IT202100012350A1 - Sistema smaterializzato, multiutente per l’acquisizione, la generazione e l’elaborazione di immagini ecografiche - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'Invenzione Industriale dal titolo: ?Sistema smaterializzato, multiutente per l?acquisizione, la generazione e l?elaborazione di immagini ecografiche?

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un sistema multiutente per l?acquisizione, la generazione e l?elaborazione di immagini ecografiche il quale sistema comprende:

una pluralit? di sonde a ultrasuoni configurate per scansionare pazienti in prestabiliti siti di esame e provviste di una unit? di comunicazione per trasmettere i corrispondenti dati ad una o pi? unit? di elaborazione provviste anch?esse di una unit? di comunicazione;

una pluralit? di terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente previsti nelle vicinanze dei siti di esame e provvisti di una unit? di comunicazione per trasmettere e ricevere dati da una o pi? di dette unit? di elaborazione e/o da una o pi? di dette sonde;

una rete di comunicazione che collega fra loro le unit? di comunicazione delle sonde, dei terminali di visualizzazione e di interfaccia utente e delle dette una o pi? unit? di elaborazione;

le dette sonde ed i detti terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente essendo ciascuna identificata da un corrispondente ID e;

le dette una o pi? unit? di elaborazione essendo destinate ad eseguire ciascuna almeno parte dei passi di processing dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione, le dette unit? di elaborazione essendo costituite da un hardware di elaborazione comprendente almeno un processore, almeno una memoria, almeno una unit? di comunicazione in trasmissione e ricezione, almeno una porta di input ed una porta di output per dati e/o comandi,

nelle dette unit? di elaborazione essendo caricati almeno un programma in cui sono codificate le istruzioni per eseguire rendere la o le dette unit? di elaborazione capaci di eseguire i almeno uno o pi? passi di processing per dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione.

Tipicamente, i passi di processing dei segnali di ricezione acquisiti mediante le sonde ecografiche, cio? i segnali elettrici generati dai trasduttori elettroacustici dell?insieme di trasduttori previsto su ciascuna sonda, a seguito della cattura degli echi di riflessione degli impulsi ultrasonici trasmessi ad un oggetto in esame, comprendono i seguenti processi:

il calcolo del timing di trasmissione, la generazione dei segnali di trasmissione digitali, la conversione D/A (digitale/analogica) dei segnali di trasmissione, la conversione A/D (analogico/digitale) dei segnali ricevuti, il beamforming in ricezione, le operazioni successive genericamente definite nel campo tecnico come ?back end processing? e che comprendono ad esempio: l?estrazione dei dati I/Q dai segnali di ricezione sottoposti a beamforming, la combinazione di dati di ricezione relative a trasmissioni temporalmente successive, l?estrazione dell?inviluppo dei segnali di ricezione, la compressione e decimazione del segnale, il processing alternativo alla generazione dell?immagine B-mode (Doppler, CFM etc), le attivit? di post processing sull?immagine, la scan conversion, l?image filtering, l?image enhancement ed altre elaborazioni di ottimizzazione sull?immagine, le misure sull?immagine, nonch? modalit? di imaging avanzate come elastografia, attenuation imaging ed altre.

La totalit? o la maggioranza di queste attivit? di processing pu? essere eseguita grazie ad una combinazione hardware/software in cui l?hardware di elaborazione ? sostanzialmente tradizionale, ad esempio un elaboratore od un pc ed in cui i passi di processo, sono sottoforma di istruzioni codificate in un programma che viene caricato ed eseguito dal detto hardware.

Una tale smaterializzazione, almeno parziale ? gi? presente in alcuni dispositivi diagnostici di imaging, nei quali una configurazione dedicata dell?elettronica di processing dei segnali acquisiti da sensori/rilevatori/antenne ? sostituita da unit? di elaborazione con una configurazione elettronica standard che ? in grado di eseguire ed esegue uno od una suite di programmi in cui sono codificate le istruzioni per rendere tale unit? di elaborazione e le corrispondenti unit? periferiche in grado di elaborare i segnali acquisiti secondo i passi di processing previsti. Pertanto, le varie task di processo sono caratterizzate e configurate nel codice software che l?hardware convenzionale esegue, smaterializzando di fatto la parte specifica di queste task dalla parte materializzata, cio? dall?elettronica.

Sistemi centralizzati di comando e/o controllo di una pluralit? di dispositivi di imaging sono noti, ad esempio dal brevetto EP1262786 della stessa titolare. In questo documento ? prevista una combinazione di pi? apparati per l?acquisizione di immagini in risonanza magnetica nucleare la cui elettronica di controllo ? sotto forma di una unit? di elaborazione che ? provvista di una unit? di comunicazione con un network di comunicazione. Un server ? previsto anch?esso connesso alla detta rete di comunicazione e presenta periferiche di interfaccia utente di vario tipo, una o pi? memorie e nel detto server ? caricato un programma in cui sono codificate le istruzioni per gestire le unit? di controllo dei singoli apparati di acquisizione di immagini in risonanza magnetica nucleare e per generare immagini dai dati ricevuti dagli scanner degli apparati di acquisizione in risonanza magnetica nucleare ed eseguire opzionalmente ulteriori processi di elaborazione delle dette immagini. Tipicamente in questa configurazione, dove lo scanner MRI, sostanzialmente la struttura magnetica e le varie bobine di trasmissione e di ricezione, nonch? le bobine dei gradienti ed eventuali ulteriori organi operativi ? una struttura che forma un vano di alloggiamento del paziente e che richiede al paziente di restare fermo su un supporto, come una poltrona, un lettino o simili.

La connessione alla rete di comunicazione delle unit? di comunicazione associate ai vari apparati di MRI pu? essere di tipo cablato, utilizzando tradizionali interfacce di rete e protocolli di rete, senza per questo influenzare la comodit? di utilizzo degli apparati.

Nel caso delle sonde ad ultrasuoni, queste vengono spostate e manipolate sul paziente da parte del personale di servizio addetto e pertanto la comodit? di utilizzo ? direttamente correlata ai vincoli che la sonda deve avere con l?unit? di generazione delle immagini e dall?ingombro di questa stessa unit?.

Nonostante la previsione di un cavo del tipo utilizzato nelle reti costituisca gi? un passo avanti nella maggiore comodit? di movimentazione della sonda grazie al basso numero di conduttori rispetto a quelli previsti nei cavi tradizionali di collegamento delle sonde alle unit? di generazione delle immagini, una soluzione particolarmente vantaggiosa prevede l?utilizzo di una comunicazione fra la sonda ecografica e la rete di comunicazione del tipo senza fili, ovvero una tecnologia wireless.

Questo tipo di soluzione ? noto ad esempio dal documento US2015313578. In questo documento una pluralit? di sonde ecografiche ciascuna provvista di una unit? di comunicazione secondo una tecnologia di tipo wireless, trasmette i segnali di ricezione raccolti durante la scansione di un target in esame ad un server centrale che ? configurato grazie a software in modo da essere adatto ad eseguire le funzioni tipiche delle unit? di controllo e di generazione di immagini e/o di elaborazione delle immagini generate dei tradizionali ecografi.

Lo schermo dell?ecografo e l?interfaccia di immissione di dati e/o comandi ? in questo caso sostituito da una moltitudine di schermi di visualizzazione preferibilmente del tipo touch che sono distribuiti nell?ambiente dedicato all?esecuzione delle acquisizioni di immagini ecografiche.

Tale soluzione risolve in via di principio il problema di rendere la sonda completamente libera da vincoli meccanici e quindi di essere manipolata e spostata sul paziente con la massima facilit? e agilit?.

Tuttavia, questo sistema trova un limite nel fatto che soprattutto quando ? previsto un elevato numero di sonde che operano in contemporanea su diversi pazienti, il sistema richiede una notevole larghezza di banda ed una notevole velocit? di trasmissione. Le due caratteristiche non sono fra loro svincolate, in quanto quando la larghezza di banda si riduce ? necessario applicare processi di multiplexing o condivisione dei canali di acquisizione.

Sono noti tentativi di integrare all?interno della sonda ecografica alcuni circuiti destinati ad eseguire operazioni come l?amplificazione, la generazione delle forme d?onda di comando dei trasduttori per i segnali di trasmissione e/o le elaborazioni di formatura del fascio in trasmissione e/o in ricezione note con la denominazione beamforming. Tale integrazione ha lo scopo di ridurre la quantit? di segnali da trasmettere provvedendo ad una parte dell?elaborazione gi? nella sonda stessa.

Nel documento US2015313578, l?immagine viene suddivisa in quadri o tessere di grandezza inferiore a quella complessiva dell?immagine ed i dati trasmessi dalla sonda all?unit? centrale e dall?unit? centrale allo schermo di visualizzazione sono solo quelli relativi alle tessere per le quali si sono verificati cambiamenti dell?immagine rappresentata negli stessi.

Tale modalit? necessita per? di uno speciale trattamento delle immagini e di routine di identificazione delle variazioni del contenuto delle varie tessere ad ogni nuovo frame d?immagine.

Un ulteriore limite della soluzione proposta allo stato dell?arte consiste nel fatto che comunque anche se a livello sperimentale e di prototipo esiste la possibilit? di realizzare un dispositivo effettivamente funzionante, tale dispositivo ? molto lontano da poter essere utilizzato concretamente nella pratica medica corrente e lo sviluppo di un dispositivo maturo per l?impiego richiede tempi ancora molto lunghi per una serie di motivi tecnici che vanno oltre la sola limitazione della larghezza di banda.

Tipicamente, una generica sonda per l?acquisizione di immagini ecografiche comprende un insieme di trasduttori elettroacustici, ciascuno dei quali emette delle onde ultrasoniche quando viene alimentato con un segnale elettrico di eccitazione e inoltre genera un segnale elettrico di ricezione quando sullo stesso viene ad incidere un impulso od un?onda ultrasonica che possono essere generati dalla riflessione delle onde ultrasoniche emesse dallo stesso trasduttore. L?insieme di trasduttori ? provvisto di almeno una linea di comunicazione con una unit? di elaborazione tramite la quale ciascun trasduttore fornisce i segnali di ricezione alla unit? di elaborazione stessa, e di una linea di comunicazione tramite cui vengono trasmessi a ciascun trasduttore i segnali elettrici di eccitazione prodotti da una unit? di generazione per l?eccitazione di ogni singolo trasduttore all?emissione di onde ultrasoniche, la quale unit? di generazione comprende mezzi di generazione dei segnali di eccitazione e mezzi di alimentazione dei segnali stessi al detto insieme di trasduttori.

Un sistema di imaging a ultrasuoni pu? essere suddiviso in un front-end (FE), un image former (IF) e il back-end (BE). Il FE gestisce gli aspetti hardware del trasduttore, la generazione di impulsi di trasmissione (TX), la ricezione del segnale analogico (RX) e una matrice di commutazione (SM) per le fasi di trasmissione (TX) e di ricezione (RX). Il formatore di immagine ? responsabile del beamforming, e talvolta questa funzione ? suddivisa fra il formatore di immagini IF e il front-end FE. La funzione del Back-End ? quella di migliorare le immagini, le converte da griglie di scansione acustica a griglie di visualizzazione, quindi esegue il rendering e la visualizzazione delle dette immagini.

Recentemente, IF e BE si sono spesso combinati nel software utilizzando direttamente i dati grezzi.

Questo approccio richiede pi? canali di comunicazione ad alta velocit?, in generale, basati su tecnologie ad alta velocit? per trasferire i dati grezzi ad una workstation dotata di CPU e GPU ad alte prestazioni.

La quantit? di dati da trasferire dal Front-end FE al Back-end BE ? notevole e ad esempio per un sistema di fascia alta con 128 canali, operante a 40 MHz di frequenza di campionamento, codificata a 12 bit per campione, ogni evento di impulso di trasmissione TX genera una dimensione dei dati grezzi di 2.212 MB per un'immagine assiale di 7,7 cm a una velocit? del suono di 1540 m/s. Considerando una ripetizione degli impulsi ad esempio di 15.400 volte al secondo come nell?imaging ultraveloce, i dati da trasferire sono dell?ordine di grandezza di 18,8 GB/s. Tali ordini di grandezza rendono difficile o quanto meno solo teorica l?attuazione di un sistema per l?imaging ad ultrasuoni, ad esempio, come quello descritto nel documento US2015313578.

La figura 1 mostra uno schema a blocchi di alto livello di un sistema per l?acquisizione di immagini ecografiche secondo lo stato dell?arte. Tale sistema ? mostrato senza alcuna finalit? limitativa, ma solo a scopo illustrativo per definire uno stato dell?arte consolidato, in cui il sistema ecografico mostrato ? riunito in un unico dispositivo a s? stante.

La sonda 101 pu? includere varie configurazioni di array di trasduttori, come un array monodimensionale, un array bidimensionale, un array bidimensionale, un array lineare, un array convesso e simili. I trasduttori dell'array possono essere gestiti come array 1D, array 1.25D, array 1.5D, array 1.75D, array 2D, array 3D, array 4D, ecc.

La sonda ad ultrasuoni 101 ? accoppiata tramite un collegamento cablato o wireless ad un beamformer 103. Con il termine beamformer si intende un dispositivo di formazione di un fascio di impulsi ultrasonici, i quali impulsi vengono generati ciascuno da uno dei trasduttori dell?insieme di trasduttori che forma la sonda. Poich? rispetto ad un punto disposto all?interno di una zona da esaminare la distanza di ciascuno dei trasduttori della sonda ? diversa e considerando la velocit? dell?onda acustica sostanzialmente costante nella regione in esame attraversata dagli impulsi ultrasonici per raggiungere il detto punto, i tempi necessari ai vari impulsi generati rispettivamente da uno dei trasduttori della sonda, sono diversi e per focalizzare i detti impulsi sul punto in esame in modo che detti impulsi si combinino costruttivamente ? necessario che gli stessi giungano al punto predefinito allo stesso istante e possibilmente con la stessa fase. Tale processo non solo ? tipicamente eseguito in fase di trasmissione, ma anche in fase di ricezione. Infatti, anche in questo caso, gli impulsi acustici riflessi da un punto all?interno del corpo in esame e per i quali ? supposta una velocit? di transito sostanzialmente omogenea nel detto corpo in esame raggiungono in tempi diversi i vari trasduttori a causa della differente lunghezza del percorso fra ciascun trasduttore ed il punto di riflessione. Al fine di ricostruire il contributo complessivo dell?onda riflessa ? quindi previsto di riallineare temporalmente i contributi dei singoli impulsi ricevuti dai singoli trasduttori per ottenere una loro combinazione costruttiva.

Esistono svariate tecniche di focalizzazione in trasmissione ed in ricezione che consentono di ridurre l?onere computazionale di questo processo, sia per quanto riguarda l?hardware necessario sia per quanto riguarda i tempi di elaborazione per la formazione del fascio di trasmissione e/o di ricezione.

Il beamformer 103 secondo lo stato dell?arte comprende quindi un beamformer di trasmissione (TX) e/o un beamformer di ricezione (RX) che sono rappresentati congiuntamente dal beamformer TX/RX 103. Le parti TX e RX del beamformer possono essere implementate insieme o separatamente. Il beamformer 103 fornisce segnali di trasmissione alla sonda 101 ed esegue il beamforming dei segnali di ricezione "eco" ricevuti dalla sonda 101 secondo la modalit? di formazione dei fasci di ricezione e/o di trasmissione prevista.

Un generatore di forma d'onda TX 102 ? accoppiato al beamformer 103 e genera i segnali di trasmissione che vengono forniti dal beamformer 103 alla sonda 101. I segnali di trasmissione possono rappresentare vari tipi di segnali TX ad ultrasuoni, come quelli utilizzati in connessione con l'imaging in modalit? B, l'imaging Doppler, l'imaging Doppler a colori, le tecniche di trasmissione ad inversione di impulsi, l'imaging basato sul contrasto, l'imaging in modalit? M e simili. Inoltre o in alternativa, i segnali di trasmissione possono includere la trasmissione singola o multilinea, impulsi di trasmissione possono essere focalizzati su singole linee oppure possono essere focalizzati in modo da estendersi su zone pi? ampie o su una intera regione di interesse (denominata in gergo tecnico ROI), ad esempio sotto forma di onde piane oppure gli impulsi di trasmissione possono essere non focalizzati e costituiti da impulsi trasmessi da un solo punto cio? da un singolo trasduttore dell?insieme di trasduttori alla volta o da un sottogruppo selezionato di trasduttori od anche da tutti i trasduttori dell?insieme di trasduttori della sonda che sono controllati in trasmissione in modo da generare un impulso od un?onda od una sequenza di impulsi di trasmissione configurati come se venissero emessi da un punto di vista fisico comune o da pi? singoli punti, ovvero trasduttori o da pi? sottogruppi di trasduttori.

Il beamformer 103 esegue il beamforming su segnali eco ricevuti per formare segnali eco di ricezione derivanti dai contributi di segnale di ricezione ricevuti dai singoli trasduttori, in connessione con le posizioni dei pixel distribuiti nella regione di interesse. Ad esempio, in accordo con certe forme di realizzazione, gli elementi del trasduttore generano segnali di ricezione analogica grezzi che vengono forniti al beamformer. Il beamformer regola i ritardi per focalizzare il segnale di ricezione lungo uno o pi? raggi di ricezione selezionati e ad una o pi? profondit? selezionate all'interno della regione di interesse (ROI). Il beamformer regola la ponderazione dei segnali di ricezione per ottenere l'apodizzazione e il profilo desiderato. Il beamformer applica pesi e ritardi ai segnali di ricezione dei singoli trasduttori corrispondenti della sonda. I segnali di ricezione ritardati e ponderati vengono poi sommati per formare un segnale di ricezione coerente.

Il beamformer 103 include (o ? accoppiato a) un preamplificatore e/o convertitore A/D 104 che digitalizza i segnali di ricezione ad una frequenza di campionamento selezionata. Il processo di digitalizzazione pu? essere eseguito prima o dopo l'operazione di somma che produce i segnali di ricezione coerenti. Il beamformer include anche (o ? accoppiato ad un demodulatore 105 che demodula i segnali di ricezione per rimuovere la forma d'onda portante. Una volta che i segnali di ricezione sono demodulati e digitalizzati, vengono generati segnali di ricezione complessi che includono componenti I,Q (chiamati anche coppie di dati I,Q). Le coppie di dati I,Q vengono salvate in memoria come pixel dell'immagine. Le coppie di dati I,Q, che definiscono i pixel dell'immagine per le singole posizioni corrispondenti lungo le linee di vista corrispondenti (LOS) o linee di vista. Una collezione di pixel dell'immagine (p.es. coppie di dati I,Q) vengono raccolti nel tempo e salvati come frame 2D e/o volumi 3D di dati immagine. I pixel dell'immagine corrispondono ai tessuti e ad altre anatomie all'interno del ROI.

Opzionalmente, ? possibile programmare un controllore di sequenza/temporizzazione dedicato 110 per gestire la temporizzazione dell'acquisizione, che pu? essere generalizzata come una sequenza di spari mirata a selezionare punti di riflessione/obiettivi nella ROI. Il controllore di sequenza 110 gestisce il funzionamento del beamformer TX/RX 103 in connessione con la trasmissione di fasci ultrasonici e la misurazione dei pixel dell'immagine nelle singole posizioni LOS lungo le linee di vista. Il controllore di sequenza 110 gestisce anche la raccolta dei segnali di ricezione.

Uno o pi? processori 106 e/o CPU 112 eseguono varie operazioni di elaborazione come descritto nel presente documento.

Ad esempio, il processore 106 esegue un modulo B/N per generare immagini in modalit? B. Il processore 106 e/o la CPU 112 esegue un modulo Doppler per generare immagini Doppler. Il processore esegue un modulo Color flow module (CFM) per generare immagini colorate. Il processore 106 e/o la CPU 112 possono implementare ulteriori operazioni di imaging a ultrasuoni e di misurazione. Opzionalmente, il processore 106 e/o la CPU 112 possono filtrare il primo e il secondo spostamento per eliminare gli artefatti legati al movimento.

Un convertitore di scansione dell'immagine 107 esegue la conversione di scansione dei pixel dell'immagine per convertire il formato dei pixel dell'immagine dal sistema di coordinate del percorso del segnale di acquisizione degli ultrasuoni (ad esempio, il beamformer, ecc.) e dal sistema di coordinate del display. Ad esempio, il convertitore di scansione 107 pu? convertire i pixel dell'immagine dalle coordinate polari alle coordinate cartesiane per i frame.

Una memoria cine non illustrata in dettaglio memorizza una sequenza temporale di frame. I frame possono essere memorizzati con formati in coordinate polari, coordinate cartesiane o in un altro sistema di coordinate.

Un display di immagini 109 visualizza varie informazioni ecografiche, come i frame e le informazioni misurate in base alle forme di realizzazione qui contenute. Il display 109 visualizza l'immagine ecografica con la regione di interesse indicata.

Un modulo CPU di controllo 112 ? configurato per eseguire vari compiti come l'implementazione dell'utente/interfaccia e la configurazione/controllo generale del sistema. In caso di implementazione completamente software del percorso del segnale a ultrasuoni, il nodo di elaborazione ospita di solito anche le funzioni della CPU di controllo.

Viene fornito un circuito di alimentazione 111 per alimentare i vari circuiti, moduli, processori, componenti di memoria e simili. L'alimentatore 111 pu? essere una fonte di alimentazione in corrente alternata e/o una fonte di alimentazione a batteria (ad esempio, in connessione con il funzionamento portatile).

Secondo la presente forma esecutiva ed a titolo di esempio, il processore 106 pu? essere associato od eventualmente anche comprendere un modulo di monitoraggio di ECG che riceve i segnali di un ECG (non mostrato in dettaglio) e che consente di combinare l?acquisizione di immagini con i segnali ECG secondo le diverse varianti di tecniche note di acquisizione di immagini sincronizzate mediante segnale ECG.

L?invenzione ha lo scopo di prevedere un sistema del tipo descritto all?inizio, in cui sia possibile superare non solo i problemi legati alla larghezza di banda dei canali wifi o di altro sistema di comunicazione wireless ed alla velocit? di trasmissione dei segnali fra la sonda e l?unit? di elaborazione e/o la detta unit? di elaborazione ed i terminali di visualizzazione, nonch? fra le interfacce utente e la detta unit? di elaborazione, ma anche di superare inconvenienti legati alla effettiva possibilit? di realizzare concretamente un dispositivo maturo per il mercato ed il suo utilizzo ampliando e migliorandone le funzionalit?.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione, il problema su esposto viene risolto prevedendo

Sistema multiutente per l?acquisizione, la generazione e l?elaborazione di immagini diagnostiche il quale sistema comprende:

una pluralit? di sonde a ultrasuoni configurate per scansionare pazienti in prestabiliti siti di esame e provviste di una unit? di comunicazione per trasmettere i corrispondenti dati ad una o pi? unit? di elaborazione provviste anch?esse di una unit? di comunicazione;

una pluralit? di terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente previsti nelle vicinanze dei siti di esame e provvisti di una unit? di comunicazione per trasmettere alla e ricevere dati da una o pi? di dette unit? di elaborazione e/o da una o pi? di dette sonde;

una rete di comunicazione che collega fra loro le unit? di comunicazione delle sonde, dei terminali di visualizzazione e di interfaccia utente e delle dette una o pi? unit? di elaborazione;

le dette sonde ed i detti terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente essendo identificati ciascuno da un corrispondente ID e;

le dette una o pi? unit? di elaborazione essendo destinate ad eseguire ciascuna almeno parte dei passi di processing dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione, le dette unit? di elaborazione essendo costituite da un hardware di elaborazione comprendente almeno un processore, almeno una memoria, almeno una unit? di comunicazione in trasmissione e ricezione, almeno una porta di input ed una porta di output per dati e/o comandi,

nelle dette unit? di elaborazione essendo caricati almeno un programma in cui sono codificate le istruzioni per eseguire rendere la o le dette unit? di elaborazione capaci di eseguire i almeno uno o pi? passi di processing per dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione;

ed in cui ciascun passo di processing e/o un gruppo di due o pi? passi di processing sono sottoforma di container comprendenti l?applicazione che contiene le istruzioni per l?esecuzione del o dei passi di processing all?unit? di elaborazione e l?ambiente di esecuzione dell?applicazione con i relativi settaggi, ovvero il file system, le librerie e le connessioni di interfaccia API necessarie all?esecuzione dell?applicazione,

essendo nelle unit? di elaborazione caricato e venendo dalle stesse eseguito un programma di gestione che costituisce il motore della virtualizzazione mediante container.

In una forma esecutiva, il sistema presenta una architettura hardware distribuita dell?unit? di elaborazione, costituita da almeno due, preferibilmente tre, opzionalmente almeno quattro o pi? unit? di elaborazione le quali sono integrate ciascuna, rispettivamente nella sonda e/o in una opzionale unit? locale di elaborazione associata ad uno o pi? postazioni paziente e dedicata ad una sola sonda o ad un numero parziale di sonde ed eventualmente posizionata nelle immediate vicinanze della o delle dette una o pi? postazioni paziente e/o in una unit? remota centrale di elaborazione che ? associata a tutte e/o almeno a parte delle dette sonde e/o delle dette unit? locali di elaborazione, e/o ad una o pi? della detta pluralit? di terminali di visualizzazione e di interfaccia utente,

essendo le dette unit? di elaborazione comunicanti fra loro;

ed essendo i passi di processing dei segnali di ricezione della o delle sonde suddivisi sulle dette unit? di elaborazione in modo tale che una o pi? delle dette unit? di elaborazione esegua solamente una parte dei passi di processing.

Secondo una forma esecutiva, sono previste applicazioni, ciascuna delle quali applicazioni ? inclusa ed eseguibile in un corrispondente contenitore od almeno due delle quali applicazioni sono incluse ed eseguibili in un corrispondente contenitore e ciascuna delle quali applicazioni comprende il codice per l?esecuzione di rispettivamente almeno uno dei passi di processing selezionabili ti o previsti dalla seguente lista:

- il calcolo del timing di trasmissione;

- la generazione dei segnali di trasmissione digitali;

- la conversione D/A (digitale/analogica) dei segnali di trasmissione;

- la conversione A/D (analogico/digitale) dei segnali ricevuti;

- il beamforming in ricezione;

- le operazioni successive genericamente definite nel campo tecnico come ?back end processing? come una o pi? dei seguenti passi ad esempio:

- l?estrazione dei dati I/Q dai segnali di ricezione sottoposti a beamforming;

- la combinazione di dati di ricezione relative a trasmissioni temporalmente successive;

- l?estrazione dell?inviluppo dei segnali di ricezione;

- la compressione e decimazione del segnale;

- il processing alternativo alla generazione dell?immagine B-mode, Doppler, CFM ed altre modalit?;

- le attivit? di post processing sull?immagine; - la scan conversion;

- l?image filtering;

- l?image enhancement ed

- altre elaborazioni di ottimizzazione sull?immagine, le misure sull?immagine, nonch? modalit? di imaging avanzate come elastografia, attenuation imaging e combinazioni di una o pi? dei suddetti passi elencati.

Secondo una forma esecutiva, la o le sonde e/o la o le unit? locali di elaborazione e/o la o le unit? centrali di elaborazione e/o il od i terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente possono comunicare alternativamente od in combinazione, grazie ad una selezione della modalit? di comunicazione, mediante una connessione via cavo e/o una connessione wireless.

Secondo ancora una caratteristica, ? possibile prevedere una unit? locale associata ad un gruppo di postazioni paziente, ad esempio due o pi? postazioni paziente, essendo prevista una sonda per ciascuna postazione e/o per due o pi? postazioni del detto gruppo.

Analogamente ? possibile prevedere una unit? di elaborazione centrale che opera in combinazione di uno o pi? gruppi di postazioni paziente, cio? di sonde e/o di unit? di elaborazione locale.

Sono possibili diverse configurazioni del sistema secondo la combinazione pi? generale di cui sopra.

Secondo una forma esecutiva una configurazione del sistema prevede che

- almeno una delle sonde ? collegata a unit? di elaborazione locale tramite cavo analogico;

- la conversione D/A in trasmissione (TX), conversione A/D in ricezione (RX) viene effettuata su un?unit? di elaborazione locale e il beamforming in trasmissione e/o ricezione (TX/RX) e l?ulteriore processing secondo uno o pi? dei passi pi? sopra elencati su una unit? di elaborazione centrale.

Una variante esecutiva prevede in alternativa che - almeno una delle sonde ? collegata a unit? di elaborazione locale tramite cavo analogico;

- conversione D/A in trasmissione (TX), conversione A/D in ricezione (RX) e beamforming in trasmissione e/o ricezione (TX/RX) su una unit? locale e l?ulteriore processing su una unit? di elaborazione centrale.

Secondo una ulteriore forma esecutiva una configurazione del sistema prevede che

- almeno una sonda ? collegata in maniera cablata o wireless ad una unit? di elaborazione locale con una connessione digitale;

- la conversione D/A in trasmissione (TX), conversione A/D in ricezione (RX) viene effettuata sulla sonda e il beamforming in trasmissione e/o ricezione (TX/RX) e il back-end processing su un?unit? di elaborazione locale e l?ulteriore processing secondo uno o pi? dei passi pi? sopra elencati su una unit? di elaborazione centrale.

Una variante esecutiva prevede in alternativa che - almeno una sonda ? collegata in maniera cablata o wireless ad una unit? di elaborazione locale con una connessione digitale;

- la conversione D/A in trasmissione (TX), conversione A/D in ricezione (RX) e il beamforming in trasmissione e/o ricezione (TX/RX) vengono effettuati sulla sonda e il back-end processing su un?unit? di elaborazione locale e l?ulteriore processing secondo uno o pi? dei passi pi? sopra elencati su una unit? di elaborazione centrale.

Ancora una ulteriore variante esecutiva prevede in alternativa che

- almeno una sonda ? collegata in maniera cablata o wireless ad una unit? di elaborazione locale con una connessione digitale;

- la conversione D/A in trasmissione (TX), conversione A/D in ricezione (RX) vengono eseguiti sulla sonda, mentre il beamforming in trasmissione e/o ricezione (TX/RX) vengono eseguiti in parte sulla sonda e in parte su una unit? di elaborazione locale e il back-end processing su un?unit? di elaborazione locale e l?ulteriore processing secondo uno o pi? dei passi pi? sopra elencati su una unit? di elaborazione centrale.

Una ulteriore forma esecutiva prevede che

- almeno una sonda ? collegata ad una unit? di elaborazione locale mediante cavo e con una connessione analogica o digitale;

- la generazione segnali di trasmissione e il beamforming in trasmissione vengano eseguiti sulla sonda, la conversione A/D in ricezione (RX) e il beamforming in ricezione vengano eseguiti su una unit? locale, il back-end processing e l?ulteriore processing di immagine vengano eseguiti su unit? locale o centrale.

Una variante esecutiva prevede in alternativa che - almeno una sonda ? collegata ad una unit? di elaborazione locale mediante cavo e con una connessione analogica o digitale;

- la generazione segnali di trasmissione, il beamforming in trasmissione e il beamforming in ricezione, parziale analogico vengano eseguiti sulla sonda, la conversione A/D in ricezione (RX) venga eseguita su una unit? locale, mentre ulteriori passi di beamforming, il back-end processing e l?ulteriore processing di immagine vengano eseguiti su unit? locale o centrale ed alcuni ulteriori passi di elaborazione vengano eseguiti solo su una unit? centrale, eseguendo sulle dette unit? la corrispondente applicazione inclusa in un container dedicato ad essa.

Una variante esecutiva pu? prevedere che la o le unit? di elaborazione locali siano omesse e che le funzioni svolte dalla o dalle stesse secondo una qualsivoglia delle forme e varianti esecutive sopra descritte siano eseguite dalla sonda e/o da una unit? di elaborazione centrale oppure che dette funzioni siano suddivise fra la sonda e la detta una unit? di elaborazione centrale.

Secondo una forma esecutiva, ad esempio, la sonda pu? comprendere una unit? di conversione DAC e/o ADC.

In alternativa sono possibili diverse varianti secondo cui la sonda pu? comprendere una unit? di conversione DAC/ADC e una unit? di beamforming in trasmissione e/o in ricezione, oppure in alternativa una unit? di conversione DAC/ADC, una unit? di beamforming in trasmissione e/o in ricezione ed unit? di back-end processing, oppure secondo ancora una ulteriore alternativa, una unit? di beamforming in trasmissione e/o in ricezione, una o pi? unit? di backend processing ed uno scan converter, nonch? opzionalmente unit? di esecuzione di ulteriori elaborazioni delle immagini, venendo in questo caso trasmesse ad una unit? centrale di elaborazione solamente le immagini ecografiche gi? formate.

Nonostante questa configurazione del sistema che prevede una pluralit? di unit? di elaborazioni su cui vengono distribuite almeno parte delle diverse task di processing dei segnali di ricezione e/o di trasmissione, possa essere di aiuto in una riduzione dei dati da trasmettere fra le sonde, le unit? di elaborazione locali e centrali ed i terminali di visualizzazione e/o interfaccia utente e quindi in una limitazione della occupazione della banda, specialmente per le soluzioni che prevedono una connessione mediante protocolli wireless, risulta importante poter combinare con una o pi? qualsivoglia delle forme esecutive e delle varianti esecutive di cui sopra accorgimenti che possano limitare ulteriormente la quantit? di dati trasmessi fra la o le sonde, la o le unit? locali di elaborazione la o le unit? centrali di elaborazione e il od i terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente.

Secondo una forma esecutiva che pu? essere prevista in qualsiasi combinazione o sotto combinazione con una o pi? delle forme esecutive e delle varianti esecutive sopra descritte della presente invenzione, il sistema prevede ulteriormente di applicare alternativamente fra loro e/o, quando possibile, anche in qualsivoglia combinazione fra loro di uno o pi? processi di riduzione della quantit? di dati selezionati dalla seguente lista:

- Decimazione temporale adattiva dei dati, in funzione di una larghezza di banda prestabilita, regolando la frequenza di campionamento in base al limite di Nyquist (due volte la massima frequenza per i dati RF, frequenza massima-frequenza minima per i dati IQ);

- Uso di un sottoinsieme di trasduttori in ricezione, calcolati in base all?apertura massima in ricezione effettivamente impiegata per combinare i segnali relativi ad una determinata trasmissione;

- Sotto campionamento, periodico o aperiodico, nel dominio temporale o nel dominio dei canali in ricezione o in entrambi e uso di tecniche di compress sensing per la ricostruzione dell?immagine basate su prior di sparsit? nel dominio dell?immagine o in un dominio trasformato come ad esempio trasformata di fourier, kspazio, wavelet;

- Sotto campionamento, periodico o aperiodico, nel dominio temporale o nel dominio dei canali in ricezione o in entrambi, e uso di tecniche di machine learning per la ricostruzione dei dati mancanti;

- Sotto campionamento mediante riduzione del numero di dati tramite moltiplicazione dei segnali ricevuti per una matrice con numero di righe inferiore al numero di colonne;

- impiego di tecniche di beamforming avanzate che consentano di ottenere immagini di pari o simile qualit? rispetto all?insonificazione standard line by line, riducendo il numero di trasmissioni e quindi la quantit? di dati necessaria per formare un frame, come ad esempio quelle della seguente lista: beamforming multilinea in ricezione, synthetic transmit beamforming (STB), retrospective transmit beamforming (RTB), synthetic aperture imaging, plane wave o diverging wave beamforming;

- combinazione di beamforming basato su synthetic aperture o plane wave o diverging wave beamforming, con una riduzione del numero di trasmissioni e con un algoritmo di machine learning che mappa le immagini a bassa qualit? ottenute con un numero limitato di insonificazioni, su immagini che riproducono le caratteristiche di immagini di alta qualit? che sarebbero state ottenute con un numero pi? elevato di insonificazioni.

- beamforming a due stadi o micro-beamforming in cui una parte del beamforming viene effettuata sulla sonda su gruppi distinti di trasduttori, riducendo in questo modo il numero di canali di comunicazione fra sonda e apparato e di conseguenza il data transfer rate, ed in cui l?ulteriore parte del beamforming viene effettuata da una unit? di elaborazione locale e/o centrale,

essendo le istruzioni per l?esecuzione dei detti processi codificate in una o pi? corrispondentei applicazioni incluse ed eseguibili ciascuna od una pluralit? di queste in un corrispondente container.

Un metodo di beamforming RTB ? descritto nel documento EP3263036.

Una descrizione del Synthetic aperture Beamforming ? contenuta nella pubblicazione

"Synthetic Aperture Ultrasound Imaging," Ultrasonics, vol. 44, pp. e5-e15, 2006.

Anche il documento US2014058266A1 descrive una specifica applicazione basata sul Synthetic Aperture Imaging.

Una ulteriore descrizione del protocollo di beamforming denominato Synthetic Aperture Imaging ? contenta nel documento ?Synthetic Aperture and Plane Wave Ultrasound Imaging with Vesrsal ACAP?.pubblicato e reperibile all?indirizzo web https://www.xilinx.com/.../white_papers/wp520-sa-pwimaging.pdf.

La tecnologia del Plane Wave Beamforming ? descritta nel documento ?Synthetic Aperture and Plane Wave Ultrasound Imaging with Vesrsal ACAP?.pubblicato e reperibile all?indirizzo web https://www.xilinx.com/.../white_papers/wp520-sa-pwimaging.pdf.

La tecnica di beamforming mediante ?back propagation? ? descritta ad esempio nei documenti US 5,628,320 e US 5,720,708 che comprendono una dettagliata ed esaustiva descrizione della teoria e del metodo della back propagation ed il cui contenuto informativo si intende integrato per riferimento in questa descrizione.

Un esempio di un processo mediante un algoritmo di Convolutional Compounding ? descritto nel documento Sparse convolutional plane-wave compounding for ultrasound imaging, Baptiste Heriard-Dubreuil, Adrien Besson Fr?d?ric Wintzenrieth, Jean-Philippe Thiran and Claude Cohen-Bacrie, [Proceedings of IUS 2020], Conference2020 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS 2020), Las Vegas, US, September 6-11, 2020.

La tecnica denominata Compressed Sensing si basa sulla struttura di segnali al fine di ridurre il numero di campioni necessari per la ricostruzione un segnale, rispetto al legge di Nyquist. Il principio fondamentale della CS ? di misurare solo pochi coefficienti fondamentali di un segnale comprimibile e di ricostruirlo poi mediante un processo iterativo di ottimizzazione.

Un metodo ed un sistema di imaging che utilizza una tecnologia di beamforming mediante una tecnica di Compressed Sensing sono descritti nel documento EP2660618A1 che ? integrato per riferimento nella presente descrizione e ne fa parte integrante.

Un esempio di microbeamforming ? descritto nel documento US20080262351A1 che ? integrato nella presente descrizione per riferimento.

Secondo ancora una forma esecutiva che pu? essere prevista in combinazione con una o pi? delle precedenti forme e varianti esecutive, ? possibile applicare per la fase di beamforming in ricezione tecniche di machine learning.

Queste tecniche di machine learning o deep learning possono essere utilizzate per ricostruire dati immagini con una certa qualit? anche in presenza di un ridotto numero di trasmissioni.

Esempi di queste tecniche sono descritti nei documenti ?A Deep Learning Approach to Ultrasound Image Recovery?, Dimitris Perdios, Adrien Besson, Marcel Arditi, and Jean-Philippe Thirany, 2017 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS) oppure ?CNN-Based Image Reconstruction Method for Ultrafast Ultrasound Imaging?,

IEEE Transactions on Medical Imaging ( Volume: 40, Issue: 3, March 2021), Page(s): 1078-1089.

L?uso di ricostruzioni di immagini mediante algoritmi di Intelligenza artificiale ? noto da decenni nel campo dell?Imaging.

Una forma esecutiva che pu? essere prevista in qualsivoglia combinazione o sotto combinazione con le tecniche di riduzione della quantit? di dati sopra descritte e che prevede l?utilizzo di algoritmi di Machine Learning pu? prevedere l?utilizzo di tali algoritmi per ridurre e meglio definire la dimensione di una ROI con riferimento ad un target di interesse presente nel corpo in esame e/o alternativamente od in combinazione con la definizione e la scelta dei piani di scansione.

Anche nel caso degli applicativi che contengono le istruzioni per eseguire uno o pi? dei processi su elencati questi applicativi sono compresi in un container e vengono eseguiti nell?ambito dell?ambiente definito dal detto container.

Per quanto riguarda la gestione della comunicazione fra due o pi? sonde e/o due o pi? unit? locali di elaborazione e/o almeno una unit? centrale di elaborazione e/o uno o pi? terminali di visualizzazione e di interfaccia utente, una forma esecutiva dell?invenzione prevede che detta comunicazione si basi su protocolli come anche su una rete virtuale 5G e/o una comunicazione mediante fibra ottica.

Una descrizione di una rete virtuale 5G per telecomunicazioni che pu? essere applicata al presente sistema ecografico ? descritta nel documento https://cordis.europa.eu/article/id/238330-novel-5garchitecture-based-on-virtual-networks/it.

Secondo una forma esecutiva che pu? essere prevista in combinazione con una o pi? delle precedenti forme esecutive pi? sopra descritte, almeno alcuni dei terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente comprendono o sono costituiti da un dispositivo di interfaccia per realt? aumentata.

Ad esempio, e non in via limitativa, il dispositivo di realt? aumentata pu? essere costituito da una o pi? delle unit? elencate nella seguente lista non esaustiva:

Surface Studio and Dial?, Azure Kinetic DK, Intel Real Sense, Speech recognition, HoloLens, riconoscimento di gesti, riconoscimento dell?orientamento dello sguardo o combinazione di questi.

Secondo una ulteriore forma esecutiva che pu? essere prevista in qualsiasi combinazione o sotto combinazione con una o pi? delle precedenti forme e varianti esecutiva, il sistema presenta almeno una memoria per i dati paziente corrispondenti alle immagini ed almeno un passo di elaborazione che prevede di rendere l?accesso ai dati paziente previa autenticazione ed autorizzazione, mentre prevede l?accesso e la trasmissione in forma anonimizzata, cio? priva di informazioni anagrafiche del o dei pazienti, ad altre unit? di posto processing, come una stazione di lavoro remota per una 2nd opinion diagnosis, cio? una diagnosi aggiuntiva rispetto ad una diagnosi locale.

Con riferimento alla architettura del sistema che prevede una virtualizzazione a container, in cui i singoli container contengono ciascuno una o pi? dei software applicativi in cui sono codificate le istruzioni per l?esecuzione di almeno uno o di un certo numero di passi del processing per l?acquisizione e la generazione ed anche per l?elaborazione delle immagini, appare evidente come tale architettura di virtualizzazione renda possibile agli utenti di configurare liberamente diverse classi di sistemi ecografici e quindi di tarare i sistemi ed i relativi costi con riferimento all?utilizzo che si desidera fare. Ad esempio, gli applicativi virtualizzati a container possono essere relativi a sistemi che presentano diversi numeri di canali BF, una diversa banda un diverso sampling rate e/o un diverso Max gain. Ogni diverso applicativo avendo un corrispondente costo e quindi consentendo di tarare il sistema e le prestazioni ed anche il costo alle esigenze effettive.

In particolare, un utente avendo a disposizione l?hardware di base pu? acquistare licenze per diversi applicativi e tali licenze possono anche essere a tempo o ad utilizzo, rendendo accessibili configurazioni di alto livello solo per i casi in cui sono necessarie e per i tempi in cui tali prestazioni sono richieste.

Queste ed altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione di alcuni esempi esecutivi illustrati nei disegni allegati in cui:

La fig.1 mostra uno schema a blocchi di alto livello di un sistema di acquisizione di immagini ecografiche secondo lo stato dell?arte.

La figura 2 mostra una forma esecutiva di una possibile configurazione hardware del sistema ecografico secondo la presente invenzione.

La fig. 3 mostra uno schema a blocchi di alto livello di una architettura di virtualizzazione di un sistema hardware software secondo la tecnologia denominata virtualizzazione a container.

La fig. 4A mostra con una grafica in forma di tabella alcune diverse possibili configurazioni di un sistema ecografico secondo la presente invenzione ed in particolare secondo la figura 2 e le corrispondenti varianti in cui sono mostrate le possibili diverse suddivisioni dei processi di front-end, image forming, back-end e ulteriore elaborazione di un sistema per imaging ecografico, essendo le voci dei processi da interpretare come software specifico caricato ed eseguito da unit? di elaborazione previste nella sonda, nella unit? locale di elaborazione, nella unit? centrale di elaborazione e nel terminale di visualizzazione e di interfaccia utente.

La fig. 4B mostra una variante relativa alla configurazione in cui non ? prevista una unit? locale di elaborazione e la sonda 101 comunica direttamente con l?unit? centrale 200.

La fig. 5 mostra schematicamente un esempio di installazione del sistema in un ospedale.

Con riferimento alla figura 2, il sistema ecografico secondo la presente invenzione comprende una sonda per la trasmissione degli impulsi ad ultrasuoni in un corpo in esame e per la ricezione dei segnali di eco generati dai detti impulsi di trasmissione. La sonda tipicamente ? parte del cosiddetto Front-End del sistema. La sonda indicata con 101 ? collegata mediante cavo o mediante connessione wireless con una unit? locale di elaborazione indicata con 240.

L?unit? locale di elaborazione 240 a sua volta ? collegata mediante una connessione wireless con una rete di comunicazione 220, ad una unit? centrale di elaborazione 200. Un terminale di visualizzazione e di interfaccia di input per l?utente, ad esempio un touchscreen 230 ? collegato anch?esso mediante connessione wireless alla rete wireless 220 per ricevere le immagini da visualizzare dall?unit? centrale 200 e/o per trasmettere i comandi inseriti dall?utente ad una o pi? delle unit? centrale 200, unit? locale 240 e/o sonda 101.

Una variante esecutiva pu? prevedere che anche la sonda 101 sia collegata alla rete 220 mediante una connessione wireless invece che mediante cavo. In questo caso, la sonda pu? connettersi sia all?unit? di elaborazione locale 240 come nella figura 2, oppure contemporaneamente anche direttamente all?unit? centrale di elaborazione 200 e/o al terminale di visualizzazione e di interfaccia utente 230.

Ad esempio, per operazioni di setting o diagnostica, la sonda pu? collegarsi direttamente al terminale di visualizzazione 230 quando opera con una connessione wireless, mentre si deve collegare attraverso l?unit? locale o l?unit? centrale se opera con una configurazione come quella illustrata.

La struttura hardware delle unit? operative, come la sonda 101, e/o l?unit? locale di elaborazione e/o l?unit? centrale di elaborazione e/o il terminale di visualizzazione e di interfaccia utente presentano una parte dell?hardware costituita da un elaboratore di tipo convenzionale, come ad esempio un microprocessore con le sue periferiche standard e/o una CPU con le sue periferiche standard od un computer come un PC od una workstation. Solamente una parte dell?hardware deve necessariamente essere costituita da componenti ad hoc come ad esempio i trasduttori, gli schermi ed altro.

Una soluzione di questo tipo di architettura ? suggerita dal documento EP1262786 la cui descrizione ? ? integrata per riferimento nella presente descrizione.

Grazie alla possibilit? di strutturare l?hardware di queste unit? operative come generico sistema di elaborazione universale e programmabile, ? possibile realizzare le funzioni specifiche di acquisizione, elaborazione dei segnali di trasmissione e di quelli di ricezione e le funzioni relative formazione delle immagini, nonch? alla loro elaborazione ulteriore per ricavare misure, informazioni aggiuntive su parametri chimici e/o fisiologici e/o qualitativi del target in esame per mezzo di software in cui sono codificati i workflow di task, cio? la sequenza di istruzioni da eseguire dall?hardware di elaborazione che consentono a questo hardware ed alle sue periferiche di eseguire le suddette funzioni.

Pertanto, la migrazione dell?architettura hardware dell?ecografo da sistema ad hoc ad un sistema comprendente hardware di elaborazione standard che esegue specifici programmi in cui sono codificate le funzionalit? specifiche di elaborazione dei dati per i vari passi del processo di acquisizione, di formazione e di elaborazione delle immagini consente di svincolare le funzioni dell?ecografo dalla struttura hardware, rendendo molto flessibile la configurazione dell?ecografo stesso.

Tipicamente le funzioni principali svolte da un ecografo sono costituite da diversi passi di elaborazione che comprendono in via non esaustiva e nemmeno limitativa il calcolo del timing di trasmissione, la generazione dei segnali di trasmissione digitali, la conversione D/A (digitale/analogica) dei segnali di trasmissione, la conversione A/D (analogico/digitale) dei segnali ricevuti, il beamforming in ricezione e/o in trasmissione, le operazioni successive come estrazione dei dati mediante demodulazione I/Q, la combinazione di dati di ricezione relative a trasmissioni temporalmente successive, l?estrazione dell?inviluppo dei segnali di ricezione, la compressione e/o la decimazione dei segnali (step convenzionalmente riassunti come ?back end processing?), il processing alternativo alla generazione dell?immagine B-mode, come Doppler, CFM ed altri noti allo stato dell?arte, il post processing sull?immagine, la scan conversion, l?image filtering, l?image enhancement ed altri, le misure sull?immagine, le modalit? di imaging avanzate come elastografia, attenuation imaging ed altre.

Si noti che grazie alla migrazione delle funzionalit? in forma di software, un sistema secondo la presente invenzione pu? facilmente venire adattato o modificato od integrato per eseguire i suddetti processi secondo modalit? che verranno sviluppate in futuro, come pure per poter eseguire passi nuove funzioni di processing che verranno sviluppate in futuro.

Grazie al fatto di poter prevedere una unit? di elaborazione convenzionale in ciascuna delle unit? operative precedentemente descritte con riferimento alla figura 2, l?invenzione consente di ripartire i passi di generazione dei segnali di trasmissione, di acquisizione ed elaborazione dei segnali di ricezione sopra elencati fra le suddette unit? operative.

La tipologia di passi da far eseguire a ciascuna delle suddette unit? operative dipende in particolare dalla tipologia di connessione delle dette unit? operative fra loro. Come appare dalla figura 2, infatti il collegamento, preferibilmente della sonda ad una unit? locale di elaborazione, pu? avere luogo sia mediante connessione cablata, sia mediante connessione wireless. Ci? comporta limitazioni sulla velocit? di trasmissione dei dati e soprattutto sulla larghezza di banda disponibile per la trasmissione di questi dati.

Per quanto riguarda la larghezza di banda disponibile e quindi una specifica distribuzione dei processi sui diversi componenti del sistema, cio? sonda, unit? locale di elaborazione, unit? centrale di elaborazione e terminale di visualizzazione e di interfaccia utente, appare chiaro che la scelta di questa distribuzione dipende soprattutto dal numero di sonde, di unit? locali di elaborazione e di terminali di visualizzazione e di interfaccia che devono collegarsi contemporaneamente ad una comune unit? centrale di elaborazione, direttamente o mediante una propria e dedicata unit? locale di elaborazione od eventualmente mediante una unit? locale di elaborazione condivisa da almeno parte delle dette sonde.

Vale la pena qui mettere in evidenza il fatto che ? possibile configurare il sistema in modo tale che, le sezioni di elaborazione associate a ciascuna unit? operativa o componente del sistema (sonda, unit? locale di elaborazione, unit? centrale di elaborazione, terminale di visualizzazione ed interfaccia) possono essere configurate in modo tale da eseguire pi? passi di processing, essendo i corrispondenti software caricati nelle memorie delle stesse, mentre ? possibile modificare dinamicamente i passi di processing eseguiti dalle varie unit? operative, fra un minimo ed un massimo di detti passi, in funzione della larghezza di banda disponibile per la comunicazione fra le stesse.

Tale modalit? dinamica di configurazione in funzione della larghezza di banda pu? essere controllata da un software che verifica la velocit? della trasmissione disponibile e disabilita alcuni processi in una delle unit? operative, abilitandolo al tempo stesso in un?altra.

Il trasferimento dinamico di passi di processing dall?una all?altra delle unit? operative del sistema ecografico pu? anche avere luogo in funzione, ad esempio dell?energia di alimentazione residua per una o pi? delle dette unit? operative quando l?alimentazione di questa o di queste non ? da rete, ma da batteria od accumulatore.

Analogamente ai software di esecuzione dei passi di processing dei segnali di trasmissione e/o di ricezione per l?acquisizione, la formazione e l?elaborazione delle immagini, in una o pi? o in tutte le suddette unit? operative possono essere memorizzati i programmi per eseguire specifiche operazioni di riduzione della quantit? di dati.

Una lista non esaustiva dei principali possibili processi di limitazione della quantit? dei dati ?, ad esempio:

- Decimazione temporale adattiva dei dati, in funzione di una larghezza di banda prestabilita, regolando la frequenza di campionamento in base al limite di Nyquist (due volte la massima frequenza per i dati RF, frequenza massima-frequenza minima per i dati IQ);

- Uso di un sottoinsieme di trasduttori in ricezione, calcolati in base all?apertura massima in ricezione effettivamente impiegata per combinare i segnali relativi ad una determinata trasmissione;

- Sotto campionamento, periodico o aperiodico, nel dominio temporale o nel dominio dei canali in ricezione o in entrambi e uso di tecniche di compress sensing per la ricostruzione dell?immagine basate su prior di sparsit? nel dominio dell?immagine o in un dominio trasformato come ad esempio trasformata di fourier, kspazio, wavelet;

- Sotto campionamento, periodico o aperiodico, nel dominio temporale o nel dominio dei canali in ricezione o in entrambi, e uso di tecniche di machine learning per la ricostruzione dei dati mancanti;

- Sotto campionamento mediante riduzione del numero di dati tramite moltiplicazione dei segnali ricevuti per una matrice con numero di righe inferiore al numero di colonne;

- impiego di tecniche di beamforming avanzate che consentano di ottenere immagini di pari o simile qualit? rispetto all?insonificazioni standard line by line, riducendo il numero di trasmissioni e quindi la quantit? di dati necessaria per formare un frame, come ad esempio quelle della seguente lista: beamforming multilinea in ricezione, synthetic transmit beamforming (STB), retrospective transmit beamforming (RTB), synthetic aperture imaging, plane wave o diverging wave beamforming;

- combinazione di beamforming basato su synthetic aperture o plane wave o diverging wave beamforming, con una riduzione del numero di trasmissioni e con un algoritmo di machine learning che mappa le immagini a bassa qualit? ottenute con un numero limitato di insonificazioni, su immagini che riproducono le caratteristiche di immagini di alta qualit? che sarebbero state ottenute con un numero pi? elevato di insonificazioni;

- beamforming a due stadi o micro-beamforming in cui una parte del beamforming viene effettuata sulla sonda su gruppi distinti di trasduttori, riducendo in questo modo il numero di canali di comunicazione fra sonda e apparato e di conseguenza il data transfer rate, ed in cui l?ulteriore parte del beamforming viene effettuata da una unit? di elaborazione locale e/o centrale, essendo le istruzioni per l?esecuzione dei detti processi codificate in un corrispondente programma che ? caricato e che viene eseguito dall?unit? di elaborazione della o delle sonde e/o della o delle unit? locali e/o della o delle unit? centrali ed in cui l?esecuzione del detto programma configura le dette unit? di elaborazione e le associate periferiche per eseguire le funzioni dei su elencati uno o pi? processi di riduzione della quantit? di dati da trasmettere fra la o le dette sonde e/o la o le dette unit? di elaborazione locali e/o la o le dette unit? di elaborazione centrali.

Questi processi di riduzione della quantit? di dati sono stati descritti con maggiore dettaglio nella precedente descrizione con riferimento anche a documenti pubblicati che sono da considerarsi integrati nella presente descrizione.

Nella figura 2, con 250 ? indicato genericamente un box che fa riferimento a sistemi di realt? aumentata che possono essere previsti in combinazione e/o in alternativa al terminale 230 di visualizzazione e di interfaccia utente.

Nella figura con questo termine si vuole indicare anche qualsiasi tipo di interfaccia che consenta all?utente di operare senza utilizzare sistemi di interfaccia tradizionali come la tastiera od un mouse, come ad esempio sistemi di voice recognition o gesture recognition.

Possibili sistemi di realt? aumentata sono elencati nella seguente lista che ? solo esemplificativa e non esaustiva:

Surface Studio and Dial?, Azure Kinetic DK, Intel Real Sense, Speech recognition, HoloLens, riconoscimento di gesti, riconoscimento dell?orientamento dello sguardo o combinazione di questi.

Anche per questi sistemi ? possibile prevedere una connessione di tipo cablato o wireless con le restanti unit? del sistema ecografico a seconda delle condizioni contingenti.

L?elemento della realt? aumentata pu? essere costituito da cosiddette Holo Lens con cui il medico pu? eseguire l?esame guardando il paziente e visualizzando l?immagine ecografica, permettendo cos? di avere la massima efficienza ergonomica. Utilizzando sistemi di rilevamento delle gesture e/o del movimento oculare ? possibile anche prevedere una interfaccia utente basata sulla selezione di elementi visualizzati sullo schermo 230 che possano essere selezionati od attivati tramite l'orientamento dello sguardo dell?operatore.

L?unit? centrale di elaborazione 200 pu? essere costituita da qualsiasi tipo di hardware di elaborazione come ad esempio un server dedicato, un sistema PACS di un ospedale o di una clinica, un server cloud od una combinazione di server distribuiti e collegati mediante protocolli ad esempio peer to peer che possono anche operare secondo protocolli del tipo blockchain al fine di validare sia i programmi, sia i dati acquisiti sia i dati relativi alle diagnosi, nonch? i dati relativi ai pazienti e/o al personale medico e paramedico che ha operato sul paziente.

Per quanto riguarda le singole unit?, cio? sonda 101, opzionale unit? locale di elaborazione 240, unit? centrale di elaborazione 200, terminale di visualizzazione e di interfaccia utente 230, sistemi di realt? aumentata 250 secondo la definizione pi? sopra indicata, queste possono comprendere una architettura hardware che comprende componenti hardware dedicati e non generici, come ad esempio gli array di trasduttori elettroacustici delle sonde e/o le interfacce con il corpo o gli organi sensoriali dell?utente, come schermi, guanti, microfoni, altoparlanti, sensori di movimento ed altri. Questi componenti sono riassunti col box 310 in uno schema di principio di una architettura secondo la presente invenzione delle dette unit? 101, 230, 240, 250, 200 del sistema ecografico.

Le funzionalit? del detto hardware dedicato 310 possono essere integrate nell?hardware stesso oppure possono essere sottoforma di programmi caricati ed eseguiti da un processore hardware che ? compreso in ciascuna o solo in parte delle dette unit? 101, 230, 240, 250, 200.

Questo hardware di elaborazione pu? essere costituito da un generico hardware standard come un pc, una workstation, una CPU o simili che esegue un sistema operativo 330 e nelle cui memorie sono caricati i programmi in cui sono previste le istruzioni per rendere il detto hardware di processamento 320 atto ad eseguire uno o pi? dei passi di processing relativi all?acquisizione ed alla generazione ed anche alla elaborazione di immagini ecografiche come pi? sopra specificato ed eventualmente anche alla esecuzione dei passi di riduzione della quantit? di dati come pi? sopra specificato.

Secondo la presente invenzione i programmi che codificano le istruzioni per l?esecuzione dei passi di processing possono essere ciascuno relativo ad un solo passo di processing o combinare pi? passi di processing insieme e sono realizzati quali applicazioni 370 destinate ad essere incluse e ad essere eseguite nell?ambito di container 360. Questi vengono gestiti da un motore di gestione 340.

Nell?ambito degli approcci alla virtualizzazione, un container ? una forma di server virtualizzato a livello del sistema operativo. Invece di creare una istanza virtuale di tutto un server fisico (processore, storage, connessioni di rete, sistema operativo?) come accade per le macchine virtuali, nell?approccio IT a container si attiva una istanza virtuale solo dello spazio utente, quindi essenzialmente dell?ambiente di esecuzione delle applicazioni.

Tutto quello che supporta tale ambiente ? quindi dal sistema operativo ?in gi?? verso l?hardware ? non ? virtuale ma reale e condiviso fra tutti i container in esecuzione.

Non dovendo inglobare tutte le risorse di un server, in particolare il kernel del sistema operativo, i container sono molto pi? ?leggeri? delle macchine virtuali, richiedono poche risorse di CPU e possono essere attivati in pochi istanti. Questo li rende particolarmente adatti alle situazioni in cui il carico di elaborazione da sostenere ? fortemente variabile nel tempo e ha picchi poco prevedibili.

Per implementare i container serve un modulo di astrazione motore di virtualizzazione 340 tra il sistema operativo ?ospitante? e i container. In ambiente Linux un esempio di possibile soluzione ? la piattaforma open source Docker, supportata e spesso integrata dalla maggior parte delle distribuzioni Linux pi? importanti.

In ambiente Windows, si distinguono due diversi tipi di Windows Container:

Windows Server Container: forniscono uno strato di isolamento tra gli applicativi usando tecnologie basate sui namespace e la separazione dei processi, ma condividono il kernel tra tutti i container in esecuzione sullo stesso host.

Hyper-V Container: eseguono ogni container in una macchina virtuale ottimizzata, in cui viene eseguita una diversa istanza del kernel non condivisa con gli altri container Hyper-V.

Si tratta solo di esempi facilmente reperibili sul mercato e di cui ? anche presenta una ampia descrizione tecnica, ad esempio www.docker.com, https://kubernetes.io/it/docs/concepts/overview/whatis-kubernetes/, https://www.openshift.com/.

La figura 3 mostra quindi una architettura di principio delle unit? 101, 200, 220, 230, 240, 250 che prevede la generazione di un ambiente di esecuzione dei programmi che comprendono le istruzioni per eseguire i vari passi di processing dell?imaging ecografico in ambienti isolati e virtuali, ciascuno per almeno uno dei detti programmi, ovvero in cosiddetti container.

Secondo ancora una ulteriore caratteristica della virtualizzazione a container, questa permette l?esecuzione dei programmi, ovvero delle applicazioni 370 indipendentemente dall?hardware e dal sistema operativo, consentendo quindi di trasferire semplicemente un container e la corrispondente applicazione e quindi il passo di processing in essa codificato da una unit? ad un?altra indipendentemente dal tipo di hardware previsto e/o dal sistema operativo eseguito dallo stesso essendo necessario solamente il motore di virtualizzazione a container 340 su cui si basa il processo di virtualizzazione.

Grazie a questa notevole portabilit? in un sistema smaterializzato per l?imaging ecografico ? possibile consentire una variazione anche dinamica della distribuzione dei processi sopra descritti da una unit? ad un?altra, ad esempio in caso di una limitazione della larghezza di banda per la comunicazione fra due di queste unit?, come la sonda e l?unit? centrale di elaborazione o questa unit? centrale di elaborazione ed il terminale di visualizzazione e/o altre combinazioni evidenti da quanto sopra esposto nei precedenti esempi.

Altre ragioni che possano richiedere di trasferire processi da una all?altra delle unit? che compongono il sistema ecografico pu? essere ad esempio una riduzione dello stato di carica degli accumulatori di alimentazione ad esempio della sonda od altre ragioni contingenti e transitorie, quindi non prevedibili sistematicamente.

La figura 4 mostra in forma tabellare diversi esempi di distribuzione dei passi di processing per l?acquisizione e la generazione di immagini ecografiche sulle diverse unit? operative 101, 240, 200 e 230 pi? sopra definite.

Nonostante nella tabella siano indicate le funzioni cio? i passi di processing, tale rappresentazione ? solo iconica e vuole semplificare in modo da poterle facilmente comparare fra loro la struttura delle singole unit? operative, cio? sonda 101, unit? locale di elaborazione 240, unit? centrale di elaborazione 200, terminale di visualizzazione e di interfaccia utente 230, 250 in relazione ai passi di processing.

Come mostrato in figura 3 l?architettura di principio ? sostanzialmente identica per ciascuna delle unit? operative del sistema, essendo le unit? che eseguono i passi di processing costituite da un elaboratore avente un hardware convenzionale, il quale esegue un software di virtualizzazione a container ciascuno dei quali costituisce l?ambiente virtuale di esecuzione di uno o pi? specifici software in cui sono codificate le istruzioni per eseguire rispettivamente ciascuna delle funzioni ogni volta attribuite ad una delle dette unit? operative.

Appare quindi che ciascuna delle unit? operative costituite dalla sonda e opzionalmente da una unit? locale di elaborazione, da una unit? centrale di elaborazione e da un terminale di visualizzazione e di interfaccia utente sostanzialmente si differenzi in via di principio per quanto riguarda i passi di processing ad essa attribuiti per il fatto di avere caricato il corrispondente software e di eseguirlo.

Ogni casella della tabella ? quindi da considerare come una combinazione di un hardware di elaborazione che esegue un programma di virtualizzazione a container in cui vengono eseguite le applicazioni in cui sono codificate le istruzioni per rendere l?hardware capace di eseguire la funzione indicata.

Con riferimento alla figura 5, questa mostra molto schematicamente un esempio di sistema distribuito in un ospedale od altra struttura sanitaria. Nelle camere destinate ad alloggiare i pazienti ? previsto un punto di accesso WiFi o wireless secondo altri protocolli ad una rete 220 di comunicazione con un server di generazione ed elaborazione di immagini centralizzato indicato con 200 e che assume tutte le funzioni tipiche di un ecografo relativamente alla generazione delle immagini dai dati immagine acquisiti da una sonda e ad eventuali elaborazioni delle stesse.

Il server ? in grado di eseguire le funzioni su dati immagine acquisiti mediante tre diverse sonde su tre diversi pazienti. Le sonde 101 trasmettono via comunicazione wireless e con il loro codice univoco di identificazione i dati immagine all?unit? centrale 200. Questa a sua volta dopo avere generatori l?immagine provvede a trasmettere sempre per mezzo della rete 220 ai corrispondenti monitor 230 le immagini generate e/o i risultati dell?elaborazione. L?azione ha luogo in tempo reale o con un time shift tale da poter essere considerata in tempo reale e da consentire all?utente di avere le stesse sensazioni ed esperienze di acquisizione e visualizzazione di immagini come con un ecografo tradizionale. Grazie agli ID delle sonde associati univocamente ad un corrispondente monitor 230 le immagini di ciascuna sonda 101 vengono visualizzate nel monitor pi? vicino alle stesse.

Con 240 sono mostrate le unit? locali di elaborazione. Queste possono anche non essere presenti.

Secondo una forma esecutiva queste unit? locali possono essere previste ciascuna per una sola postazione paziente e quindi per una sola sonda ad esame. Una variante esecutiva illustrata nella figura prevede invece che l?unit? locale 240 possa essere associata a due o pi? postazioni paziente e quindi a due o pi? sonde che eseguono contemporaneamente due esami diversi. Nella parte alta della figura 5 ? mostrata una unit? locale con linea discontinua per mostrare la variante esecutiva in cui una o pi? sonde comunicano direttamente con una unit? centrale di elaborazione 200 essendo questa unit? centrale configurata per eseguire tutti passi di processing attribuibili alla unit? locale che ? omessa, oltre a quelli attribuiti all?unit? centrale stessa.

Secondo ancora una caratteristica del presente sistema ecografico la sonda e/o il terminale di visualizzazione e di interfaccia utente sono provviste di sistemi di localizzazione spaziale, mentre l?unit? centrale di elaborazione comprende una mappa virtuale della zona in cui sono disposte le sonde e/o i terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente ed una unit? di determinazione della posizione delle sonde e/o dei terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente con riferimento alla detta mappa virtuale, la quale unit? di determinazione della posizione associa automaticamente una sonda ad almeno un terminale di visualizzazione in funzione della distanza relativa fra gli stessi e della assenza di ostacoli che rendono impossibile la visione diretta del detto terminale dalla posizione della sonda, venendo associato alla sonda il terminale pi? vicino alla stessa.

Secondo una variante esecutiva, l?associazione univoca fra sonda e terminale di visualizzazione e/o interfaccia utente pu? avvenire direttamente fra la detta sonda ed il detto terminale grazie ad una comunicazione diretta delle reciproche posizioni e dei reciprochi codici di identificazione, la sonda e/o il detto terminale provvedendo a trasmettere all?unit? centrale la condizione di associazione per visualizzare le immagini generate dai dati acquisiti dalla sonda sul terminale associato alla stessa e/o per trasmettere input dell?utente alla sonda e/o all?unit? centrale di elaborazione.

Una variante esecutiva pu? prevedere un terminale di interfaccia utente sotto forma di schermo di visualizzazione e/o sotto forma di uno o pi? pulsanti anche sulla sonda stessa, essendo lo schermo di visualizzazione destinato a mostrare informazioni sulla sonda prodotte dalla sonda stessa e/o informazioni trasmesse dall?unit? centrale e/o dal terminale di visualizzazione e/o di interfaccia utente ed essendo i pulsanti di input a trasmettere comandi e/o impostazioni alle unit? integrate nella sonda stessa e/o all?unit? centrale di elaborazione e/o anche direttamente al terminale di visualizzazione e/o di interfaccia utente associato alla sonda.

Secondo ancora una ulteriore forma esecutiva che pu? essere prevista in combinazione con una o pi? qualsivoglia delle precedenti forme esecutive, il sistema ad ultrasuoni prevede un modulo di codifica delle immagini generate dall?unita centrale di generazione e/o elaborazione di immagini sotto forma di file video, essendo la detta unit? centrale provvista di un modulo di streaming per la trasmissione in streaming delle immagini ecografiche al terminale di visualizzazione.

Secondo una ulteriore caratteristica l?unit? centrale di generazione e/o di elaborazione delle immagini prevede anche un modulo di combinazione con le dette immagini ecografiche di una interfaccia grafica utente e la codifica della detta combinazione sotto forma di segnale video, nonch? la trasmissione in streaming del detto segnale video mediante un modulo di trasmissione in streaming.

Ancora secondo una forma esecutiva, la rete di comunicazione wireless pu? essere vantaggiosamente una rete secondo un protocollo ed una tecnologia qualsivoglia come anche ad esempio una rete virtuale con architettura 5G, come precedentemente definita od eventualmente una rete a fibra ottica.

Vale la pena qui considerare che la presente invenzione non ? limitata alla combinazione con un sistema ecografico di imaging, ma l?insegnamento tecnico pu? essere applicato anche ad altri sistemi di imaging che prevedano altri tipi di unit? di scansione di target basati sull?eccitazione di segnali di risposta da parte di un target e la ricostruzione di una immagine sulla base di questi segnali di risposta.

Tali sistemi sono ad esempio i sistemi MRI, i sistemi radiologici come le tomografie e/o altri sistemi analoghi.

Pertanto, l?invenzione pu? anche riferirsi ad un generico sistema di imaging per l?acquisizione, la generazione e l?elaborazione di immagini diagnostiche il quale sistema comprende:

almeno un sistema di scansione di target provvisti di una unit? di comunicazione per trasmettere i corrispondenti dati ad una o pi? unit? di elaborazione provviste anch?esse di una unit? di comunicazione; una pluralit? di terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente previsti nelle vicinanze dei siti di esame e provvisti di una unit? di comunicazione per trasmettere alla e ricevere dati da una o pi? di dette unit? di elaborazione e/o da una o pi? di dette unit? di scansione;

una rete di comunicazione che collega fra loro le unit? di comunicazione delle dette unit? di scansione, dei terminali di visualizzazione e di interfaccia utente e delle dette una o pi? unit? di elaborazione;

le dette unit? di scansione ed i detti terminali di visualizzazione e/o di interfaccia utente essendo identificati ciascuno da un corrispondente ID e;

le dette una o pi? unit? di elaborazione essendo destinate ad eseguire ciascuna almeno parte dei passi di processing dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione, le dette unit? di elaborazione essendo costituite da un hardware di elaborazione comprendente almeno un processore, almeno una memoria, almeno una unit? di comunicazione in trasmissione e ricezione, almeno una porta di input ed una porta di output per dati e/o comandi,

nelle dette unit? di elaborazione essendo caricati almeno un programma in cui sono codificate le istruzioni per eseguire rendere la o le dette unit? di elaborazione capaci di eseguire almeno uno o pi? passi di processing per dei segnali di trasmissione e di ricezione per l?acquisizione, la generazione e la elaborazione di immagini dai detti dati di ricezione; ed in cui ciascun passo di processing e/o un gruppo di due o pi? passi di processing sono sottoforma di container comprendenti l?applicazione che contiene le istruzioni per l?esecuzione del o dei passi di processing all?unit? di elaborazione e l?ambiente di esecuzione dell?applicazione con i relativi settaggi, ovvero il file system, le librerie e le connessioni di interfaccia API necessarie all?esecuzione dell?applicazione,

essendo nelle unit? di elaborazione caricato e venendo dalle stesse eseguito un programma di gestione che costituisce il motore della virtualizzazione mediante container.