación de imágenes a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas, la sonda de generación de imágenes incluyendo un transductor de ultrasonido y un sensor de posición para adquirir al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición; un circuito de marcado, el cual se encuentra dispuesto para marcar una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia, cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración; y un procesador, el cual se encuentra dispuesto para calibrar un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración.

2.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ensamble de movimiento comprende una rueda y un brazo movible, en donde un primer extremo del brazo se conecta con una rueda y un segundo extremo del brazo se une con la sonda de generación de imágenes y en donde la rueda se encuentra dispuesta para girar de manera que mueva la sonda de generación de imágenes a través del punto de calibración.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el circuito de marcado comprende un emisor óptico, el cual se encuentra dispuesto para emitir luz, y un sensor óptico, el cual se encuentra dispuesto para detectar la luz y generar una señal eléctrica con capacidad de respuesta en relación con la luz detectada, en conjunción con el emisor óptico, así como en donde el emisor óptico y el sensor óptico se unen con el ensamble de movimiento para cooperar entre sí y generar la señal eléctrica cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración, con el fin de marcar la imagen de ultrasonido con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica.

4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el circuito de marcado comprende un circuito de modulación, el cual se encuentra dispuesto para generar una señal de marcado ultrasónica, la cual tiene una frecuencia que puede ser detectada por el transductor de ultrasonido, con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica y para marcar la imagen de ultrasonido utilizando la señal de marcado ultrasónico.

5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el circuito de modulación comprende una bobina de inducción, la cual se ubica en la vecindad de la sonda de generación de imágenes y se encuentra dispuesta para inducir una señal de Frecuencia de Radio (RF, por sus siglas en inglés) en el transductor de ultrasonido, de manera que se marque la imagen de ultrasonido.

6. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el procesador se encuentra dispuesto para identificar la imagen de ultrasonido marcada comparando los valores de intensidad de las imágenes en la primera secuencia con un umbral predeterminado.

7. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el punto de calibración comprende dos o más puntos de calibración distintos que cuentan con coordenadas conocidas, en donde el ensamble de movimiento se encuentra dispuesto para mover la sonda de generación de imágenes a través de dos o más puntos de calibración, en donde el circuito de marcado se encuentra dispuesto para marcar las imágenes de ultrasonido adquiridas por el transductor de ultrasonido cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en los dos o más puntos de calibración y en donde el procesador se encuentra dispuesto para calibrar el desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando las imágenes de ultrasonido marcadas con las mediciones de posición respectivas cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas de los puntos de calibración respectivos.

8. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ensamble de movimiento se encuentra dispuesto para mover la sonda de generación de imágenes a lo largo del punto de calibración en por lo menos dos instancias y en donde el procesador se encuentra dispuesto para medir los valores respectivos del desfase de tiempo en las por lo menos dos instancias y para promediar los valores medidos.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la sonda de generación de imágenes incluye un electrodo que produce una señal de regulación para regular las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición, en donde el circuito de marcado se encuentra dispuesto para marcar la señal de regulación que es producida por el electrodo cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración y en donde el procesador se encuentra dispuesto para calibrar un retardo de tiempo entre la señal de regulación y entre la primera y segunda secuencias utilizando la señal de regulación marcada.

10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la señal de regulación comprende una señal de electrocardiograma (ECG) y en donde el electrodo comprende un electrodo de detección de ECG intracardiaco.

11. - Un método de calibración que comprende: operar una sonda de generación de imágenes, la cual incluye un sensor de posición y un transductor de ultrasonido, de manera que se adquieran al mismo tiempo una primera secuencia de imágenes de ultrasonido utilizando el transductor de ultrasonido y una segunda secuencia de mediciones de posición utilizando el sensor de posición; mover la sonda de generación de imágenes a través de un punto de calibración que tiene coordenadas conocidas; marcar una imagen de ultrasonido que es adquirida por el transductor de ultrasonido en la primera secuencia cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración; y calibrar un desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias asociando la imagen de ultrasonido marcada en la primera secuencia con una medición de posición en la segunda secuencia cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas del punto de calibración.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende insertar la sonda de generación de imágenes en un órgano de un paciente y generar imágenes del órgano asociando por lo menos algunas de las imágenes de ultrasonido en la primera secuencia con las mediciones de posición respectivas en la segunda secuencia.

13.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque mover la sonda de generación de imágenes comprende unir la sonda de generación de imágenes con un primer extremo de un brazo movible cuyo segundo extremo se conecta con una rueda y hacer girar la rueda de manera que se desplace la sonda de generación de imágenes a través del punto de calibración.

14.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque marcar la imagen de ultrasonido comprende posicionar un emisor óptico, el cual emite luz, y un sensor óptico, el cual detecta la luz y genera una señal eléctrica con capacidad de respuesta en relación con la luz detectada, cuando funciona conjuntamente con el emisor óptico, para cooperar entre sí y generar la señal eléctrica cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración, así como marcar la imagen de ultrasonido con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica.

15. - El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque marcar la imagen de ultrasonido comprende generar una señal de marcado ultrasónico, la cual tiene una frecuencia que puede ser detectada por el transductor de ultrasonido, con capacidad de respuesta en relación con la señal eléctrica, así como marcar la imagen de ultrasonido utilizando la señal de marcado ultrasónico.

16. - El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque marcar la imagen de ultrasonido utilizando la señal de marcado ultrasónico comprende inducir una señal de Frecuencia de Radio (RF, por sus siglas en inglés) en el transductor de ultrasonido utilizando una bobina de inducción, la cual se localiza en la vecindad de la sonda de generación de imágenes.

17. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque calibrar el desfase de tiempo comprende identificar la imagen de ultrasonido marcada comparando los valores de intensidad de las imágenes en la primera secuencia con un umbral predeterminado.

18. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque mover la sonda de generación de imágenes comprende mover la sonda a través de dos o más puntos de calibración distintos que tienen coordenadas conocidas, en donde marcar la imagen de ultrasonido comprende marcar las imágenes de ultrasonido adquiridas por el transductor de ultrasonido cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en los dos o más puntos de calibración y en donde calibrar el desfase de tiempo entre la primera y segunda secuencias comprende asociar las imágenes de ultrasonido marcadas con las mediciones de posición respectivas cuyas coordenadas coinciden con las coordenadas de los puntos de calibración respectivos.

19. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque mover la sonda de generación de imágenes comprende cruzar el punto de calibración en por lo menos dos instancias y en donde calibrar el desfase de tiempo comprende medir los valores del desfase de tiempo en las por lo menos dos instancias y promediar los valores medidos.

20. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la sonda de generación de imágenes incluye un electrodo que produce una señal de regulación para regular las imágenes de ultrasonido y las mediciones de posición y comprende marcar la señal de regulación que es producida por el electrodo cuando la sonda de generación de imágenes se encuentra en el punto de calibración, así como calibrar un retardo de tiempo entre la señal de regulación y entre la primera y segunda secuencias utilizando la señal de regulación marcada.

21.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la señal de regulación comprende una señal de electrocardiograma (ECG) y en donde el electrodo comprende un electrodo de detección de ECG intracardiaco.