Dispositivo, sistema y procedimiento para la obtencion de curvas rinomanometricas
computacionales
Campo tecnico de la invencion
La presente invencion corresponde al campo tecnico de la Ingenierla aplicada a la Medicina, y mas concretamente, al ambito de la rinomanometrla. Mas especlficamente, la invencion se refiere tanto a dispositivos como a sistemas para la obtencion mediante ultrasonidos de alta frecuencia de imagenes digitales en formato DICOM de la cavidad nasal humana a partir de las cuales se puede generar una reconstruction tridimensional de dicha cavidad que permite la obtencion de curvas rinomanometricas computacionales. La invencion tambien refiere procedimientos para la obtencion automatizada de dichas curvas rinomanometricas computacionales a partir de imagenes digitales en formato DICOM de la cavidad nasal obtenidas, bien mediante ultrasonidos de alta frecuencia bien mediante otras tecnicas de imagen de uso medico tales como resonancia magnetica nuclear (RMN) o tomografla axial computarizada (TAC).
Antecedentes de la invencion
En la actualidad la Medicina aplica muchos conocimientos de Ingenierla para realizar un mejor diagnostico de las enfermedades. En particular, la Dinamica de Fluidos Computacional (CFD en ingles) es una rama de la Ingenierla de la Mecanica de Fluidos que resuelve la ecuaciones de Navier-Stokes que describen el movimiento de un fluido utilizando tecnicas computacionales.
Uno de los instrumentos mas extendidos para conocer el flujo de aire a traves de la fosa nasal humana es el rinomanometro convencional, en el cual se recogen los datos de caudal de aire frente a la perdida de presion que se produce en cada pasaje nasal de forma independiente. Asl, la rinomanometrla es el metodo exploratorio que mide flujos de aire y la resistencia al paso de dichos flujos en la fosa nasal. Para determinar con los rinomanometros actuales las curvas rinomanometricas, es necesario alterar el paso natural del aire a traves de la fosa nasal, puesto que es obligatorio colocar un sensor de caudal o de presion que bloquee parcial o totalmente uno de los pasajes nasales, o bien
colocar una mascarilla. Esta modification o intrusion en la morfologla natural de la fosa nasal al bloquear un pasaje o colocar un obstaculo como una mascarilla, rompe completamente el patron real del flujo que se tendrla en condiciones normales de respiration, es decir, con ambos pasajes libres.
Con la presente invention se pretende determinar con exactitud las curvas rinomanometricas de forma no intrusiva, para lo cual es necesario disponer previamente de una reconstruction tridimensional de la fosa nasal con el fin de identificar la geometrla por donde circula el flujo de aire. Dicha geometrla es muy compleja dada las caracterlsticas de la fosa nasal puesto que se encuentran zonas de muy diversa morfologla como los orificios nasales, el tabique nasal, los cornetes, la valvula nasal, la coana, etc. Teniendo en cuenta que dentro de una fosa nasal se aumenta considerablemente la superficie en contacto con el aire gracias a los cornetes, con la finalidad de mejorar el intercambio termico, esto explica en parte dicha complejidad en su morfologla.
Hoy en dla, esta reconstruction tridimensional comienza con la generation de imagenes de secciones transversales consecutivas de la fosa nasal cada 2 o 3 millmetros, y dichas imagenes se exportan en un formato denominado DICOM (del ingles, imagen digital y comunicacion en Medicina). Este formato se puede generar tanto mediante pruebas TAC (Tomografla Axial Computarizada) que utilizan rayos-X, como mediante una resonancia magnetica nuclear (RMN).
Sin embargo, en esta invention se propone el uso de la Ecografla para realizar la reconstruccion tridimensional de la fosa nasal, basada en la emision de ultrasonidos. El ultrasonido se define como aquel sonido que tiene una frecuencia mayor que la que puede ser olda por los seres humanos, es decir, superior a 20.000 Hz. Asl, esta tecnica se basa en los ecos, es decir, como los ultrasonidos emitidos se reflejan. La Ecografla es una tecnica diagnostica que recoge los ultrasonidos que emite una sonda, los cuales atraviesan hasta cierta profundidad (dependiendo de la frecuencia de la sonda) la parte del cuerpo que se quiere explorar, aprovechando las diferentes velocidades de propagacion del ultrasonido a traves de los tejidos del cuerpo.
Aunque la Ecografla puede proporcionar menos information anatomica que tecnicas como TAC o RMN, tiene interesantes ventajas: es muy segura, ya que el paciente no es expuesto a radiation nuclear y, ademas, los ultrasonidos no parecen causar ningun efecto adverso; tambien es una tecnologla relativamente barata y mucho mas rapida de fabricar e implementar.
Por otro lado, en la presente propuesta se pretende determinar solo las curvas rinomanometricas que se obtienen a partir de magnitudes integrales como caudal y calda de presion. Por lo tanto, no es necesario el alto grado de precision obtenido en la reconstruction nasal mediante pruebas radiologicas o nucleares. Sin embargo, la tecnologla de los ultrasonidos esta evolucionando muy deprisa, y ya es usual realizar el diagnostico de enfermedades en fetos utilizando esta tecnica.
A continuation, se pasa a revisar el estado de la tecnica donde se aportan varios ejemplos de documentos que tratan de medir las curvas rinomanometricas mediante distintos dispositivos.
El documento WO2000006019 A1 refiere un metodo acustico para reconstruir parte de la fosa nasal. En este documento, se refiere a un dispositivo para la medicion de secciones transversales en el pasaje derecho e izquierdo de la fosa nasal del paciente, en la union de ambos pasajes (coana) , asl como para detectar la apertura de la trompa de Eustaquio. El aparato comprende un emisor de sonido electro-acustico, tubos primarios y secundarios de transmision, un ordenador para generar senales electricas para el emisor y para el muestreo, asl como el analisis de senales electricas desde el microfono o microfonos. La invention se refiere ademas a un metodo para la medicion de las secciones transversales mencionadas anteriormente.
Existen otras patentes que se relacionan con rinomanometros que tienen en cuenta los dos orificios abiertos simultaneamente. Sin embargo, en dichas patentes se intenta reconstruir el flujo tridimensional en las fosas nasales mediante calculos cuestionables y poco precisos basados en una o dos dimensiones. De esta forma, el documento WO2007087333 A2 se refiere a una invencion constituida por un sistema y metodo para la reconstruccion tridimensional de las vlas respiratorias, la evaluation y su analisis a partir de la reconstruccion en dos dimensiones. Especlficamente, la invencion se refiere a un sistema y metodo para adquirir datos en dos dimensiones con respecto a una cavidad, tal como un esofago o una via respiratoria, y la manipulation de dichos datos para reconstruir el objeto geometrico tridimensional que representa dicha cavidad. Los metodos de recogida de datos adecuados incluyen protocolos no invasivos como los acusticos. El objeto geometrico resultante tridimensional de la cavidad es utilizado para diagnosticar la cavidad y su morfologla, la gestion y el tratamiento de la obstruction, proporcionar information para su uso en el analisis forense de resultados, evaluacion medico-legal del diagnostico y tratamiento de la cavidad de la obstruccion / estenosis.
Otras patentes se relacionan con la medida de diferencias de presion, sonido y caudales mediante sensores en los dos pasajes nasales al mismo tiempo. De esta forma, el documento WO2000006020 A1 se refiere a la invention de un aparato para determinar la caida de presion a traves de la cavidad nasal de un paciente durante la respiration, y la determination de la presion de apertura para los pacientes. El aparato comprende un tubo de medicion que tiene un extremo proximal para la conexion a un orificio nasal del paciente y un extremo distal que conduce a la atmosfera circundante, una puerta de medicion y un medidor de flujo de aire en el tubo de medicion. Segun la invencion, el dispositivo comprende medios para generar una senal de sonido en el extremo proximal del tubo, o medios para generar una senal de sonido en la puerta de medicion y medios para recibir senales de sonido en el extremo proximal del tubo. La invencion se refiere ademas a un metodo para medir la caida de presion.
Por ultimo, el documento WO2012089853 A1 se refiere a un sistema de reconstruction tridimensional de la cavidad nasal que comprende un modulo de entrada de imagenes digitales de uso medico obtenidas a partir de una tomograria axial computarizada realizada a una persona que ofrece un mapa de puntos referenciados en los planos de corte, un modulo de calculo de la geometria a partir del mapa de puntos anterior, un modulo de calculo de la malla de volumen correspondiente a esa geometria y un visor tridimensional que permite visualizar la geometria y la malla volumetrica. Mediante este sistema puede calcularse y visualizarse una reconstruccion tridimensional personalizada de la cavidad nasal de una persona con fines clmicos. Adicionalmente, el sistema puede proporcionar ademas una simulation del flujo aereo- nasal en la cavidad nasal cuya reconstruccion tridimensional se ha obtenido. La invencion que se propone se distingue de esta invencion en dos aspectos fundamentales. En un primer lugar, la tarea de reconstruccion y mallado 3D de la cavidad nasal se realiza de forma autonoma mediante imagenes DICOM. En un segundo lugar, la simulacion se basa en las ecuaciones completas de la mecanica de fluidos sin simplificar. En este sentido, es posible dar como resultado no solo la perdida de presion media en la coana frente al caudal, sino tambien el esfuerzo que se realiza por el aire sobre las paredes de las cavidades nasales.
Como puede observarse, en los ejemplos existentes en el estado de la tecnica existen metodos que obstruyen de alguna manera el flujo nasal natural, o que tratan de medir el flujo nasal en ambos pasajes a la vez. En este ultimo caso se trata de realizar una reconstruccion tridimensional poco aproximada a la geometria real de la fosa nasal a partir de medidas en una o dos dimensiones tambien muy cuestionables. Se ha de destacar que los dispositivos actuales que tratan de calcular la curva rinomanometrica teniendo en cuenta los dos pasajes nasales, no
distinguen cual es la contribution de cada pasaje al caudal total. En otras palabras, no se sabe cual de los dos pasajes nasales puede funcionar de forma anomala, en el caso de una enfermedad o malformation congenita.
Hasta donde los solicitantes conocen, no existen ni dispositivos ni sistemas equivalentes a los que se refieren en la presente invention, es decir, dispositivos y sistemas que permiten la determination de las curvas caudal-presion para ambos pasajes nasales a la vez, y de forma no intrusiva, ayudando considerablemente al medico a la hora de diagnosticar de forma mas precisa alteraciones o patologlas en la fosa nasal. En particular, aunque tanto la segmentation como la simulation de fluidos son ampliamente conocidas, y existen programas de ordenador especlficos para cada una de estas fases por separado, dichos programas de ordenador no estan preparados para intercambiar information entre si de manera sencilla. El avance de la presente invention consiste en: primero, la reconstruction de la fosa nasal a partir de imagenes generadas mediante ultrasonidos; segundo, medios de procesamiento informatico configurados para la realizacion de forma conjunta y automatizada, la segmentacion, el mallado y la simulation numerica a partir de dichas imagenes generadas mediante ultrasonidos; tercero dar como resultado de la simulation numerica la perdida de presion media en la coana frente al caudal.
Description de la invention
Un primer objeto de la invention se refiere a un dispositivo para la obtencion mediante ultrasonidos de alta frecuencia de imagenes digitales de la cavidad nasal humana en formato DICOM a partir de las cuales es posible obtener curvas rinomanometricas computacionales de dicha cavidad mediante simulation numerica, dicho dispositivo comprendiendo al menos un transductor de ultrasonidos de alta frecuencia que permite la obtencion de imagenes digitales 2D de la cavidad nasal, que se acopla a una estructura cerrada de forma ellptico-anular de un diametro suficiente para rodear una cabeza humana en un plano horizontal minimizando el riesgo de contacto en todo su perlmetro en caso de pequenos movimientos involuntarios del paciente.
Para permitir un escaneo en planos horizontales de toda la cavidad nasal es preciso que el al menos un transductor de ultrasonidos de alta frecuencia de desplace a lo largo del eje vertical de la cabeza, por lo quela estructura cerrada de forma ellptico-anular a la que se fija el mismo es desplazable verticalmente, lo que se consigue conectando flsicamente dicha estructura cerrada a al menos una estructura vertical cuyo eje es paralelo al eje vertical de la cabeza y
que sirve tanto de soporte de la estructura cerrada como de gula para el desplazamiento vertical de la misma.
Para obtener imagenes digitales 2D en planos horizontales a partir de las cuales sea posible una reconstruction 3D de la cavidad nasal es preciso que dichas imagenes sean generadas en planos horizontales separados entre si aproximadamente 2 - 3 mm, luego la estructura cerrada a la que se acopla al menos un transductor de ultrasonidos de alta frecuencia debe desplazarse verticalmente aproximadamente 2-3 mm, quedar bloqueada en el plano horizontal correspondiente para la generacion de la imagen en dicho plano, quedar desbloqueada tras la generation de la imagen, y desplazarse aproximadamente 2 - 3 mm hasta el siguiente plano horizontal. Para ello, el dispositivo comprende medios de desplazamiento de actuation electrica y/o hidraulica de la estructura cerrada sobre la estructura de soporte - gula, as! como medios de bloqueo y desbloqueo de dichos medios de desplazamiento.
Para la obtencion de imagenes mediante el al menos un transductor de ultrasonidos de alta frecuencia, dicho al menos un transductor debe estar en contacto con la superficie externa de la cabeza del paciente. Para ello el al menos un transductor debe poder desplazarse radialmente, en cada plano horizontal de escaneo, desde una posicion de reposo, sin contacto con la superficie externa de la cabeza del paciente, hasta una position operativa, en contacto con dicha superficie. Para ello, el dispositivo comprende, para cada transductor, tanto una estructura que sirve de soporte al transductor y a su vez sirve de gula en el desplazamiento radial del mismo desde la posicion de reposo a la posicion operativa (y desde dicha posicion operativa nuevamente a la posicion de reposo) , dicha estructura soporte-gula conectada flsicamente a la estructura cerrada de forma ellptico-anular; como medios de desplazamiento de actuacion de alta velocidad para el avance y retroceso del transductor; como medios de bloqueo y desbloqueo de dichos medios de desplazamiento, como medios electronicos de control tanto de dicho desplazamiento radial como de la generacion de imagenes mediante el al menos un transductor una vez esta en posicion operativa. En una realization de este primer objeto de la invention, el avance y retroceso del transductor se realiza sobre su correspondiente estructura de soporte-gula, permaneciendo dicha estructura de soporte-gula fija y estatica respecto a la estructura cerrada de forma ellptico-circular. En otra realizacion, es la estructura de soporte-gula del transductor la que avanza y retrocede respecto de la estructura cerrada de forma ellptico-circular, permaneciendo el transductor fijo y estatico respecto de su estructura de soporte-gula.
En relacion con la necesidad de que el al menos un transductor este en contacto con la superficie externa de la cabeza del paciente para la generation de imagenes, el dispositivo comprende a su vez un sensor de presion por cada transductor que detecta cuando el transductor correspondiente establece el contacto suficiente con la superficie externa de la cabeza del paciente para la generacion de imagenes por ultrasonidos. Dicho sensor de presion proporciona a los medios electronicos de control information de la presion que ejerce sobre la superficie externa de la cabeza del paciente el correspondiente transductor.
Por otra parte, los transductores de ultrasonidos de aplicacion en tecnicas ecograficas que forman parte del estado de la tecnica requieren, ademas del contacto, la ausencia de aire entre dicho transductor y dicha superficie externa, para lo que es necesario incluir entre ambos un gel conductor o gel de ecografla mediante medios de introduction de dicho gel conductor o gel de ecografla. En una realization de este primer objeto de la invention, el al menos un transductor comprende, en la region de contacto y generacion de imagenes, un recubrimiento con gel conductor o gel de ecografla, dicho recubrimiento reemplazable bien por motivo de higiene bien por desgaste o consumo del recubrimiento. En otra realizacion, el dispositivo comprende medios de aplicacion del gel conductor individualizados para cada transductor, estando la aplicacion de dicho gel regulada por medios electronicos de control. En una realizacion mas particular de un dispositivo comprendiendo medios de aplicacion del gel conductor regulados mediante medios electronicos de control, dichos medios electronicos de control actuan sobre los medios de desplazamiento radial del al menos un transductor de forma que, una vez el sensor de presion vinculado a dicho al menos un transductor informa a los medios electronicos de control de que se ha establecido un contacto suficiente para la generacion de imagenes, dichos medios de desplazamiento hacen retroceder el transductor aproximadamente 2 - 3 mm, position en la cual cual los medios electronicos activan la aplicacion de un volumen adecuado de gel conductor, aplicacion tras la cual los medios de desplazamiento radial del transductor hacen avanzar a este otra vez hasta que nuevamente el sensor de presion informa a los medios electronicos de control que se ha establecido un contacto suficiente, momento en el que dichos medios electronicos de control desactivan el desplazamiento radial hasta que se ha generado la imagen correspondiente, tras lo cual los medios electronicos de control activan el desplazamiento radial de retroceso hasta la posicion de reposo.
En una realizacion de este primer objeto de la invencion, el dispositivo comprende un solo transductor de ultrasonidos de alta frecuencia que, puesto que para generar una reconstruction 3D de la cavidad nasal debe generar multiples imagenes 2D no solo en planos horizontales
sino tambien desde diferentes angulos en cada plano horizontal, ademas de desplazarse radialmente desde su posicion de reposo a su posicion operativa y viceversa, debe desplazarse, estando en posicion de reposo, perimetralmente alrededor de la cabeza, para lo que el dispositivo comprende medios de desplazamiento y posicionamiento perimetral del transductor, medios de bloqueo y desbloqueo de dichos medios de desplazamiento y posicionamiento perimetral, as! como medios electronicos de control de todos dichos medios. En una realization mas particular, la estructura cerrada de forma ellptico-anular no es una estructura solida unica sino que comprende dos subestructuras igualmente cerradas de forma ellptico-anular, una exterior conectada flsicamente a la estructura de soporte-gula para el movimiento vertical de la estructura cerrada de forma ellptico-anular en su conjunto; y una interior a la que se acopla el transductor a traves de su correspondiente estructura de soporte - gula de desplazamiento radial, dicha subestructura interna desplazable por el interior de la subestructura externa mediante dichos medios de desplazamiento y posicionamiento perimetral sometidos a dichos medios electronicos de control.
En una realizacion de este primer objeto de la invencion, el dispositivo comprende dos o mas transductores y medios electronicos de control que sincronizan los avances y retrocesos bien decada transductor sobre su estructura de soporte-gula, bien de cada conjunto formado por un transductor y su estructura de soporte-gula sobre la estructura cerrada de forma ellptico-anular. En una realizacion mas particular, el dispositivo comprende tres transductores equidistantes entre si para la generation de imagenes de la cavidad nasal desde la parte frontal de la cabeza del paciente, uno de ellos (central) posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico-anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente; y un transductor para la generacion de imagenes de la cavidad nasal desde la parte posterior de la cabeza del paciente, dicho transductor posterior posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico-anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente. En otra realizacion mas particular, el dispositivo comprende cinco transductores equidistantes entre si para la generacion de imagenes de la cavidad nasal desde las partes frontal y laterales de la cabeza del paciente, uno de ellos (central) posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico-anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente; y un transductor para la generacion de imagenes de la cavidad nasal desde la parte posterior de la cabeza del paciente, dicho transductor posterior posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico-anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente.
La correcta generation de imagenes mediante el dispositivo que constituye el primer objeto de la invention requiere que la cabeza del paciente se mantenga en una position adecuada e inmovil durante el proceso, para lo que es oportuno el empleo de una estructura de apoyo y sujecion de la misma que evite desplazamientos relativos de la cabeza respecto del dispositivo y que, por tanto, facilite el posicionamiento adecuado del dispositivo para la realization de un escaneo completo de la cavidad nasal, conforme a referencias anatomicas horizontales y verticales de la cabeza del paciente, tales como la llnea interpupilar. En una realization de dicho primer objeto, el dispositivo comprende una estructura de apoyo y sujecion de la cabeza del paciente, dicha estructura de apoyo conectada flsicamente a la estructura que sirve de soporte-gula para el desplazamiento vertical de la estructura cerrada de forma ellptico-anular.
Un segundo objeto de la invention se refiere a un sistema para la obtencion de curvas rinomanometricas computacionales de la cavidad nasal a partir de imagenes digitales 2D en formato DICOM de dicha cavidad obtenidas mediante un dispositivo conforme al primer objeto de la invention, incluidas todas las realizaciones del mismo, que comprende, ademas de dicho dispositivo primer objeto de la invention, medios de procesamiento informatico configurados para gestionar los medios electronicos de control del dispositivo y con ello tanto los medios de desplazamiento y posicionamiento y sus correspondientes medios de bloqueo y desbloqueo, como la generation de imagenes 2D. En una realization de dicho segundo objeto, el sistema comprende ademas medios de almacenamiento de las imagenes generadas, asl como medios de comunicacion de datos (por ejemplo con conectividad inalambrica o USB) que permiten gestionar o acceder a las imagenes generadas y almacenadas por el dispositivo. En una realization particular, los medios de procesamiento informatico estan ademas configurados para realizar de forma conjunta y automatizada la segmentation, es decir, la reconstruction de la geometrla nasal a partir de las imagenes 2D en formato DICOM; la generation de las mallas computacionales de superficie y volumen; la realization de la simulation numerica del flujo del aire a traves de la fosa nasal, y la obtencion de las curvas rinomanometricas, a partir de las cuales es posible, por ejemplo, indicar el tanto por ciento exacto del caudal a traves de cada pasaje nasal; dichos medios de procesamiento informatico, y debido a que las imagenes no se generan directamente en formato DICOM, comprendiendo para ello un modulo de procesamiento y codification en formato DICOM de las imagenes 2D generadas, un modulo de segmentation automatica (que no requiere supervision humana) de las mismas, un modulo de calculo de la geometrla nasal que genera las correspondientes mallas computacionales de superficie y volumen, y un modulo de simulation numerica que genera las correspondientes curvas rinomanometricas computacionales. En una realization mas particular, dichos medios de procesamiento informatico comprenden ademas un modulo de tratamiento de imagenes
mediante algoritmos de interpolation que compensa o corrige errores o falta de information, as! como la elimination de imagenes que no son coherentes por exceso de brillos o desenfoques no deseados de las propias imagenes. En una realization aun mas particular, los medios de procesamiento informatico, y en su caso los medios de almacenamiento y los medios de comunicacion de datos, se alojan en la estructura de soporte - gula de desplazamiento vertical de la estructura cerrada de forma ellptico-anular.
Una vez que se obtienen las imagenes 2D con el dispositivo que constituye el primer objeto de la invention en secciones paralelas cada 2 o 3 millmetros, de una manera similar al TAC, se procede a la reconstruction tridimensional de la geometrla de la fosa nasal utilizando una tecnica de procesamiento informatico de imagenes denominada segmentation. Una vez obtenida la geometrla, se inicia la etapa de la simulation numerica: en primer lugar, se genera la malla computacional tanto de la superficie como del volumen; en segundo lugar, se realiza la simulation del aire a traves de la fosa nasal mediante la discretization numerica de las ecuaciones de Navier-Stokes. Terminada la simulation numerica, se procede a determinar las magnitudes integrales tanto del caudal como de la calda de presion media en la coana, para determinar finalmente la curva rinomanometrica correspondiente.
De este modo, un tercer objeto de la invention se refiere a un procedimiento para la obtencion automatizada de curvas rinomanometricas computacionales de la cavidad nasal a partir de imagenes digitales 2D en formato DICOM de dicha cavidad, dicho procedimiento comprendiendo la realization de forma conjunta y automatizada de las siguientes etapas de procesamiento informatico: segmentation o reconstruction de la geometrla nasal a partir de las imagenes 2D en formato DICOM; generation de la malla computacional tanto de superficie como volumen; simulation del flujo de aire a traves de las fosas nasales mediante la discretization numerica de las ecuaciones de Navier-Stokes; determination de magnitudes integrales tanto del caudal como de la calda de presion media en la coana; y determination de curvas rinomanometricas. Este procedimiento se realiza de forma automatica sin necesidad de intervencion humana y no equivale a la yuxtaposicion de programas ya disponibles. En una realization de dicho tercer objeto, las curvas rinomanometricas se obtienen a partir de imagenes digitales 2D en formato DICOM generadas mediante ultrasonidos, particularmente mediante un dispositivo conforme al primer objeto de la invention o mediante un sistema conforme al segundo objeto de la invention. En una realization mas particular, el procedimiento para la obtencion automatizada de curvas rinomanometricas computacionales de la cavidad nasal a partir de imagenes digitales 2D en formato DICOM generadas mediante ultrasonidos comprende adicionalmente una etapa de procesamiento informatico de tratamiento
de imagenes mediante algoritmos de interpolation (lineal o no lineal) que compensa o corrige errores o falta de information, es decir, se rellenan aquellos espacios o volumenes que no esten bien definidos mediante el sensor de ultrasonido. En una realization aun mas particular, dicho procedimiento comprende una primera etapa de generation de dichas imagenes, bien mediante un dispositivo conforme al primer objeto de la invention, bien mediante un sistema conforme al segundo objeto de la invention.
Por ultimo, la invention tambien se extiende a sistemas informaticos; asl como a programas informaticos o instrucciones de programa, mas particularmente a programas informaticos en o sobre unos medios portadores, configurados para ejecutar las etapas de procesamiento informatico conforme al tercer objeto de la invention. El programa informatico puede estar en forma de codigo fuente, de codigo objeto o en un codigo intermedio entre codigo fuente y codigo objeto, tal como en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para usar en la implementacion de los metodos que constituyen dicho tercer objeto de la invencion. El medio portador puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de portar el programa. Por ejemplo, el medio portador puede comprender un medio de almacenamiento, tal como una ROM, por ejemplo un CD ROM, un DVD ROM, o una ROM semiconductora, o un medio de grabacion magnetico, por ejemplo un disco duro. Ademas, el medio portador puede ser un medio portador transmisible tal como una senala electrica u optica que puede transmitirse via cable electrico u optico o mediante radio u otros medios. Cuando el programa de ordenador este contenido en una senal que puede transmitirse directamente mediante un cable u otro dispositivo o medio, el medio portador puede estar constituido por dicho cable u otro dispositivo o medio. Alternativamente, el medio portador puede ser un circuito integrado en el que este encapsulado (embedded) el programa de ordenador, estando adaptado dicho circuito integrado para realizar, o para usarse en la realization de los metodos que constituyen dicho tercer objeto de la invention. Conforme a lo anterior, son tambien aspectos de la invention sistemas informaticos que implementan dichas etapas de procesamiento informatico conforme al tercer objeto de la invention, asl como programas informaticos, medios de almacenamiento legibles por sistemas informaticos, y senales transmisibles capaces de hacer que un sistema informatico lleve a cabo dichas etapas de procesamiento informatico conforme al tercer objeto de la invention.
Otras ventajas y caracterlsticas de la invention resultaran aparentes a la vista de la description que se presenta a continuacion.
Breve descripcion de las figuras
Para complementar la descripcion y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, de acuerdo con un ejemplo de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de la descripcion, un juego de figuras en el que con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1. Muestra una vista tridimensional frontal de una realizacion particular de un dispositivo conforme al primer objeto de la invencion.
Figura 2. Vista superior (a) y frontal (b) de la realizacion particular representada en la figura 1.La estructura cerrada con forma ellptico-anular realiza un movimiento vertical (v). Los transductores realizan un movimiento horizontal-radial (h).
Figura 3. Representation ilustrativa de la comunicacion inalambrica entre un dispositivo conforme al primer objeto de la invencion y un sistema informatico que ejecuta etapas de procesamiento informatico conforme al tercer objeto de la invencion.
Figura 4. Ejemplo de una geometrla 3D de una fosa nasal obtenida a partir de la segmentation (a). Detalle de la malla de superficie cerca de los orificios nasales (b).
Figura 5. Ejemplo de simulation numerica tridimensional donde se muestran solo las llneas de corriente que resultan de la simulacion del flujo del aire a traves de la fosa en las fases de inspiration (a) , (c) y (e) y espiracion (b) , (d) y (f) , cuando los pasajes nasales trabajan de forma individual (a) - (d) o conjunta (e) - (f).
Figura 6. Ejemplo de las curvas rinomanometricas que se obtienen a partir de las simulaciones como las mostradas en la figura 5. Se muestran las fases de inspiracion y espiracion de los dos pasajes nasales (derecho + izquierdo) trabajando simultaneamente o de forma individual.
Descripcion detallada de un modo de realizacion de la invencion
La constitution y caracterlsticas de la invencion se comprenderan mejor con ayuda de la siguiente descripcion de un ejemplo de realizacion, debiendo entenderse que la invencion no queda limitada a dicha realizacion, sino que la protection abarca todas aquellas realizaciones alternativas que puedan incluirse dentro del contenido y del alcance de las reivindicaciones.
Asimismo, el presente documento refiere diversos documentos como estado de la tecnica, entendiendose incorporado por referencia el contenido de todos estos documentos, asl como de el contenido completo de los documentos a su vez referidos en dichos documentos, con objeto de ofrecer una descripcion lo mas completa posible del estado de la tecnica en el que la presente invencion se encuadra. La terminologla utilizada a continuation tiene por objeto la descripcion de los ejemplos de modos de realization que siguen y no debe ser interpretada de forma limitante o restrictiva.
En las figuras 1, 2 y 3 se representa una realizacion de un dispositivo conforme al primer objeto de la invencion que comprende cinco transductores (3) equidistantes entre si para la generacion de imagenes de la cavidad nasal desde las partes frontal y laterales de la cabeza del paciente, uno de ellos (central) posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico- anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente; y un transductor para la generation de imagenes de la cavidad nasal desde la parte posterior de la cabeza del paciente, dicho transductor posterior posicionado en la estructura cerrada de forma ellptico-anular de forma coincidente con el plano medio sagital de la cabeza del paciente. Los transductores (3) estan acoplados a la estructura cerrada de forma ellptico-anular (1) , dicha estructura (1) conectada flsicamente (2) a la estructura (5) de soporte-gula para el desplazamiento vertical (v) , siendo el objeto de dicho desplazamiento vertical (v) tanto el posicionamiento de la estructura (1) , una vez colocado el paciente, como la generacion de las imagenes 2Dal desplazarse verticalmente cada aproximadamente 2 - 3 mm, dependiendo de la resolution necesaria. El paciente coloca la cabeza sobre una estructura de apoyo y sujecion (4) que evita o minimiza sus movimientos durante el escaneo (ver figura 3). Dicho desplazamiento vertical (v) se realiza mediante un actuador electrico o hidraulico (no incluidos en las figuras) , ambos de alta precision. Dicho actuador incorpora un mecanismo de parada de emergencia para evitar danos al paciente en el caso de que el paciente se mueva accidentalmente. La estructura cerrada de forma ellptico-anular (1) esta recubierto por un protector acolchado para evitar danos al paciente en caso de contacto accidental. Por otro lado, los transductores (3) estan cubiertos por unos protectores removibles fabricados con gel conductor o gel de ecografla. Dichos protectores son sustituidos por higiene para cada paciente. Para garantizar el contacto entre los transductores y el paciente, los transductores realizan un movimiento horizontal-radial (h). Asl, el movimiento del desplazamiento vertical (v) de la estructura cerrada de forma ellptico-anular (1) y el horizontal-radial (h) de los transductores (3) se realiza de forma sincronizada para evitar danos al paciente, y garantizando una buena calidad en las imagenes 2D. Los actuadores responsables del desplazamiento de los transductores (3) son de alta velocidad pero con un sensor de presion que los detiene
cuando el contacto entre sensor y piel es el necesario para garantizar la correcta emision de las ondas ultrasonicas, evitando danos al paciente. Dentro de la estructura (2) que conecta flsicamente las estructuras (1) y (5) se puede instalar un microprocesador encargado de gestionar y sincronizar los actuadores de ambos desplazamientos (v) y (h). Ademas, en dicha estructura (2) puede incluirse una tarjeta de conexion inalambrica para conectar a distancia con un ordenador que ejecuta las etapas de procesamiento informatico que permiten la obtencion de las curvas rinomanometricas a partir de las imagenes generadas por el dispositivo. En dicha estructura (2) tambien se puede incluir una unidad de memoria para almacenar las imagenes 2D generadas, y uno o varios puertos USB para la extraction de las imagenes como alternativa a la comunicacion inalambrica (ver figura 3). La alimentation electrica del dispositivo puede ser mediante conexion a la red electrica, aunque se puede incluir un rectificador alterna/continua y una baterla, como en el caso de los ordenadores portatiles, que garantice el suministro electrico en caso de un fallo de la red electrica.
A continuation, se detalla una realization de las etapas de procesamiento informatico conforme al tercer objeto de la invention:
i. A partir de las imagenes 2D de la cavidad nasal, se realiza una segmentation para proceder posteriormente a la reconstruction de la geometrla de la fosa nasal. Dicha geometrla puede empezar en los orificios nasales y terminar al principio de la laringe (figura 4) , es decir, a partir de la coana o zona donde se unen ambos pasajes nasales.
ii. Una vez reconstruida la geometrla se genera la malla computacional tanto de superficie como de volumen (figura 4).
iii. Utilizando un modelo de simulation del flujo laminar o turbulento, y con las condiciones de contorno apropiadas, se procede a realizar la simulacion. En la figura 5 se incluyen algunos ejemplos de simulacion con un orificio obstruido o los dos orificios libres.
i. La obtencion de las curvas de rinomanometrla se realiza de forma sistematica. Para ello, en las simulaciones se fija una calda de presion media entre la coana y los orificios de entrada, que se encuentran a presion atmosferica, y la laringe donde se impone una presion mayor o menor que la atmosferica para la espiracion o inspiration, respectivamente. Finalizada la simulacion se determina el caudal provocado por dicha calda de presion media en la coana. En la figura 6 se muestran un ejemplo de dichas curvas tanto para un orificio obstruido como para los dos orificios libres.
En este texto, la palabra "comprende" y sus variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo descrito incluya
otros elementos, pasos etc. En el contexto de la presente invencion, el termino "aproximadamente" y los terminos de su familia (tales como "aproximado", etc.) deberlan entenderse como valores indicativos muy proximos a los que acompanan al termino anteriormente mencionado. Es decir, se deberla aceptar una desviacion dentro de los llmites 5 aceptables a partir de un valor exacto, ya que la persona experta en la tecnica comprendera que dicha desviacion a partir de los valores indicados resulta inevitable debido a las imprecisiones de la medicion, etc. Lo mismo resulta aplicable a los terminos "alrededor" y "sustancialmente".
Por otra parte, la invencion no esta limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca tambien, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la eleccion de materiales, dimensiones, componentes, configuration, etc.) , dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
