WO2000061009A1 - Systeme d'imagerie medicale - Google Patents

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WO2000061009A1
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Marc Massoneau
Pascal Pineau
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Iôdp (S.A.R.L.)
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
    • A61B5/0013—Medical image data
    • G—PHYSICS
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    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67—ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00—Surgery
    • Y10S128/92—Computer assisted medical diagnostics
    • Y10S128/922—Computer assisted medical diagnostics including image analysis

Definitions

  • the present invention relates to the field of medical imaging. It relates more particularly to a remote ultrasound analysis system usable for example for expertise in gyneco-obstetrics.
  • Ultrasound is a specific imaging modality. The good analysis of the pathological case depends strongly on the ability of the manipulator to visualize the cutting plane allowing him to establish the diagnosis.
  • the expert is given the possibility of carrying out the examination on a block of volume data, he will be able to visualize the cutting plans necessary for the diagnosis.
  • This analysis can be done during the preparation of the coordination meeting, without any particular constraint: the data to be analyzed are accessible, can be analyzed by several experts, can be duplicated, transmitted or printed. The expert may, during the coordination meeting, show the images he has obtained and, by interactive remote manipulation on the data block, demonstrate how to view them.
  • real expertise with an efficiency at least doubled compared to sending a file composed of a few still images, and a training act, since the expert explains the way of get the relevant pictures.
  • the invention is based on the manipulation of a volume ultrasound information base.
  • the first step in the process is that of acquiring this data.
  • the invention relates to an imaging system comprising means for transmitting a digital image, an image base, a probe and a means of locating on a mannequin, as well as means of visualization of ultrasound type, characterized in that that it includes means for the recalculation of a 3D image and expertise feedback means associating videoconferencing and the possibility of manipulating 2D images remotely.
  • the invention also relates to a station for the acquisition of a 3D image, to its transfer for the production of a system characterized in that it comprises means for connecting several physical machines.
  • the workstation consists of:
  • videoconferencing means integrating an electronic card and a double video input, a color camera, a microphone and a headset.
  • the station is connected on one side to the ultrasound system and on the other to the communication network, the station comprising means for temporarily storing the data acquired from the ultrasound system, until it is sent to the expert, then used during videoconference.
  • the invention also relates to a workstation for the production of equipment, intended to receive a file to be appraised, to carry out the virtual ultrasound examination (visualization of any cutting plans from the 3D matrix), to transmit the electronic report and to animate a session of return of expertise associating videoconference and remote manipulation of the 3D matrix.
  • the workstation includes a central unit, a screen, a 3D position sensor giving the spatial positions of the virtual ultrasound probe, a videoconference kit including an electronic card and a double video input, a color camera, a microphone. and a headset, a reproduction bench, a color inkjet printer.
  • the acquisition is carried out from any ultrasound system: an acquisition station is connected to the standard video output (preferably S-VHS) and makes it possible to record the ultrasound data obtained by scans of the area to be studied.
  • a 3D position sensor positioned on the standard probe used makes it possible to record with great precision the position in space of the acquired planes, which makes it possible to construct a volume image of the area studied.
  • An original treatment treats the acquired plans and makes it possible to obtain a volume base of a high quality.
  • the acquisition of the echographic data can be done from different angles, making it possible in particular to limit the effects of the shadow cones.
  • a data acquisition protocol specific to each organ or area to be analyzed makes it possible to optimize the taking data at source. The sonographer only has to follow this protocol to be sure that he has recorded enough data to make a delayed diagnosis possible.
  • Source data can also be acquired in synchronization with physiological signals, for example ECG. This technique makes it possible to keep only ultrasound data synchronous with an instant of the cardiac cycle (case of vascular analysis).
  • volume data acquired is stored on the acquisition station in the form of a computer file, which can be transferred to the expert center by any digital channel: removable magnetic medium, local network, modem, ISDN link. .. Analysis by the expert
  • the expert having a diagnostic station compatible with the acquisition system, has tools allowing him to visualize the data received.
  • the principle of visualization is simple: a virtual probe, connected to its station, allows it to select the 2D plane to visualize in the 3D ultrasound matrix.
  • the image is displayed on a screen, in a format equivalent to that of an ultrasound system. Contrast / brightness adjustment functions, and simple annotation and measurement functions complete the interface.
  • the acquisition (collector center) and expertise stations include a video conference type function simple, a window on the screen allowing to visualize the image of his interlocutor.
  • a sound channel allows dialogue.
  • the electronic file comprising a few images and the associated comments is transmitted from the expert to the collector.
  • the expert can manipulate the 3D matrix of the ultrasound data he has analyzed, and show in parallel on his screen and on the screen of the collector center the selected cutting plans, realizing thus in real time a virtual ultrasound exploration, with high educational added value.
  • the 3D matrices being available on the 2 sites, are transmitted from one site to another only the control data making it possible to select the cutting plane to be viewed.
  • An application derived from this technology is that it is possible to record this control data, and therefore to replay the entire examination by recording a minimum of data.
  • a training system is known, centered on the trainer's station (image base, probe, location on a mannequin, ultrasound type visualization) but also including the acquisition phase of the source data.
  • the architecture of the proposed station implements the functionalities necessary for acquiring a 3D image, transferring it and including a videoconferencing subsystem. Depending on the local context, these functionalities can be supported by one or more physical machines. Indeed, depending on the organization of work in the medical structure, it may be interesting to separate or group the functions of videoconferencing interface and acquisition of ultrasound data (requiring immediate proximity to the ultrasound system).
  • the workstation is made up
  • a videoconferencing kit including a PCI card supporting the H320 standards up to 384 Kbits / s and H323 and a double video input, a color camera, a microphone and a headset.
  • the station is connected on one side to the ultrasound system and on the other to the ISDN network. It makes it possible to temporarily store the data acquired from the ultrasound system, until it is transmitted to the expert, then used during videoconference.
  • the expert's station allows you to receive a file to be appraised, to carry out a virtual ultrasound examination (visualization of any cutting plans from the 3D matrix), to transmit the electronic report and to facilitate a session of expertise feedback combining videoconferencing and remote manipulation of the 3D matrix.
  • the workstation is made up
  • a videoconferencing kit incorporating a PCI card supporting the H320 standards up to 384 Kbps and H323 and a double video input, a color camera, a microphone and a headset,
  • the stations are connected to the Numéris network.
  • the number of channels used is directly related to expected performance in terms of data transfer (ultrasound matrix and videoconference). Using 6 channels gives optimal results.

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Abstract

L'invention concerne un système d'imagerie comportant des moyens de transmission d'une image numérique, une base d'images, une sonde et un moyen de repérage sur un mannequin, ainsi que des moyens de visualisation de type échographique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le recalcul d'une image 3D et des moyens de retour d'expertise associant la visioconférence et la possibilité de manipuler des images 2D à distance.

Description

SYSTEME D'IMAGERIE MEDICALE
La présente invention concerne le domaine de l'imagerie médicale. Elle concerne plus particulièrement un système d'analyse échographique à distance utilisable par exemple pour l'expertise en gynéco-obstétrique.
Il permet de constituer une base d'information volumique sur une zone à analyser, de la transmettre vers un site dit expert, de l'analyser en reproduisant les gestes de l'exploration échographique, puis de communiquer les résultats de l'expertise lors d'un échange de type vidéoconférence amélioré.
L ' échographie est une modalité d'imagerie spécifique. La bonne analyse du cas pathologique dépend fortement de la capacité du manipulateur à visualiser le plan de coupe lui permettant d'établir le diagnostic.
Il y a souvent recours à l'avis d'un expert lorsque le premier échographiste n ' est pas parvenu à établir le diagnostic de manière définitive, et c'est souvent parce qu'il n'est pas parvenu à visualiser la ou les "bonnes" images. Ce n'est donc pas en transmettant ces images à l'expert que celui- ci pourra donner son avis avec certitude.
Par contre, si l'on donne à l'expert la possibilité de réaliser l'examen sur un bloc de données volumiques, il sera à même de visualiser les plans de coupe nécessaires au diagnostic . Cette analyse peut se faire lors de la préparation de la réunion de coordination, sans contrainte particulière : les données à analyser sont accessibles, peuvent être analysées par plusieurs experts, peuvent être dupliquées, transmises ou imprimées . L'expert pourra, lors de la réunion de coordination montrer les images qu'il aura obtenus et, par une manipulation à distance interactive sur le bloc de données, démontrer la manière de les visualiser. Il y a donc là un double bénéfice : une expertise réelle, avec une efficacité au moins doublée par rapport à l'envoi d'un dossier composé de quelques images fixes, et un acte de formation, puisque l'expert explique la manière d'obtenir les images pertinentes.
L'invention est basée sur la manipulation d'une base d'information échographique volumique. La première étape du processus est celle de l'acquisition de ces données.
L'invention concerne un système d'imagerie comportant des moyens de transmission d'une image numérique, une base d' images, une sonde et un moyen de repérage sur un mannequin, ainsi que des moyens de visualisation de type échographique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le recalcul d'une image 3D et des moyens de retour d'expertise associant la visioconférence et la possibilité de manipuler des images 2D à distance.
L ' invention concerne également une station de pour l'acquisition d'une image 3D, à son transfert pour la réalisation d'un système caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de liaison de plusieurs machines physiques.
Avantageusement, la station de travail est constituée :
• d'une unité centrale
• un écran de visualisation • une carte de digitalisation haute définition permettant d'acquérir le signal vidéo de 1 ' échographe,
• un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique,
• des moyens de visioconférence intégrant une carte électronique et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque. La station est connectée d'un côté à 1 ' échographe et de l'autre au réseau de communication, la station comportant des moyens pour stocker de manière temporaire les données acquises à partir de 1 ' échographe, jusqu'à ce qu'elles soient émises vers l'expert, puis exploitées lors de visioconférence.
L'invention concerne encore une station de travail pour la réalisation d'un équipement, destinée à recevoir un dossier à expertiser, d'effectuer l'examen virtuel échographique (visualisation de plans de coupes quelconques à partir de la matrice 3D) , de transmettre le compte-rendu électronique et d'animer une séance de retour d'expertise associant visioconférence et manipulation à distance de la matrice 3D.
De préférence, la station de travail comporte une unité centrale, un écran, un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique virtuelle, un kit de visioconférence intégrant une carte électronique et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque, un banc de reproduction, une imprimante jet d'encre couleur . L'acquisition est réalisée à partir de tout échographe : une station d'acquisition est connectée à la sortie vidéo standard (de préférence S-VHS) et permet d'enregistrer les données échographiques obtenues par des balayages de la zone à étudier. Un capteur de position 3D positionné sur la sonde standard utilisée permet d'enregistrer avec une grande précision la position dans l'espace des plans acquis, ce qui permet de construire une image en volume de la zone étudiée .
Un traitement original traite les plans acquis et permet d'obtenir une base volumique d'une grande -qualité L'acquisition des données échographiques peut se faire sous des angles différents, permettant en particulier de limiter les effets des cônes d'ombre. Un protocole d'acquisition de données propre à chaque organe, ou zone à analyser permet d'optimiser la prise des données à la source. L ' echographiste n'a qu'à suivre ce protocole pour être assuré d'avoir enregistré suffisamment de données pour rendre possible un diagnostic différé.
L'acquisition des données source peut aussi être réalisée en synchronisation avec des signaux physiologiques, par exemple l'ECG. Cette technique permet de ne conserver que des données échographiques synchrones avec un instant du cycle cardiaque (cas de l'analyse vasculaire) .
Le transfert des données Les données volumiques acquises sont stockées sur la station d'acquisition sous la forme d'un fichier informatique, qui peut être transféré vers le centre expert par tout canal numérique : support magnétique amovible, réseau local, modem, liaison RNIS ... L'analyse par l'expert
L'expert, disposant d'une station de diagnostic compatible avec le système d'acquisition, dispose d'outils lui permettant de visualiser les données reçues .
Le principe de visualisation est simple : une sonde virtuelle, connectée à sa station, lui permet de sélectionner le plan 2D à visualiser dans la matrice échographique 3D. L'image est affichée sur un écran, à un format équivalent à celui d'un échographe. Des fonctions de type réglage contraste/luminosité, et des fonctions simples d'annotation et de mesure complètent l'interface.
Lorsque l'expert visualise l'image intéressante, il peut la sauvegarder pour l'imprimer ou la transmettre. C'est ainsi qu'il constitue son dossier d'expertise.
Le retour d'expertise Les stations d'acquisition (centre collecteur) et d'expertise comportent une fonction de type vidéo-conférence simple, une fenêtre sur l'écran permettant de visualiser l'image de son interlocuteur. Un canal son permet le dialogue.
Lors de la remise des. conclusions de l'expertise, le dossier électronique comportant quelques images et les commentaires associés est transmis de l'expert au collecteur.
Ces données statiques sont celles qui ont permis d'établir le diagnostic .
En complément de ce dossier et des commentaires oraux, l'expert peut manipuler la matrice 3D des données échographiques qu'il a analysées, et faire apparaître en parallèle sur son écran et sur 1 ' écran du centre collecteur les plans de coupe sélectionnés, réalisant ainsi en temps réel une exploration échographique virtuelle, à forte valeur ajoutée pédagogique. Les matrices 3D étant disponibles sur les 2 sites, ne sont transmises d'un site à l'autre que les données de contrôle permettant de sélectionner le plan de coupe à visualiser.
Une application dérivée de cette technologie est qu'il est possible d'enregistrer ces données de contrôle, et donc de rejouer l'ensemble de l'examen en enregistrant un minimum de données .
La protection
Contexte externe
On connaît dans 1 ' art antérieur un système de formation, centré sur la station du formateur (base d'images, sonde, repérage sur un mannequin, visualisation de type échographique) mais incluant aussi la phase d'acquisition des données source .
L ' invention se différencie de 1 ' art antérieur essentiellement par le fait que :
• la prise d'images et la constitution de la matrice 3D : notion de "nouvelle image" permettant de visualiser plus de détails que ceux contenus dans une seule image 2D
• le retour d'expertise associant la visioconférence et la possibilité de manipuler des images 2D à distance : 1 ' apport en terme de qualité du rapport et de son pouvoir pédagogique est très fort.
L'architecture de la station collectrice ' architecture de la station proposée implémente les fonctionnalités nécessaires à l'acquisition d'une image 3D, à son transfert et inclus un sous-système de visioconférence. Suivant le contexte local, ces fonctionnalités peuvent être supportées par une ou plusieurs machines physiques. En effet, suivant l'organisation du travail dans la structure médicale, il peut être intéressant de séparer ou regrouper les fonctions d'interface visioconférence et d'acquisition des données échographiques (nécessitant une proximité immédiate de 1 ' échographe) .
La description suivante suppose que 1 ' ensemble des fonctions sont regroupées sur la même machine. Le poste de travail est constitué
• d'une unité centrale de type PC de configuration minimale : Pentium II 400 MHz tournant sous Windows NT, 128 Mo de mémoire, disque de 4,3 Go, Clavier, souris,
• un écran de visualisation 17 " , • une carte de digitalisation haute définition permettant d'acquérir le signal vidéo de 1 ' échographe,
• un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique,
• un kit de visioconférence intégrant une carte PCI supportant les standards H320 jusqu'à 384 Kbits/s et H323 et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque.
La station est connectée d'un côté à 1 ' échographe et de 1 ' autre au réseau RNIS . Elle permet de stocker de manière temporaire les données acquises à partir de 1 ' échographe , jusqu'à ce qu'elles soient émises vers l'expert, puis exploitées lors de visioconférence.
L'architecture de la station de l'expert
La station de 1 ' expert permet de recevoir un dossier à expertiser, d'effectuer l'examen virtuel échographique (visualisation de plans de coupes quelconques à partir de la matrice 3D) , de transmettre le compte-rendu électronique et d'animer une séance de retour d'expertise asociant visioconférence et manipulation à distance de la matrice 3D. Le poste de travail est constitué
• d'une unité centrale de type PC de configuration minimale : Pentium III 450 MHz tournant sous Windows NT, 128 Mo de mémoire, disque de 9 Go, Clavier, souris,
• un écran de visualisation 21 " , • un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique virtuelle,
• un kit de visioconférence intégrant une carte PCI supportant les standards H320 jusqu'à 384 Kbits/s et H323 et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque,
• un banc de reproduction,
• une imprimante j et d ' encre couleur . L ' interface entre les 2 stations
• Les stations sont connectées au réseau Numéris . Le nombre de canaux utilisé est directement lié aux performances attendues en terme de transfert de données (matrice échographique et visio-conférence) . L'utilisation de 6 canaux donne des résultats optimaux.

Claims

REVENDICATION
1 - Système d'imagerie comportant des moyens de transmission d'une image numérique, une base d'images, une sonde et un moyen de repérage sur un mannequin, ainsi que des moyens de visualisation de type échographique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour le recalcul d'une image 3D et des moyens de retour d'expertise associant la visioconférence et la possibilité de manipuler des images 2D à distance.
2 - Station de travail comportant des moyens pour l'acquisition d'une image 3D, des moyens de traitement de ladite image 3D dans un système conforme à la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de liaison de plusieurs machines physiques .
3 - Station de travail pour l'acquisition et le traitement d'une image 3D selon la revendication 2 caractérisée en ce qu ' elle comporte :
• d'une unité centrale • un écran de visualisation
• une carte de digitalisation haute définition permettant d'acquérir le signal vidéo de 1 ' échographe,
• un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique, • des moyens de visioconférence intégrant une carte électronique et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque.
• des moyens de connexion à un réseau de communication et à un échographe, • des moyens de stockage temporaire des données acquises à partir de 1 ' échographe, jusqu'à ce qu'elles soient émises vers l'expert, puis exploitées lors de visioconférence.
4 - Station de travail pour la réalisation d'un équipement selon la revendication 1, destinée à recevoir un dossier à expertiser, d'effectuer l'examen virtuel échographique (visualisation de plans de coupes quelconques à partir de la matrice 3D) , de transmettre le compte-rendu électronique et d'animer une séance de retour d'expertise associant visioconférence et manipulation à distance de la matrice 3D.
5 - Station de travail selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'elle comporte une unité centrale, un écran, un capteur de position 3D donnant les positions spatiales de la sonde échographique virtuelle, un kit de visioconférence intégrant une carte électronique et une double entrée vidéo, une caméra couleur, un microphone et un casque, un banc de reproduction, une imprimante.
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