WO2014071482A1

WO2014071482A1 - Método e aparato para simplificar informações obtidas através de tomografia por impedância elétrica

Info

Publication number: WO2014071482A1
Application number: PCT/BR2013/000464
Authority: WO
Inventors: Rafael Holzhacker
Original assignee: Timpel S.A.
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-05-15
Also published as: EP2918226A4; BR102012028367B1; US9639928B2; EP2918226A1; CN105025786A; CN105025786B; BR102012028367A2; US20150287186A1

Abstract

Método e aparato para simplificar informações obtidas através de tomografia por impedância elétrica, dito método compreendendo as etapas de aquisição de dados através de impedância elétrica e seu respectivo processamento; aplicação de pelo menos um algoritmo para detectar condições, tendências ou eventos específicos de modo a permitir a definição de pelo menos uma região de interesse, bem como a geração de uma imagem, incluindo ao menos tal região, a qual pode ser pré-definida ou definida pelo usuário. A representação gráfica da região de interesse pode ser obtida mediante o uso de uma cor, uma textura, uma figura, um contorno, etc. Os dados processados podem consistir dos valores de impedância ou dados derivados destes.

Description

MÉTODO E APARATO PARA SIMPLIFICAR INFORMAÇÕES OBTIDAS ATRAVÉS DE TOMOGRAFIA POR IMPEDÂNCIA ELÉTRICA

CAMPO DA INVENÇÃO

Refere-se a presente invenção ao campo da tomografia por impedância elétrica (EIT) e, mais particularmente, ao tratamento das imagens para torná-las mais simples de serem interpretadas.

ESTADO DA TÉCNICA

A tomografia por impedância elétrica (EIT) é uma técnica de obtenção de imagens que se baseia na aplicação, à superfície do corpo do paciente, de sinais elétricos alternados com frequências entre 10kHz e 2,5MHz. Os equipamentos utilizados para tal finalidade compreendem uma pluralidade de eletrodos posicionados em contato com a pele, os quais são conectados, por meio de condutores elétricos, a uma unidade processadora que produz o referido sinal. O método utilizado compreende uma pluralidade de etapas em cada uma das quais um par de eletrodos é selecionado para injeção do referido sinal, enquanto são medidas as tensões induzidas, que são captadas pelos eletrodos não selecionados. Nas etapas seguintes selecionam-se outros pares de eletrodos para injeção do sinal, prosseguindo-se a sequência até terem sido selecionados todos os eletrodos do equipamento, completando-se um ciclo de exploração. As tensões induzidas que foram captadas pelos eletrodos são submetidas a tratamento por software específico, permitindo a geração de imagens que representam os fenómenos de ventilação e perfusão no corpo de interesse.

Uma das grandes vantagens da Tomografia por Impedância Elétrica com relação à pneumotacógrafos, por exemplo, é que por gerar imagens, a EIT permite que o usuário tenha informações regionais do corpo estudado.

De acordo com as técnicas conhecidas, entretanto, as imagens são mostradas em sua maior resolução possível, onde cada pixel possui seu valor de impedância correspondente. Algoritmos para filtrar ruídos e tornar a imagem mais agradável são usados, mas sempre buscando determinar o valor de cada pixel para que seja mostrado na imagem.

Apesar de esforços no desenvolvimento de equipamentos de EIT cada vez mais precisos, um grande desafio continua a ser a facilidade com que a informação gerada por este equipamento é interpretada e usada pelos usuários. Mesmo médicos e fisioterapeutas treinados têm dificuldade em interpretar tais imagens. Este é um limitante para o uso da tecnologia, que, se amplamente adotada, permitiria que houvesse um aumento significativo na sobrevida dos pacientes, por permitir o ajuste de parâmetros ventilatórios e hemodinâmicos e manobras adequadas.

O documento de patente US7435226 intitulado METHOD AND APP ARATUS FOR DISPLAYING INFORMATION OBTAINED BY ELECTRICAL IMPEDANCE TOMOGRAPHY DATA descreve diversos modos de tela e sugere gráficos e valores numéricos como formas de redução de dados para auxiliar a interpretação de imagens. Os dados que foram usados para gerar as imagens são processados de forma distinta para que ditos gráficos e valores numéricos sejam calculados e mostrados.

A tentativa de mostrar a informação da imagem em formato gráfico ou numérico é valida, mas ela não melhora a própria imagem que, como dito, é a principal vantagem da EIT. Ao contrário, construção e múltiplos gráficos, um para cada região de interesse, implica em mais um nível de dificuldade para o usuário, ao invés de facilitar seu esforço cognitivo para interpretação das imagens. Isto se torna ainda mais importante em casos onde há limitação do espaço de tela reservado aos dados do EIT, como é o caso por exemplo de módulos de EIT que utilizam a tela de um equipamento já instalado na UTI, como um monitor ou ventilador, por exemplo.

O documento de patente US2009/0024008 intitulado METHOD AND A DEVICE FOR SIMPLIFYING DIAGNOSTIC ASSESSMENT OF A MECHANICALLY VENTILATED PATIENT, requer que parâmetros de diversas origens sejam adquiridos, e a partir deles constrói uma ilustração do pulmão, que é aumentada ou diminuída dependendo do volume e instante da ventilação.

A ilustração do pulmão visa dar ao usuário uma visão qualitativa dos parâmetros fisiológicos adquiridos. Mesmo que aparente ser, à primeira vista, uma idéia interessante, esta tecnologia resulta na criação de novos elementos gráficos (imagem) a partir de valores numéricos, exigindo dos usuários que prestem atenção a estes dois tipos de representação.

A publicação WO2012007425 intitulada METHOD AND APP ARATUS FOR TIME-BASED ANALYSIS OF ELECTRIC AL IMPEDANCE TOMOGRAPHY DATA descreve um método e aparelho, em que uma imagem de EIT é composta por um ou por uma pluralidade de pixels que representam um determinado valor de impedância ou mesmo um determinado valor de PAT {Pulse Arrival Time) calculado para o pixel ou conjunto de pixels. Dado que uma pluralidade de pixels possui o mesmo valor subjacente, é natural que este conjunto seja representado de uma mesma forma. Mas isso não resolve o problema de simplificar a representação gráfica da imagem, utilizando um conjunto de pixels com valores de impedância distintos, representados de uma maneira uniforme, dependendo de uma condição, evento ou tendência identificado na região composto por este conjunto de pixels.

O documento de patente US20120228143 intitulado APP ARATUS AND METHOD TO DETERMINE FUNCTIONAL LUNG CHARACTERISTICS descreve um aparelho e um método para determinar a característica funcional do pulmão, através de Tomografia por Impedância Elétrica. A partir de regiões de interesse, é calculada, para cada região, a razão entre a impedância nessa região e impedância global, resultando em gráficos e índices para representarem essas razões. O documento não prevê que tais índices sejam representados na própria imagem através de uma representação uniforme para a região de interesse. Ao contrário, são previstos índices numéricos e gráficos que não melhoram a própria imagem, implicando em mais um nível de dificuldade para o usuário.

Resulta evidente, portanto, que as técnicas conhecidas não propiciam uma simplificação da imagem, deixando de criar maneiras adicionais de representar ou reduzir a informação.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

Em vista do exposto, tem a presente invenção o objetivo de prover um método e um aparato que simplifique a interpretação das imagens obtidas através de tomografia por impedância elétrica pelo usuário, tornando esta tecnologia mais eficaz e passível de ser popularizada. Outro objetivo consiste no provimento de um método e um aparato para a determinação das regiões de interesse.

Mais outro objetivo consiste no provimento de um método e um aparato para prover representações gráficas na própria imagem para cada região de interesse, capazes de indicar múltiplas condições, eventos e tendências dessas regiões.

Mais outro objetivo consiste no provimento de um método e um aparato para sugerir condutas destinadas a corrigir anomalias ou desvios identificados nas regiões de interesse.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO

Os objetivos acima, bem como outros, são atingidos pela invenção mediante um método que compreende as seguintes etapas:

• Aquisição de dados através de impedância elétrica;

• Processamento dos dados;

• Aplicação de pelo menos um algoritmo para detectar condições, tendências ou eventos específicos;

• Definição de pelo menos uma região de interesse, compreendendo o conjunto de dois ou mais pixels tendo em comum uma determinada condição, evento ou tendência.

De acordo com outra característica da invenção, o método compreende as seguintes etapas adicionais:

• Definição de ao menos uma representação gráfica para dito ao menos um conjunto de dois ou mais pixels que configuram uma região de interesse (RI);

• Geração da imagem, incluindo ao menos uma região de interesse com sua respectiva representação.

De acordo com outra característica da invenção, ditas etapas básicas são repetitivamente executadas ao longo do tempo. De acordo com outra característica da invenção, ao menos uma região de interesse pode ser definida automaticamente ao se processar os dados.

De acordo com outra característica da invenção, ao menos uma região de interesse pode ser pré-definida.

De acordo com outra característica da invenção, ao menos uma região de interesse pode ser definida pelo usuário.

De acordo com outra característica da invenção, ao menos uma região de interesse pode ser modificada ao longo do tempo.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica de condições, situações de perigo ou tendências numa região de interesse pode ser feita através do uso de uma cor.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica de condições, situações de perigo ou tendências numa região de interesse pode ser feita através do uso de uma textura, como por exemplo quadriculado, listrado, linhas com espessuras distintas, etc.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica de condições, situações de perigo ou tendências numa região de interesse pode ser feita através do uso de uma figura, compreendendo, entre outros, elipse, seta, alvéolo colabado, hiperdistendido, artéria bloqueada, sinal de trânsito.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica da região de interesse pode indicar a predominância de uma certa condição na dita região, compreendendo, entre outras, atelectasia, hiperdistenção, recrutamento tardio, ventilação em contra-fase, shunt pulmonar (perfusão com ausência de ventilação), espaço morto (ventilação com ausência de perfusão), padrão dinâmico de ventilação anormal, distribuição anormal de ventilação, anatomia anormal, hipertensão pulmonar, estado volêmico, resistência pulmonar, complacência pulmonar.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica da região de interesse pode indicar a ocorrência de um evento na dita região de interesse, compreendendo, entre outros, pneumotórax, bloqueio, intubação seletiva. De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica da região de interesse pode indicar uma tendência na dita região de interesse, como por exemplo um crescente colapso alveolar.

De acordo com outra característica da invenção, uma região de interesse é representada de maneira uniforme, mesmo englobando pixels com valores de impedância distintos.

De acordo com outra característica da invenção, a representação gráfica da região de interesse pode indicar uma sugestão de conduta, compreendendo, entre outras, manobra de recrutamento alveolar, necessidade de hidratação do paciente, sugestão de ajuste do ventilador artificial, início ou fim de uma manobra de desmame.

De acordo com outra característica da invenção, a região de interesse pode ser caracterizada através da combinação de duas ou mais representações gráficas, que podem ser sobrepostas e exibidas simultaneamente, exibidas de forma alternada ou exibidas em ordem de prioridade.

De acordo com outra característica da invenção, o aparato proposto compreende um equipamento de tomografia por impedância, que possui meios para realizar a aquisição do sinal de impedância, meios para processar os dados adquiridos, meios de processamento para definir representações gráficas para regiões de interesse compostas por dois ou mais pixels e meios para gerar imagens, incluindo ao menos uma região de interesse com sua respectiva representação.

De acordo com outra característica da invenção, o aparato proposto pode compreender meios de processamento para definir automaticamente regiões de interesse, armazenar regiões de interesse pré-definidas e de interface com usuários que permitam definir regiões de interesse.

De acordo com outra característica da invenção, o aparato proposto pode compreender interfaces de usuário para exibir, gravar, imprimir e/ou para transmitir os dados e as imagens geradas. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As demais características e vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes mediante a descrição de uma concretização preferida, dada como exemplo e não num sentido de limitação, e das figuras que a ela se referem, nas quais:

A Figura 1 ilustra, de maneira esquemática, imagens exibidas pelos aparelhos de EIT, de acordo com o estado da técnica. As imagens são mostradas em sua maior resolução, onde o valor de cada pixel é calculado e exibido de acordo com um padrão pré-defínido de cores.

A Figura 2 ilustra, de maneira esquemática, que, de acordo om o estado da técnica, gráficos e outras formas de redução de informação são extraídas dos mesmos dados que geram imagem. São muitas vezes mostrados lado a lado com a imagem, mas não simplificam a imagem em si.

A Figura 3 ilustra, de maneira esquemática, o conceito de regiões de interesse (RI), segundo a técnica conhecida. Nessa figura, os círculos delimitam as três regiões de interesse selecionadas, e a partir destas áreas são construídos gráficos e extraídos valores numéricos.

A Figura 4 ilustra, de maneira esquemática e de acordo com a técnica conhecida, regiões de interesse definidas a partir de uma imagem gerada por EIT. Para cada região de interesse, gráficos e valores numéricos são usados como formas de redução da informação para auxiliar a interpretação de imagens. Esta abordagem, entretanto, implica em mais um nível de dificuldade para o usuário por acrescentar mais um nível em seu processo cognitivo para interpretar a informação.

A Figura 5-b ilustra, de maneira esquemática, a definição de regiões de interesse que contém um conjunto dois ou mais pixels. Também são determinadas representações gráficas para cada região de interesse, que indicam o predomínio de uma condição nesta região, como por exemplo colapso na parte posterior e hiperdistenção na parte anterior do pulmão. Uma imagem correspondente de EIT tradicional é mostrada na Figura 5 -a para enfatizar a maior facilidade de se interpretar a imagem através do uso da presente invenção.

A Figura 6 ilustra, de maneira esquemática, regiões de interesse e suas respectivas representações, que indicam a ocorrência de um evento de intubação seletiva em dita região (Figura 6-b). Uma imagem correspondente de EIT tradicional é mostrada na Figura 6-a para enfatizar a maior facilidade de se interpretar a imagem através do uso da presente invenção.

A Figura 7-b ilustra, de maneira esquemática, regiões de interesse e suas respectivas representações, que indicam a ocorrência de um evento de pneumotórax em uma região. Uma imagem correspondente de EIT tradicional é mostrada na Figura 7-a para enfatizar a maior facilidade de se interpretar a imagem através do uso da presente invenção.

A Figura 8 ilustra, de maneira esquemática, a combinação de representações de ventilação e de hemodinâmica para uma mesma região. Ao invés de simplesmente sobrepor as imagens ou exibi-las lado a lado como ilustrado na Figura 8-a, é usada uma textura quadriculada sobreposta a uma cor, em cada uma das regiões de interesse, segundo a Figura 8-b.

A Figura 9 ilustra, de maneira esquemática, um fluxograma com as etapas básicas do método.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Nos casos que exigem uma pronta intervenção da equipe médica, verificou-se que há um beneficio do ponto de vista de interpretação e atuação se houver uma simplificação das imagens.

Desse modo, além da indicação de uma condição patológica através de uma determinada cor ou textura, o aparato da invenção pode fornecer indicações do que deve ser feito para que a região afetada volte a ser apresentada com a cor considerada normal.

De acordo com a presente invenção, o aparato de EIT possui algoritmos que identificam, por exemplo, os pixels cujos respectivos alvéolos estão colabando, causando atelectasia. Ao invés de exibir imagem pixel a pixel, representando da forma mais fiel possível o estado de aeração (ou de perfusão) de determinado alvéolo, se processa a imagem de forma que ela indique uma condição preponderante de determinadas regiões de interesse, tal como exemplificado na Fig. 5-b, ficando mais simples a identificação da conduta a ser adotada, e consequentemente a verificação se tal conduta clinica foi efetiva. Por oportuno, deve-se ressaltar que uma região de interesse pode conter pixels com diferentes valores de impedância, sendo a região de interesse definida, nesse caso, por outra condição considerada preponderante e/ou prioritária.

Diversas condições, eventos significativos e tendências podem ocorrer em uma dada região simultaneamente. A invenção prevê que cada região possa ser mostrada de forma a indicar simultaneamente suas respectivas condições, eventos ou tendências. Uma forma ilustrativa de se fazer isso é através do uso de texturas, cores e espessura de contornos, mostrados simultaneamente para cada região de interesse (Figs. 6, 7, 8).

A presente invenção permite simplificar a própria imagem gerada pelo EIT através da determinação das regiões de interesse e dos elementos gráficos usados para exibir cada região. Isto é fundamentalmente diferente das técnicas conhecidas, em que são gerados redutores de informação, tais como gráficos no tempo ou valores numéricos apresentados na Fig. 2.

Para um dado conjunto de dados obtidos com EIT, é realizado um processamento de dados, onde são aplicados, por exemplo:

- algoritmos de identificação de colapso e hiperdistenção,

- algoritmos de identificação de pneumotórax,

- algoritmos para detectar distribuição da ventilação;

- algoritmos para detectar shunt, espaço morto, etc;

- algoritmos para determinar a ordem de prioridade das condições identificadas ou detectadas.

Com base no resultado destes algoritmos, o aparato indica possíveis regiões de interesse e sugere maneiras adequadas para exibir os resultados obtidos pela aplicação de ditos algoritmos, simplificando a própria imagem gerada.

De forma alternativa, as regiões de interesse podem ser definidas a priori, seja com base em parâmetros armazenados no sistema, seja pela introdução de critérios por um usuário. Um ou mais dos algoritmos são aplicados para a definição de como cada região deve ser exibida. Dados do paciente ou tipos de condições e eventos que mais interessam também ajudam a direcionar as prioridades e podem ser úteis para o processamento dos dados. Os algoritmos são periodicamente aplicados aos dados coletados, para que novas regiões de interesse sejam sugeridas, para que a representação das atuais regiões de interesse sejam atualizadas, ou mesmo para que eventos sejam detectados e consequentemente exibidos em uma região de interesse.

Este processo culmina naturalmente em uma sugestão de diagnóstico e/ou de conduta a ser realizada pelo usuário, como por exemplo colapso alveolar que sugere uma manobra de recrutamento.

Constituem, desse modo, ferramentas de apoio à decisão clinica.

Por fim, vale ressaltar que a imagem pode ser exibida no próprio EIT ou em aparato a ele conectado. A análise dos dados pode ser realizada por processador localizado fisicamente perto do circuito de aquisição do sinal, ou mesmo perto (ou integrado) a outros equipamentos aos quais o EIT pode estar integrado.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para simplificar informações obtidas através de tomografia por impedância elétrica, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas básicas:

• aquisição de dados através de impedância elétrica;

• processamento dòs dados;

^• aplicação de pelo menos um algoritmo para detectar condições, tendências ou eventos específicos;

2. Método de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente as etapas de:

• definição de ao menos uma representação gráfica para pelo menos uma região de interesse;

3. Método de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato do dito processamento utilizar os dados de impedância ou dados derivados destes.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de ditas etapas serem repetidas ao longo do tempo.

5. Método de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que ao menos uma região de interesse é definida automaticamente ao se processar os dados.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ao menos uma região de interesse ser pré-definida.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ao menos uma região de interesse ser definida pelo usuário.

8. Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de ao menos uma região de interesse ser modificada ao longo do tempo.

9. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da representação gráfica da região de interesse ser obtida através de um ou mais dentre os seguintes recursos gráficos:

• uso de uma cor;

• uso de uma textura;

• uso de uma figura;

• uso de contornos às regiões de interesse.

10. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da representação gráfica da região de interesse indicar a predominância de uma certa condição na dita região de interesse, dentre o conjunto de patologias que compreende, entre outras: atelectasia, hiperdistensão, recrutamento tardio, ventilação em contra-fase, shunt pulmonar, espaço morto, padrão dinâmico de ventilação anormal, distribuição anormal de ventilação, anatomia anormal, hipertensão pulmonar, estado volêmico anormal (alto ou baixo), resistência pulmonar e complacência pulmonar.

11. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da representação gráfica da região de interesse indicar a ocorrência de um evento na dita região de interesse, dentre o conjunto que compreende, entre outras: pneumotórax, bloqueio e intubação seletiva.

12. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da representação gráfica da região de interesse indicar uma tendência na dita região de interesse, dentre o conjunto que compreende, entre outras: colapso alveolar e hiperdistensão alveolar.

13. Método de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que dois ou mais pixels de uma mesma região de interesse, tenham seus correspondentes valores impedância distintos um do outro.

14. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da representação gráfica da região de interesse indicar uma sugestão de conduta, dentre o conjunto que compreende, entre outras: manobra de recrutamento alveolar, hidratação do paciente, ajuste do ventilador artificial e manobra de desmame.

15. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 9, 10, 1 1 ou 12, caracterizado pelo fato da região de interesse ser caracterizada através da combinação de duas ou mais representações gráficas.

16. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 9 ou 15, caracterizado pelo fato de que as representações gráficas que caracterizam uma região de interesse são sobrepostas e exibidas simultaneamente.

17. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 9 ou 15, caracterizado pelo fato de que as representações gráficas que caracterizam uma região de interesse são exibidas de forma alternada.

18. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 9 ou 15, caracterizado pelo fato de que as representações gráficas que caracterizam uma região de interesse são exibidas em ordem de prioridade.

19. Aparato para simplificar informações obtidas através de tomografia por impedância elétrica, de acordo com o método definido por qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de compreender:

• meios para realizar a aquisição do sinal de impedância;

• meios para processar os dados adquiridos;

• meios para definir regiões de interesse, compostas por dois ou mais pixels;

^• meios de processamento para definir representações gráficas para ditas regiões de interesse compostas por dois ou mais pixels;

^• meios para gerar imagens, incluindo ao menos uma região de interesse com sua respectiva representação.

20. Aparato de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de compreender interfaces de informação dos dados e das imagens geradas, compreendendo pelo menos um dentre os seguintes: meios de exibição das imagens geradas;

meios de gravação das imagens geradas;

meios de transmissão das imagens geradas;

meios de impressão das imagens geradas;

meios de interface para o usuário definir regiões de interesse, compostas por dois ou mais pixels;

• meios para armazenar ditas regiões de interesse.