Dispositivo y procedimiento para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal y el establecimiento de una representación de esta elasticidad en dos o tres dimensiones.

Dispositivo para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal,

en particular un pecho, que presenta una señal ultrasónica después de iluminación ultrasónica y el establecimiento consecutivo de una imagen de la elasticidad en dos dimensiones, que comprende al menos una barra ultrasónica (1) que comprende una pluralidad de transductores (12), un medio de excitación que genera una excitación de baja frecuencia comprendida entre 5 Hz y 1 000 Hz, un medio de exploración para efectuar una exploración de la barra (1), un medio de adquisición de señales ultrasónicas, un medio de mando y de tratamiento de datos, determinando el citado medio de mando y de tratamiento de los datos la velocidad de los tejidos biológicos en el plano de la imagen utilizando las señales ultrasónicas en puntos situados a una y otra parte del plano de la imagen.

Dispositivo y procedimiento para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal y el establecimiento de una representación de esta elasticidad en dos o tres dimensiones.

La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal, o de modo mas general cualesquiera medios viscoelasticos que presenten una senal ultras6nica despues de la iluminación ultras6nica y el establecimiento consecutivo de una representación de la elasticidad en dos o tres dimensiones. Esta se aplica en particular, pero no de modo exclusivo, a la medición de la elasticidad de un pecho humano, el interes de esta tecnica es que el caracter patológico de los tejidos esta ligado generalmente a su elasticidad.

En la tecnica anterior se conoce la solicitud de patente francesa FR 2733142 que divulga un dispositivo de medición de elasticidad que realiza una medición en 2 dimensiones, pero igualmente apto para realizar una medición en tres dimensiones. Sin embargo, este dispositivo no dispone de un medio de exploración apto para efectuar la exploración de la barra o las barras segun dos direcciones perpendiculares.

Por otra parte, se conocen las patentes americanas US 6176827, US 5099848, US 2002/010398, US 6277074, US 5474070 que divulgan todas soluciones para hacer unicamente una medición en dos dimensiones, a veces con una barra fija (vease el documento US 6176827) .

Actualmente, no existen en el mercado dispositivos ultras6nicos de medición de la elasticidad que permitan visualizar la citada medición en dos o tres dimensiones.

Por otra parte, en lo que concierne a la elasticidad en dos dimensiones, se conoce el articulo "Shear Modulus Imaging with 2D Transient Elastography" por Sandrin, L., Tanter, M., Catheline, S., y Flink, M., Ultrason, Ferroelectr. Freq. Control., vol. 49 (4) , paginas 426-435 (2002) que describe una tecnica de medición de la elasticidad y la representación en dos dimensiones de esta medición. La resolución del problema inverso, es decir consistente en volver a montar los parametros que describen el medio viscoelastico que se desea medir, es aqui imperfecta porque el desplazamiento no es conocido en las tres direcciones del espacio. En efecto, de acuerdo con los algoritmos de calculo ligados a las mediciones efectuadas por el dispositivo presentado en este articulo, los operadores estaran obligados a formular hip6tesis para resolver los calculos de elasticidad, pero la practica ha demostrado que estas hip6tesis estan raramente justificadas.

Se conoce igualmente la patente americana US 2002/010398 que divulga un metodo y un sistema de obtención de imagenes por ultrasonidos para determinar la velocidad de propagación de ondas de cizallamiento generadas en un tejido.

Se conoce igualmente la solicitud internacional de patente Nº WO 0070362 que describe un sistema que utiliza la elastografia por resonancia magnetica (ERM) , en la cual una zona viscoelastica (tal como el pecho humano) es excitada por ondas mecanicas. El objeto de esta invención se basa en la hip6tesis de que los resultados de las mediciones por ERM son las soluciones independientes del tiempo de las ecuaciones diferenciales parciales que describen con exactitud el comportamiento de ondas mecanicas en un material viscoelastico (incluso para ondas longitudinales y en un entorno reflejante) . Para esto, puede calcularse el m6dulo de Young contenido en estas ecuaciones. Ademas, se ha propuesto aqui utilizar (de modo predominante) ondas longitudinales, siendo estas capaces de penetrar en el pecho humano, lo que no es el caso de las ondas transversales.

En el dispositivo de esta solicitud de patente, la obtención del mapa de elasticidad necesita mucho tiempo. Por otra parte, el coste de puesta en practica de este dispositivo es muy elevado.

Ademas, esta claro que medir la elasticidad en mas dimensiones constituye una ventaja considerable, obteniendose esta mejora significativa del estado de la tecnica gracias al dispositivo de acuerdo con la invención.

La tecnica anterior esta constituida tambien por la solicitud internacional de patente WO-A-00/55616 que describe un procedimiento de obtención de imagenes para observar la propagación de una onda de impulsos de cizallamiento de baja frecuencia simultaneamente en una multitud de puntos de un medio viscoelastico difusor. A tal efecto, se emiten en este dispositivo, a cadencia ultrarrapida ondas ultras6nicas de compresión que permiten obtener una sucesión de imagenes del medio, y a continuación se tratan en tiempo diferido las imagenes asi obtenidas por intercorrelación, para determinar en cada punto de cada imagen los movimientos del medio durante la propagación de la onda de cizallamiento.

Esta invención no es satisfactoria porque necesita considerar dos hip6tesis:

- la derivada segunda del desplazamiento es considerada nula en la dirección ortogonal al plano,

- el medio es supuesto perfectamente incompresible.

Asi pues, la invención tiene por objetivo, de modo mas particular, poner remedio a los inconvenientes de los sistemas de la tecnica anterior. La invención es un dispositivo tal como el definido en la reivindicación 1.

Asi pues, gracias a estas particularidades, la invención permite proponer un dispositivo que permite obtener en dos o tres dimensiones una cartografia de la elasticidad del medio que hay que medir, gracias a un sistema relativamente simple y poco costoso con respecto a las soluciones existentes.

La barra ulltras6nica comprende una pluralidad de transductores destinados a la adquisición de las senales ultras6nicas.

De acuerdo con una posibilidad ofrecida por la invención, el medio de excitación consistira en una vibración mecanica que podra ser transversal, longitudinal o de modo mas general una mezcla de las dos.

Ventajosamente, el medio de excitación podra consistir en uno o varios transductores de hipertermia porque la elevación de la temperatura genera desplazamientos en las imagenes ultras6nicas, ya sea con el transductor o los transductores utilizados para la adquisición de las senales ultras6nicas o bien con uno o varios transductores dispuestos alrededor del medio viscoelastico.

De acuerdo con otra posibilidad ofrecida por la invención, el medio de excitación consistira en una palpación a distancia utilizando la presión de radiación, ya sea con el transductor o los transductores utilizados para la adquisición de las senales ultras6nicas o bien con uno o varios transductores dispuestos alrededor del medio viscoelastico.

Ventajosamente, el dispositivo de acuerdo con la invención sera controlado por al menos un medio de mando, por ejemplo un ordenador, un microordenador o una unidad central.

Ventajosamente, la barra ultras6nica sera una barra que permita focalizar en una pluralidad de diferentes puntos de elevación; siendo realizada en este caso, la exploración por focalización ultras6nica.

Conviene recordar aqui que la barra es apta no solamente para focalizar segun un plano, sino igualmente en elevación con respecto a este plano, en el ejemplo segun el plano horizontal paralelo al precedente y ligeramente desplazado.

Se recuerda igualmente, con el fin de facilitar la comprensión de la invención, que una barra ecografica de 0 D emite segun una dimensión lineal x, que una barra 1 D emite segun un plano en dos dimensiones x, y, y finalmente que una barra 2 D, constituida habitualmente por una multitud de transductores ultras6nicos de forma cuadrada repartidos segun una matriz en 2 D, permite emitir ultrasonidos en un volumen segun las tres dimensiones x, y y z.

De acuerdo con un modo de ejecución de la invención, el espacio existente entre la barra ultras6nica y el citado medio viscoelastico estara constituido al menos en parte por agua o cualquier otro elemento apto para asegurar el libre paso de las ondas ultras6nicas.

Ventajosamente, el conjunto constituido por transductores ultras6nicos y su electrónica embarcada estara unido al medio de mando y de tratamiento por una conexión digital a muy alta velocidad, por ejemplo de tipo LVDS.

De acuerdo con un modo de ejecución de la invención, el dispositivo de acuerdo con la invención comprendera dos barras ultras6nicas.

De acuerdo con un modo de realización del dispositivo de la invención, las dos barras estaran sumergidas en un recipiente hermetico lleno de un... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal, en particular un pecho, que presenta una senal ultras6nica despues de iluminación ultras6nica y el establecimiento consecutivo de una imagen de la elasticidad en dos dimensiones, que comprende al menos una barra ultras6nica (1) que comprende una pluralidad de transductores (12) , un medio de excitación que genera una excitación de baja frecuencia comprendida entre 5 Hz y 1 000 Hz, un medio de exploración para efectuar una exploración de la barra (1) , un medio de adquisición de senales ultras6nicas, un medio de mando y de tratamiento de datos, determinando el citado medio de mando y de tratamiento de los datos la velocidad de los tejidos biológicos en el plano de la imagen utilizando las senales ultras6nicas en puntos situados a una y otra parte del plano de la imagen.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende medios de exploración para focalizar el haz ultras6nico de la citada barra ultras6nica (1) a una y otra parte del plano de la imagen de acuerdo con uno de los procedimientos siguientes:

- un desplazamiento mecanico de la citada barra ultras6nica (1) segun una dirección perpendicular al plano de la imagen;

- un desplazamiento mecanico de la citada barra ultras6nica (1) y un desplazamiento mecanico de una barra ultras6nica adicional (6) , comprendiendo el citado dispositivo (1) la citada barra ultras6nica adicional (6) ;

- una modificación electrónica de la focalización de la citada barra ultras6nica (1) .

3. Dispositivo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que para obtener una representación de la elasticidad en tres dimensiones se combinan una pluralidad de imagenes.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de excitación consiste en una vibración mecanica, que podra ser transversal, longitudinal o de modo mas general una mezcla de las dos.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de excitación consiste en una palpación a distancia utilizando la presión de radiación, ya sea con el transductor o los transductores (12) utilizados para la adquisición de las senales ultras6nicas, o bien con uno o varios transductores dispuestos alrededor del medioviscoelastico.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de excitación consiste en movimientos internos del cuerpo humano o animal, tales como por ejemplo los latidos cardiacos.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de excitación consiste en uno o varios transductores de hipertermia, ya sea con el transductor o los transductores utilizados para la adquisición de las senales ultras6nicas o bien con uno o varios transductores dispuestos alrededor del medio viscoelastico.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la barra ultras6nica es un transductor cruciforme (12) que permite focalizar en una pluralidad de diferentes puntos de elevación.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el espacio existente entre la barra ultras6nica (1) y el citado medio viscoelastico esta constituido al menos en parte por agua o cualquier otro elemento apto para asegurar el libre paso de las ondas ultras6nicas.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que la vibración mecanica es obtenida o realizada gracias a una o varias placas vibrantes (20) , uno o varios pistones y/o una o varias barras.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el medio de adquisición comprende emisores y receptores ultras6nicos, convertidores digital-analógico (CNA) y analógico-digital (CAN) , memorias, lineas de transmisión digital y analógica.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que los emisores y los receptores ultras6nicos estan dispuestos en la proximidad de la citada barra ultras6nica, o sea tipicamente a una distancia inferior a 50 centimetros.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que los convertidores digital-analógico (CNA) y analógico-digital (CAN) estan situados en la proximidad de la citada barra ultras6nica, o sea a una distancia inferior a 50 centimetros.

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por que el conjunto constituido por transductores ultras6nicos y su electrónica embarcada esta unido al medio de mando y de tratamiento por una conexión digital de muy alta velocidad, por ejemplo de tipo LVDS.

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende tres barras (16, 17, 18) aptas

para respectivamente para medir las velocidades tisulares segun las direcciones y, x y z. 10

16. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que las dos barras (1 y 6) estan sumergidas en un recipiente hermetico (26) lleno de un liquido, por ejemplo agua.

17. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que el recipiente hermetico (26) esta unido a un medio de rotación apto para hacer girar el citado recipiente (26) .

18. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado por que el recipiente hermetico (26) comprende una pluralidad de orificios en los cuales estan introducidos respectivamente un vibrador mecanico (25) y/o un transductor ultras6nico.

19. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado por que los orificios en o en el interior de la caja hermetica (26) estan situados a 90º (grados) unos de otros o uno del otro.

20. Procedimiento para la medición de la elasticidad de un órgano humano o animal, en particular un pecho, utilizando un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19, comprendiendo el citado procedimiento las etapas siguientes:

- generación de una solicitación, o senal, de baja frecuencia comprendida entre 5 Hz y 1 000 Hz y adquisición de senales ultras6nicas,

- desplazamiento de la barra gracias al medio de exploración, segun dos direcciones perpendiculares,

. calculo de las imagenes ultras6nicas,

- calculo de las velocidades tisulares,

- inversión de los datos consistente en recuperar los parametros que describen el citado medio viscoelastico.

21. Procedimiento segun la reivindicación 20, caracterizado por que comprende en otra etapa el calculo de las velocidades de deformación tisular.

22. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado por que en el transcurso de la etapa de calculo de las velocidades tisulares, se miden las derivadas segundas de la componente longitudinal de la citada velocidad segun las tres direcciones ortogonales del espacio.

23. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado por que en el transcurso de la etapa de calculo de las velocidades tisulares, se miden las derivadas espaciales de las tres componentes de la citada velocidad, segun las tres direcciones del espacio.

24. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado por que la adquisición de senales ultras6nicas se efectua emitiendo, con los transductores ultras6nicos (12) un impulso que es reflejado por las particulas contenidas en el medio viscoelastico.

25. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 20 y 23, caracterizado por que la adquisición de senales ultras6nicas es realizada a una cadencia de 1/T, comprendida tipicamente entre 100 Hz y 100 000 Hz, siendo T el periodo entre dos emisiones ultras6nicas.

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