Aquisição e processamento de estruturas ventriculares a partir do ecocardiograma modo-M

Abstract

Neste trabalho apresenta-se um sistema para tratamento do sinal ecocardiográfico, sobre o qual se faz a determinação, em tempo real, das estruturas do ventrículo esquerdo, cujos contornos em modo-M são processados a posteriori com o fim de extrair parâmetros caracterizadores das funções e dimensões ventriculares. O sistema total é constituído por uma parte electrónica, dedicada à detecção e digitalização das estruturas ecocardiográficas, a qual é controlada por um microcomputador que, por sua vez, suporta a secção de processamento do ecocardiograma modo-M. O sub-sistema de aquisição, partindo de pré-programações feitas pelo operador, acompanha e digitaliza as estruturas significativas do eco modo-M do ventrículo esquerdo. Estas estruturas são identificadas por comparação do sinal do modo-A com níveis analógicos, sendo as discriminações apenas válidas se ocurrerem durante intervalos de tempo (janelas de detecção) definidos dinamicamente por algoritmos de "tracking” contidos no Programa de controle; estes algoritmos tentam “prever”, a partir da evolução passada, as zonas em que as estruturas irão aparecer, permitindo o seu acompanhamento duma forma adaptativa e, em certas circunstâncias, a sua recuperação após falha temporária. O sub-sistema, caracterizado por uma elevada taxa de amostragem (250 cicios de modo-A por segundo), apresenta o sinal digitalizado em simultâneo com o modo-M original, facultando ao cardiologista o controle de qualidade das detecções, por forma a que este possa decidir adequadamente e de imediato sobre a continuação ou conclusão do exame. Da secção de processamento do eco modo-M obtêm-se as dimensões do V. E. ao longo de todo o ciclo cardíaco, bem como um conjunto de parâmetros caracterizadores da função ventricular, sendo o seu significado clínico também referido neste trabalho. O método de aquisição automática foi avaliado com sinais simulados e com dados reais de pacientes. Finalmente, apresentam-se e discutem-se, sumariamente, algumas aplicações do sistema em exames de populações com características específicas.

This work describes a system for M-mode echocardiogram processing in order to characterize the left ventricle functions and dimensions, the system detects in real time the ventricular structures and processes then off-line for parameter extraction. The system is implemented in a microcomputer that controls a dedicaded acquisition hardware and supports all the processing programs. The acquisition hardware detects, keeps track and digitizes the relevant M-mode echo structures of the left ventricle (L. V.) from initially identified contour landmarks imposed by the operator. Each echocardiographic structure is recognized, from the A-mode signal, if it occur within a detection window (including amplitude information) dynamically updated by the tracking algorithms; these algorithms try to follow the structures using the information of their past evolution, or try, under certain circumstances, to regain them after temporary failure of tracking. The acquisition sub-system has a large sampling rate (250 A-mode cycles/s), and displays the digitized signal simultaneously with the original M-mode image. The cardiologist may then control immediately the quality of the detections and take corrective actions. The processing section of the M-mode echocardiogram provides the L. V. dimensions during the whole cardiac cycle, as well as a set of parameters, whose clinical meaning is also referred in this work. The automatic acquisition sub-system was evaluated with simulated signals and with real data from patients. Finally, we present and discuss some applications of the system in the study of populations with specific characteristics.