MX2014009615A - Vista ultrasonica simultanea de un volumen tridimensional de multiples direcciones. - Google Patents

Abstract

Un sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas escanea una región volumétrica de un cuerpo. Un médico define una región tridimensional de interés dentro de la región volumétrica. La región tridimensional de interés se ve desde diferentes direcciones de visualización para dar al médico una percepción de la estructura, composición, y orientación de la región de interés. La región tridimensional de interés puede verse desde direcciones de visualización en 180° en oposición entre sí, ortogonal o a un ángulo intermedio. La manipulación de una vista de la región tridimensional de interés causa que ambas vistas cambien, como si el médico estuviera manipulando ambas vistas simultáneamente en la misma forma.

Description

VISTA ULTRASONICA SIMULTANEA DE UN VOLUMEN TRIDIMENSIONAL DE MULTIPLES DIRECCIONES CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a sistemas ultrasónicos de diagnóstico médico y, en particular a sistemas para captura de imágenes ultrasónica¾ que despliegan un volumen 3D en vistas simultáneas de múltiples direcciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION · Los sistemas para captura de imágenes ultrasónicas para diagnóstico se han utilizado tradicionalmente para captura la imagen en un plano del cuerpo en tiempo real. Una sonda con un transductor de arreglo unidimensional (ID, por sus siglas en inglés) o transductor de elemento individual de barrido mecánico pueden operarse para escanear repetidamente un plano del cuerpo para producir secuencias de imágenes en tiempo real para desplegar en vivo la anatomía. Recientemente se han desarrollado arreglos de transductores bidimensionales (2D) y arreglos ID de barrido mecánico para escanear una región volumétrica del cuerpo. Tales sondas pueden utilizarse para producir imágenes tridimensionales (3D) del volumen que se está escaneando, también en tiempo real. Una técnica de presentación comúnmente utilizada para el despliegue 3D de volúmenes ultrasónicamente escaneados se denomina paralaje cinético, en Ref. 249848 donde un grupo de datos 3D del volumen se convierte en una serie de diferentes direcciones de visualización. Como el operador mueve un control en el sistema ultrasónico para cambiar la dirección de la vista, el procesador convertidor del volumen convierte el volumen en una dirección de visualización recién seleccionada y el avance de las dos diferentes direcciones da la apariencia de un volumen 3D en movimiento sobre la pantalla de presentación. Los planos individuales pueden seleccionarse de un grupo de datos tridimensionales para visualización, una técnica conocida como reconstrucción multiplanar (MPR) .

Algunas veces es deseable ver una región volumétrica de interés (ROI, por sus siglas en inglés) desde diferentes direcciones. Con un visualizador convencional esto debe hacerse visualizando la ROI desde una dirección, después cambiando o rotando la ROI 3D de tal forma que pueda verse desde la segunda dirección. Una comparación de las dos vistas debe hacerse recordando que se vio en la primera vista, después moviendo la vista a la segunda dirección y haciendo la comparación con base en la remembranza de la primera vista. Para la comparación de diferencias anatómicas sutiles, sería preferible no basare en la memorización, o mover las vistas hacia adelante y hacia atrás para tratar de hacer el diagnóstico. Sería preferible ser capaz de ver ambas vistas simultáneamente, de tal forma que el médico está viendo ambas vistas al mismo tiempo mientras hace el diagnóstico.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION De acuerdo con los principios de la presente invención, se describe un sistema de diagnóstico ultrasónico que permite a un médico ver un volumen desde múltiples perspectivas de visualización externas al mismo tiempo. Cuando el médico manipula una vista, la manipulación se aplica a la segunda vista de tal forma que ambas vistas cambian al unísono, como el médico esperaría que las vistas cambien si ambas se alteran en la misma forma. Cualquiera o ambas vistas también pueden ser cuestionadas por la visualización MPR. Un sistema de la presente invención es particularmente útil para guiar un dispositivo invasivo tal como una aguja o un catéter dentro del cuerpo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La Figura 1 ilustra en una forma de diagrama de bloque un sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas construido de acuerdo con los principios de la presente invención.

La Figura 2 muestra una ROI cúbica y dos orientaciones de visualización diferentes.

Las Figuras 3a-3d ilustran los cambios simultáneos de dos orientaciones de visualización de la ROI cúbica de la Figura 2 mediante la manipulación de una de las dos vistas.

La Figura 4 ilustra dos vistas simultáneas de la ROI cúbica de la Figura 2 desde orientaciones de visualización ortogonales.

Las Figuras 5a- 5c ilustran vistas simultáneas se diferentes direcciones de una ROI volumétrica incluyendo una válvula cardíaca.

Las Figuras 6a-6c ilustran vistas simultáneas de un procedimiento con catéter desde direcciones de visualización ortogonales .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Haciendo referencia primero a la Figura 1, se muestra un sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas construido de acuerdo con los principios de la presente invención en la forma de diagrama de bloque. Una sonda ultrasónica 10 capaz de capturar imágenes tridimensionales incluye un transductor de arreglo bidimensional 12 que transmite rayos electrónicamente dirigidos y enfocados sobre una región volumétrica y recibe rayos receptores individuales o múltiples en respuesta a cada rayo transmisor.

Los grupos de elementos transductores adyacentes referidos como "parches" o "sub-arreglos" se operan integralmente por un generador de micro-rayos (yBF, por sus siglas en inglés) en la sonda 12, que realiza la generación de rayos parciales de señales eco recibidas y por lo tanto reduce el número de conductores en el cable entre la sonda y el sistema principal. Los arreglos bidimensionales adecuados se describen en la Patente de E.U.A. 6,419,633 (Robinson y otros) y en la Patente de E.U.A. 6,368,281 (Solomon y otros). Los generadores de micro-rayos se describen en las Patentes de E.U.A. 5,997,479 (Savord y otros) y 6,013,032 (Savord) . Las características de los rayos transmitidos del arreglo se controlan por un transmisor de rayos 16, que causa que los elementos de apertura apodizados del arreglo emita un rayo enfocado del alcance deseado en una dirección deseada a través de una región volumétrica del cuerpo. Los pulsos de transmitidos se acoplan desde el transmisor de rayos 16 a los elementos del arreglo por medio de un interruptor de transmisión/recepción 14. Las señales de eco recibidas por los elementos de rayo y el generador de micro-rayos en respuesta a un rayo transmitido se acoplan a un generador de rayos del sistema 18, en donde las señales de eco parcialmente formadas por el rayo desde el generador de micro-rayos se procesen para formar rayos receptores individuales o múltiples completamente generados por los rayos en respuesta a un rayo transmitido. Un generador de rayos adecuado para este propósito se describe en la patente Savord '032 antes mencionada.

Los rayos recibidos formados por el generador de rayos 18 se acoplan a un procesador de señal 26 que realiza funciones tales como filtración y desmodulación de cuadratura. Las señales de eco de los rayos recibidos procesados se acoplan a un procesador Doppler 30 y/o un procesador en modo B 2 . El procesador Doppler 30 procesa la información del eco en las señales de información de potencia o velocidad Doppler. Para la captura de imágenes en modo B los ecos del rayo recibido se detectan como una envoltura y las señales logarítmicamente se comprimen en un intervalo dinámico adecuado por el procesador en modo B 24. Las señales de eco y Doppler de la región volumétrica escaneada se procesan para formar uno o más grupos de datos de imágenes 3D que se almacenan en una memoria temporal del grupo de datos de la imagen. Los datos de la imagen 2D pueden procesarse para desplegarse en varias formas. Una forma es producir múltiples planos 2D del volumen. Esto se describe en la patente de E.U.A. 6,443,896 (Detmer) . Tales imágenes planas de una región volumétrica se producen por un reformateo multi-planar como se conoce en la técnica. De acuerdo con la presente invención, los datos de imagen tridimensionales pueden también convertirse para formar presentaciones 3D en perspectiva o paralaje cinético mediante la conversión de los volúmenes 34 y 36. Las imágenes resultantes, que pueden estar en modo B, Doppler o ambas, como se describe en patente de E.U.A. (Schwartz) , se acoplan a un procesador de presentación 38, a partir del cual se despliegan en una pantalla de imágenes 40. El control del usuario del controlador 22 del generador de rayos, la selección de una ROI, la selección de las direcciones en las cuales la ROI se va a visualizar, y otras funciones del sistema ultrasónico son provistas a través de una interface de usuario o panel de control 20.

Un claro entendimiento de la manipulación de las vistas simultáneas de una ROI 3D puede hacer referencia a las Figuras 2-4. En estas figuras una ROI cúbica 52 localizada en una región volumétrica 50 se utiliza para claridad de ilustración. Como se ve en la Figura 2, la ROI cúbica 52 tiene una cara frontal F, una cara superior T, caras laterales SI y S2, y cara trasera (B) e inferior (Z) , las últimas no son visibles en la Figura 2. La ROI 3D 52 tiene dos pasajes que se extienden desde la cara frontal hacia la cara trasera, una dibujada como un pasaje circular 54 y la otra dibujada como un pasaje hexagonal 56. Las dos direcciones de visualización VI y V2 también se muestran en la Figura 2, que ve la ROI 3D desde el frente F y la parte posterior B, respectivamente.

Las Figuras 3a-4 muestran vistas 3D simultáneas de la ROI 3D formada por la operación simultánea del volumen rendererl y el volumen renderer2 de acuerdo con los principios de la presente invención. Las dos vistas 3D se despliegan al médico simultáneamente en la pantalla 40 como se ilustra en estas figuras. El volumen rendererl convierte la ROI 3D como una vista que mira hacia la cara frontal F y el volumen renderer2 convierte la ROI 3D como una vista que mira hacia la cara frontal B. Las direcciones de visualización utilizadas para la conversión de esta forma son opuestas entre sí en 180° . En vista de la cara frontal 62 de la Figura 3a la dirección de visualización está ligeramente hacia la derecha de y por arriba de la cara frontal de la ROI 3D de tal forma que las caras superior T y lateral SI pueden verse. Para la vista de la cara trasera 64, la dirección de visualización está ligeramente hacia la izquierda y por arriba de la cara trasera B de tal forma que las caras lateral SI y superior T también pueden verse en esta vista. La ligera variación de vistas de exactamente 180° puede utilizarse como se muestra en la Figura 3a, o ambas vistas pueden estar en exactamente 180° en oposición como se muestra en la Figura 4. Como la Figura 3a ilustra, los pasajes 54,56 que se extienden a través de la ROI 3D se ven en el lado derecho de la cara frontal F y en el lado izquierdo de la cara trasera B como un médico esperaría verlas .

En la Figura 3b el médico ha manipulado un control de la interface del usuario tal como una seguibola en el panel de control 20 o un control de teclas con funciones definidas en la pantalla de presentación para rotar la ROI 3D 62 en el lado izquierdo de la pantalla ligeramente hacia la izquierda como se indica por la flecha 67. El médico también ha manipulado un control de usuario para inclinar la ROI 3D ligeramente hacia abajo como se indica por la flecha 66 de tal manera que la cara superior T puede verse. Como el médico manipula la ROI 3D 62 de la izquierda en esta forma, la vista de la ROI 3D 64 en el lado derecho se mueve en correspondencia, cono si el médico manipulara la vista derecha para moverla en la misma forma. La vista derecha 64 desde la parte posterior de la ROI 3D rota la misma cantidad hacia la izquierda como se indica por la flecha 69 e se inclina hacia arriba en la misma cantidad (flecha 68) como la inclinación hacia la izquierda de la vista de la ROI 3D, causando que sea visible más de la cara inferior Z. De esta forma, al manipular una vista de la ROI 3D, se hacen los ajustes correspondientes a la otra vista de la ROI 3D. El médico tiene la sensación de mover una ROI 3D con los ajustes de control y ver el cambio resultante en ambas vistas de la parte frontal y trasera de la ROI 3D como si el médico estuviera viendo la misma ROI y su movimiento desde dos diferentes vistas.

La Figura 3c ilustra las vistas traseras de la ROI 3D, 62 y 64 después de que el médico ha girado la ROI hacia la derecha (como se indica por las flechas 72 y 74) e inclina la vista frontal de la ROI hacia arriba (como se indica por las flechas 70) de tal forma que la cara inferior Z es invisible. Como lo indica la figura, la vista trasera 64 se mueve en una manera correspondiente. La inclinación vertical 70 de la ROI como se ve desde la parte frontal se ve como una inclinación hacia abajo desde la parte trasera indicada por la flecha 71, causando que la cara superior T sea más visible desde la parte trasera. Ambas vistas izquierda y derecha se mueven al unísono como el médico ajusta la orientación de una de las vistas.

La Figura 3d ilustra el resultado de girar la vista izquierda para inclinar el lado derecho de la ROI 3D 62 hacia abajo. Cuando esto sucede, la vista trasera 64 de la ROI 3D se inclina hacia abajo sobre el lado izquierdo como se indica por la flecha 78. Esto es cómo el médico esperaría que se comporte la vista derecha cuando rota la vista izquierda: el lado de la cara Si se inclina hacia abajo en ambas vistas. Se puede obtener el mismo resultado inclinando la vista derecha 64 hacia abajo sobre el lado izquierdo, que causa el efecto de inclinación correspondiente del lado derecho de la vista 62 hacia abajo hacia la derecha. De esta forma, el movimiento de la ROI en una de las vistas causa el mismo movimiento de la otra vista, que se ve desde una diferente orientación de visual i zación .

La Figura 4 muestra dos vistas de una ROI 3D, con la vista izquierda 80 mirando hacia la ROI 3D desde la cara frontal F y la vista derecha 82 mirando hacia la ROI 3D desde la cara derecha Si. Como en los ejemplos previos, la manipulación de las vistas de la ROI 3D causará el mismo movimiento de la ROI 3D en la otra vista pero como se ve desde un punto de vista diferente. Las dos vistas de la ROI 3D de esta forma pueden estar a un ángulo de 180° entre sí como se muestra en las Figuras 3a- 3d, o a un ángulo de 90° entre sí como se muestra en la Figura 4, o a cualquier otro ángulo intermedio entre las vistas, por ejemplo, entre 0o y 180°.

Las Figuras 5a- 5c ilustran una aplicación clínica de un sistema ultrasónico de la presente invención. En este ejemplo un catéter 100 ha sido enroscado en un atrio 110 de un corazón en la preparación para el paso a través de una válvula mitral o tricúspide 94 y dentro de un ventrículo 112. La válvula cardíaca 90 se ve como estando acoplada a las paredes del miocardio 90 y 92 en lados opuestos del corazón. Extendiéndose desde las valvas de la válvula en el ventrículo están las cuerdas tendinosas 104, tendones de tipo cuerda que acoplan las valvas de la válvula a los músculos papilares en el ventrículo. Un sistema ultrasónico de la presente invención se utiliza para guiar el procedimiento del catéter mediante la captura de imágenes del corazón como se ilustra en la Figura 5a y definen dentro de tal región volumétrica una ROI 3D 96. Como ilustra la Figura 5a, esta ROI 3D se extiende dentro de las cámaras del corazón en ambos lados de la válvula e incluye la válvula a través de la cual el catéter 100 se va a insertar. Con la ROI 3D definida en esta forma, la ROI 3D se ve simultáneamente desde ambas, la cara en el atrio 110 y la cara en el ventrículo como se muestra en las Figuras 5b y 5c. En la vista Vi desde el atrio 110 como se muestra en la Figura 5b, el médico puede ver el catéter 100' según se acerca a las aberturas 102 entre las valvas de la válvula. En el otro lado de la válvula la vista V2 de la Figura 5c ve las aberturas 102 de las valvas de la válvula a través de la cuales el catéter pronto aparecerá, y las cuerdas tendinosas 104 se extienden hacia atrás desde las valvas de la válvula. Al visualizar la válvula 94 desde ambos lados en 3D, el médico puede guiar el catéter 100 hacia el centro de la válvula cardíaca 94, y ver su inserción a través de la válvula cardíaca como el catéter aparece en lado ventricular de la válvula 9 .

Las Figuras 6a- 6c ilustran otro ejemplo de un procedimiento clínico realizado con un sistema ultrasónico de la presente invención. En este ejemplo la ROI 3D se ve en dos direcciones de visualización ortogonales Vi y V2. En este ejemplo un catéter 120 se guía para llevar a cabo un procedimiento clínico en un punto 124 en la pared del miocardio 90 de un corazón. Una ROI 3D se delinea como se muestra por el perfil 122 en la Figura 6a, que incluye el catéter 120, el punto 124 que se va a tratar, y el lado exterior 126 de la cavidad cardíaca en donde se va a llevar a cabo el procedimiento. Esta ROI 3D 122 se ve en dos direcciones de visualización ortogonales, Vx como se muestra en la Figura 6a, y en una segunda dirección viendo dentro del plano del dibujo de la Figura 6a. La Figura 6b ilustra la ROI 3D 122 como se ve desde la dirección Vi. En esta vista el catéter 120 puede verse axialmente a lo largo de la pared 90 del miocardio y aproximándose al extremo 126 de la cavidad cardíaca en donde el catéter se localiza. La vista V2 ortogonal se muestra en la Figura 6c. En esta vista el catéter 120 se ve acercándose al punto 124 en el cual se va a realizar el procedimiento y está en una orientación aproximadamente paralela a la pared cardíaca 90. Las dos vistas ortogonales dan al médico una percepción de cómo el catéter está avanzado a lo largo de la pared cardíaca, su separación de la pared cardíaca, y cuánto más el catéter necesita extenderse para llegar al punto 124 en el cual ser llevará a cabo el procedimiento.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas caracterizado porque comprende: una sonda ultrasónica operable para escanear una región volumétrica de un cuerpo que produce señales de eco desde tres dimensiones de la región; un procesador de señal, sensible a las señales de eco de la región volumétrica, que produce un grupo de datos de imagen 3D de la región; un convertidor del volumen acoplado para recibir el grupo de datos de imagen 3D y produce dos vistas 3D, una primera vista 3D y una segunda vista 3D, de la región como si la región se viera simultáneamente desde dos diferentes direcciones de visualización; un primer control de usuario que selecciona las dos diferentes direcciones de visualización; y una pantalla, sensible la convertidor de volumen, que despliega simultáneamente las dos vistas 3D, en donde la primera y segunda vistas 3D son manipulables en la pantalla de tal forma que el movimiento de una orientación de la primera vista 3D causa el movimiento de una orientación de la segunda vista 3D.

2. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las dos diferentes direcciones de visualización además comprenden vistas de la región como se ve desde las direcciones orientadas a 180° con respecto entre sí.

3. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las dos diferentes direcciones de visualización además comprenden vistas de la región como se ve desde las direcciones orientadas a 90° con respecto entre sí.

4. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porgue las dos diferentes direcciones de visualización además comprenden vistas de la región como se ve desde direcciones orientadas a un ángulo entre 0o y 180° con respecto entre sí.

5. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un segundo control de usuario operable por un usuario para seleccionar una región 3D de interés (ROI) dentro de la región volumétrica, en donde el convertidor de volumen produce dos vistas 3D de la ROI como si la ROI se estuviera viendo simultáneamente desde diferentes direcciones de visualización.

6. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende un objeto invasivo que puede verse en la pantalla cuando se manipula en la región volumétrica; en donde la región de interés además contiene anatomía de interés, en donde el sistema se configura para visualizar el objeto invasivo moviéndose lejos de un espectador en la primera vista 3D cuando se manipula en una primera dirección con relación a la anatomía de interés, y en donde el sistema además se configura para visualizar simultáneamente el objetivo invasivo que se mueve hacia [ [a] ] el espectador en la segunda vista 3D cuando se manipula en una primera dirección con relación a la anatomía de interés.

7. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende un objeto invasivo que puede verse en la pantalla cuando se manipula en la región volumétrica; en donde la región de interés además contiene anatomía de interés, en donde el sistema se configura para visualizar el objeto invasivo que se mueve hacia o se aleja de un espectador en la primera vista 3D cuando se manipula en una primera dirección con relación a la anatomía de interés, y en donde el sistema se configura para visualizar simultáneamente el objeto invasivo que se mueve lateralmente con respecto al espectador en la segunda vista 3D cuando se manipula en una primera dirección con relación a la anatomía de interés.

8. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un tercer control de usuario, acoplado al convertidor del volumen, que es operable para cambiar la orientación de la región volumétrica como se ve desde las dos diferentes direcciones de visualización .

9. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el tercer control de usuario es operable para cambiar la orientación de la región volumétrica como se ve desde una primera de las dos diferentes direcciones de visualización, en donde la orientación de la región volumétrica como se ve desde la otra de las dos diferentes direcciones de visualización cambia correspondiendo al cambio aplicado a la primera dirección de visualización, en donde un usuario ve un solo cambio en la orientación de la región volumétrica como aparecería de dos diferentes direcciones de visualización de la región volumétrica.

10. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el sistema se configura de tal forma que un cambio en la orientación de las dos vistas 3D de la región volumétrica producido por la manipulación del tercer control de usuario se ve en tiempo real.

11. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el tercer control de usuario además es operable para inclinar las dos vistas 3D hacia arriba o hacia abajo, voltear las dos vistas 3D hacia la izquierda o derecha, o girar las dos vistas 3D en sentido horario o contra-horario .

12. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque se configura de tal forma que: cuando el tercer control de usuario se opera para inclinar una de las vistas 3D hacia arriba, la otra vista 3D se inclina hacia abajo de forma correspondiente; cuando el tercer control del usuario se opera para voltear una de las vistas 3D hacia la izquierda, la otra vista 3D se voltea a la izquierda correspondientemente; y cuando el tercer control del usuario se opera para girar una de las dos vistas 3D en sentido horario, la otra vista 3D gira en sentido contra-horario correspondientemente.

13. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el convertidor del volumen además comprende : un primer convertidor de volumen que produce una vista 3D de la región volumétrica desde una primera dirección de visualización, y un segundo convertidor de volumen que produce una vista 3D de la región volumétrica desde una segunda dirección de visualización.

14. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque las dos vistas 3D además comprenden conversiones de paralaje cinéticas

15. El sistema para captura de imágenes para diagnóstico ultrasónicas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el grupos de datos de imagen 3D además comprende datos de imagen en modo B o Doppler.