ES2308456T3 - Procedimiento y dispositivo para la determinacion no invasiva de estructuras destacadas del cuerpo humano o animal. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación no invasiva de la posición y orientación de estructuras destacadas del interior de un cuerpo humano o animal, en el cual se irradia el cuerpo en la zona de las estructuras destacadas con radiación ultrasónica mediante un cabezal ultrasónico que emite ultrasonido y recibe ultrasonido, que recibe la radiación ultrasónica reflejada en la estructura destacada y que presenta en una pantalla una reproducción correspondiente al tiempo de propagación de la radiación reflejada, determinándose mediante un sistema de navegación la posición y orientación del cabezal ultrasónico del cuerpo en la zona de la estructura destacada, mediante unos elementos marcadores fijados en el cabezal ultrasónico y en el cuerpo, eligiendo en la pantalla una estructura destacada, y determinando de acuerdo con la dirección de la radiación del cabezal ultrasónico y del tiempo de propagación medido de la radiación ultrasónica el emplazamiento y la orientación de la estructura destacada con relación al cabezal ultrasónico, y a partir de la posición y orientación del cabezal ultrasónico con relación al cuerpo, el emplazamiento y la orientación de la estructura destacada con relación al cuerpo, caracterizado porque como estructura destacada se hace coincidir en la pantalla lo mejor posible la cresta ilíaca de un hueso ilíaco con una estructura geométrica predeterminada, y a partir de la posición de la estructura geométrica predeterminada en la pantalla se determinan datos estructurales de la estructura destacada del cuerpo, siendo la estructura geométrica predeterminada un círculo, y determinando como datos estructurales de la estructura geométrica predeterminada una esfera con el círculo de la estructura predeterminada como círculo máximo, y porque se elige un plano característico de un hueso ilíaco de tal modo que en él se encuentre un punto característico de la sínfisis, y porque el plano característico está adosado a la superficie de las dos esferas que están asignadas a las crestas ilíacas. El plano determinado de este modo se puede denominar plano característico del hueso iliaco, pudiendo servir este plano por ejemplo como base para la descripción geométrica del hueco ilíaco y para la elección de un sistema de coordenadas fijo del hueso iliaco.
Description
Procedimiento y dispositivo para la
determinación no invasiva de estructuras destacadas del cuerpo
humano o animal.
La invención se refiere a un procedimiento para
la determinación no invasiva de la posición y orientación de
estructuras destacadas del interior de un cuerpo humano o animal, en
el cual se irradia el cuerpo en la zona de las estructuras
destacadas con radiación ultrasónica mediante un cabezal ultrasónico
que emite ultrasonido y recibe ultrasonido, que recibe la radiación
ultrasónica reflejada en la estructura destacada y presenta en una
pantalla una reproducción correspondiente al tiempo de propagación
de la radiación reflejada, determinándose mediante un sistema de
navegación la posición y orientación del cabezal ultrasónico y del
cuerpo en la zona de la estructura destacada, mediante unos
elementos marcadores fijados en el cabezal ultrasónico y en el
cuerpo, eligiendo en la pantalla una estructura destacada, y
determinando de acuerdo con la dirección de la radiación del
cabezal ultrasónico y del tiempo medido de propagación de la
radiación ultrasónica el emplazamiento y la orientación de la
estructura destacada con relación al cabezal ultrasónico, y a partir
de la posición y orientación del cabezal ultrasónico con relación
al cuerpo, el emplazamiento y la orientación de la estructura
destacada con relación al cuerpo.
La invención se refiere además a un dispositivo
para realizar un procedimiento de esta clase según una de las
reivindicaciones 1 ó 2 mediante un cabezal ultrasónico para la
emisión y la recepción de radiación ultrasónica y con una pantalla
para la presentación de una reproducción correspondiente al tiempo
de propagación de una radiación ultrasónica emitida y reflejada en
una estructura destacada del cuerpo, estando previstos elementos
marcadores para el cabezal ultrasónico y para el cuerpo, que son
parte de un sistema de navegación, y con una instalación de
tratamiento de datos.
Para determinar determinadas estructuras
destacadas en el interior de un cuerpo, por ejemplo determinadas
estructuras óseas, y determinar su posición y orientación exactas
con relación al cuerpo, era necesario hasta ahora abrir el cuerpo y
determinar esta estructura en el interior del cuerpo mediante un
instrumento palpador, cuyo emplazamiento y orientación con relación
al cuerpo se pueden determinar por ejemplo mediante un sistema de
navegación. De este modo se obtiene información sobre el
emplazamiento y eventualmente la orientación con relación al cuerpo
de las estructuras destacadas.
El inconveniente de este procedimiento es que
para ello se necesita un orificio del cuerpo, si se palpan esta
clase de estructuras a través de tejidos blandos pueden producirse
inexactitudes.
Por otra parte es conocido el hecho de palpar
estructuras del cuerpo en el interior del cuerpo por medio de
radiación ultrasónica. En los procedimientos de palpado ultrasónico
conocidos se dirige radiación ultrasónica al interior del cuerpo a
través de un cabezal ultrasónico, se refleja allí en estructuras
destacadas y la radiación reflejada vuelve a ser recibida por el
cabezal ultrasónico. A partir del tiempo de propagación se puede
determinar la distancia de las superficies de reflexión respecto al
cabezal ultrasónico, y a partir de la dirección de la radiación del
cabezal ultrasónico también la posición de las estructuras
destacadas. En conjunto se puede captar y reproducir la forma de
las estructuras destacadas, pero no se obtienen datos exactos sobre
su emplazamiento y orientación con relación al cuerpo.
También es conocido el hecho de determinar
sonográficamente la estructura de la pierna empleando para ello un
cabezal ultrasónico navegante, es decir un cabezal ultrasónico cuya
posición y orientación en el espacio se pueda determinar igual que
la posición y orientación de las partes del cuerpo (Keppler P. et
al: "Die sonographische Bestimmung der Beingeometrie" (La
determinación sonográfica de la Geometría de la Pierna), DER
ORTHOPÄDE, Tomo 28, Nº 12, Diciembre 1999, págs.
1015-1022, XP02331182 ISSN:
0085-4530). Con este procedimiento conocido se han
determinado las longitudes y torsiones en la zona de la extremidad
inferior.
El objetivo de la invención es realizar un
procedimiento de la clase genérica de tal modo que se pueda
determinar un plano característico del hueso ilíaco, sin
intervención en el cuerpo.
Este objetivo se resuelve conforme a la
invención con un procedimiento de la clase descrita inicialmente por
el hecho de que como estructura destacada se hace coincidir en la
pantalla lo mejor posible la cresta ilíaca de un hueso ilíaco con
una estructura geométrica predeterminada, y a partir de la posición
de la estructura geométrica predeterminada en la pantalla se
determinan datos estructurales de la estructura destacada del
cuerpo, siendo la estructura geométrica predeterminada un círculo, y
determinando como datos estructurales de la estructura geométrica
predeterminada una esfera que tenga como círculo máximo el círculo
de la estructura predeterminada, y porque se elige un plano
característico de un hueso ilíaco de tal modo que en él se encuentre
un punto característico de la sínfisis, y porque el plano
característico está adosado a la superficie de las dos esferas que
están asignadas a las crestas ilíacas. El plano determinado de este
modo se puede denominar plano característico del hueso iliaco,
pudiendo servir este plano por ejemplo como base para la descripción
geométrica del hueco ilíaco y para la elección de un sistema de
coordenadas fijo del hueso iliaco.
La invención tiene también como objetivo
proponer un dispositivo para llevar a cabo este procedimiento.
Este objetivo se resuelve conforme a la
invención por un dispositivo que presenta las características de la
reivindicación 3.
Para ello es ventajoso que el cabezal
ultrasónico emita o reciba respectivamente la radiación ultrasónica
a través de una multitud de dispositivos transmisores y receptores
dispuestos en una fila y que irradien la radiación ultrasónica en
un plano común.
La siguiente descripción de formas preferidas de
realización de la invención sirve para una explicación más
detallada, en combinación con los dibujos. Éstos muestran:
Fig. 1 una vista esquemática de un palpador
mecánico navegante para la exploración de estructuras destacadas en
el cuerpo, conforme al estado de la técnica;
Fig. 2 una vista esquemática de un cabezal
ultrasónico navegante adosado a una cresta ilíaca del hueso ilíaco
con la correspondiente representación en una pantalla de la Fig.
suministrada por el cabezal ultrasónico;
Fig. 3 una vista semejante a la Fig. 2, estando
el cabezal ultrasónico adosado en la otra cresta ilíaca;
Fig. 4 una vista semejante a la Fig. 2, con el
cabezal ultrasónico adosado a la sínfisis de hueso iliaco;
Fig. 5 una representación esquemática para la
evaluación de las Fig. 2 a 4 y para la determinación de un plano
característico del hueso iliaco;
Fig. 6 una vista semejante a la Fig. 2 estando
el cabezal ultrasónico adosado a un hueso femoral, y
Fig. 7 una vista semejante a la Fig. 2 con un
cabezal ultrasónico adosado a la articulación del pie.
En la Fig. 1 está representado un dispositivo
convencional para la exploración mecánica de una estructura
destacada del cuerpo. Este dispositivo comprende un palpador
mecánico 1 en el cual va fijado un elemento marcador 2 de un
sistema de navegación convencional 3, comprendiendo este sistema de
navegación 3 varias unidades de transmisión y recepción 4 que
emiten radiación electromagnética que es reflejada en reflectores 5
del elemento marcador 2 y que vuelve a ser captada por las unidades
de transmisión y recepción 4. A partir de estas señales, el sistema
de navegación 3 puede determinar de modo de por sí conocido la
posición y orientación exacta en el espacio del elemento marcador 2
y por lo tanto del palpador 1. Los datos de posición
correspondientes se envían a una instalación para el tratamiento de
datos.
Otro elemento marcador 7, que tiene la misma
estructura que el elemento marcador 2, va fijado a una parte del
cuerpo 8 cuya estructura destacada se trata de determinar. En el
ejemplo de realización representado, el elemento marcador 7 va
fijado a un hueso ilíaco 9, por ejemplo mediante un tornillo de
huesos enroscado en el hueso ilíaco 9. Esta clase de elementos
marcadores se emplean usualmente para las operaciones y sirven
entonces para determinar la posición y orientación de la
correspondiente parte del cuerpo durante una operación.
Sin embargo existe también sin problemas la
posibilidad de disponer esta clase de elementos marcadores en el
cuerpo sin abrirlo, por ejemplo sirviéndose de sujetadores que se
fijan en la superficie exterior del cuerpo a través de partes de
tejido blando, pudiendo efectuarse esta fijación por medio de
bandas, etc.
El sistema de navegación 3 puede determinar de
este modo tanto la posición y orientación del palpador 1 como
también la posición y orientación de la parte del cuerpo en la que
se trata de localizar una estructura. En el dispositivo descrito en
la Fig. 1, que corresponde al estado conocido de la técnica, esta
localización se realiza aplicando la punta del palpador 1 a la
estructura correspondiente, para lo cual ha de estar abierto el
cuerpo y la estructura correspondiente ha de estar al
descubierto.
Para evitar esto se emplea en un procedimiento
tal como se describe a continuación en las Fig. 2 a 7, en lugar de
un palpador mecánico un cabezal ultrasónico 10, que de por sí es
conocido para el reconocimiento de estructuras internas del cuerpo
y que mediante una superficie de asiento 11 se puede adosar a la
cara exterior del cuerpo. Un cabezal ultrasónico 10 de este tipo
radia por ejemplo por medio de varias unidades de transmisión y
recepción, dispuestas en una fila, radiación ultrasónica en un
plano común a todas las unidades de transmisión y recepción y
recibe la radiación ultrasónica reflejada en las estructuras
internas del cuerpo, que es reflejada en este plano. A partir del
tiempo de propagación entre la emisión y la recepción de la
radiación se puede determinar la distancia entre la superficie
reflectante de la estructura interna del cuerpo al cabezal
ultrasónico 10, y estos datos se transmiten a la instalación de
tratamiento de datos 6.
En el cabezal ultrasónico 10 va fijado el
elemento marcador 2, de modo que mediante el sistema de navegación
3 se puede determinar la posición del cabezal ultrasónico y su
orientación.
El dibujo generado por el cabezal ultrasónico 10
se representa en una pantalla 12, de modo que el operador puede
leer en la pantalla 12 el dibujo en relieve de la radiación
ultrasónica, es decir de las mediciones de tiempo de propagación de
la radiación ultrasónica. Este dibujo muestra determinadas
estructuras que resultan de la estructura de la superficie que
refleja la radiación ultrasónica, es decir por ejemplo de una
superficie ósea.
Mediante el ejemplo de un hueso ilíaco 9 se
explica mediante las Fig. 2 a 4 cómo se pueden determinar de este
modo determinadas estructuras del hueso ilíaco y cómo pueden tener
aplicación estas estructuras para la caracterización del hueso
iliaco.
El cabezal ultrasónico 10 se aplica
primeramente9 sobre el cuerpo 8 a un lado del hueso ilíaco, de modo
que esté alineado esencialmente con la cresta ilíaca 14. La
orientación exacta la puede efectuar el operador sirviéndose de la
imagen en la pantalla 12, ya que en el caso de una alineación exacta
respecto a la cresta ilíaca 14 se obtiene una estructura
especialmente nítida y clara, con lo cual se puede adosar el cabezal
ultrasónico de modo ampliamente reproducible en huesos iliacos 9 de
diferentes pacientes.
Para esta cresta ilíaca 14 del hueso ilíaco 9 se
obtiene en la pantalla 12 una reproducción característica, pudiendo
reconocerse claramente en esta reproducción las zonas en forma de
arco 15.
Del mismo modo se procede en la cresta ilíaca
16. Se obtiene entonces una representación esencialmente igual en la
pantalla 12 con zonas en forma de arco 17.
En un tercer paso se aplica el cabezal
ultrasónico en el centro del hueso ilíaco 9 en su extremo inferior
en la zona de la sínfisis 18, obteniéndose entonces en la pantalla
12 una punta 19 que señala claramente hacia abajo y que refleja la
estructura de la sínfisis.
Para obtener a partir de las estructuras
reproducidas los datos necesarios de posición y orientación se
pueden representar y desplazar en la pantalla 12 símbolos con una
estructura geométrica predeterminada, por ejemplo círculos 20, 21
(Fig. 2 y 3), puntos 22 (Fig. 4). Estos símbolos los puede desplazar
el operador sobre la pantalla 12 de modo que con las imágenes
ultrasónicas representadas tenga lugar una coordinación consciente,
por ejemplo los círculos 20 y 21 se pueden adosar de forma óptima a
las zonas en arco 15 ó 17, y el punto 22 se puede colocar sobre la
punta 19. De este modo se pueden determinar bloques de datos
geométricos que se alimentan a la instalación y tratamiento de
datos 6 y que son respectivamente característicos de las zonas del
cuerpo y de las estructuras destacadas irradiadas con el cabezal
ultrasónico.
La instalación de tratamiento de datos coloca a
través de los dos círculos 20, 21 una esfera que presenta el mismo
centro y el mismo radio que los círculos, de modo que los círculos
forman círculos máximos. Entonces la instalación de tratamiento de
datos calcula a partir de la posición del punto 22 por una parte y
de las esferas determinadas de este modo por otra, un plano en el
que está situado el punto 22 y que se aplica tangencialmente a las
dos esferas (Fig. 5). En este plano está situado un punto de cada
cresta ilíaca 14, ya que los círculos 20, 21 habían estado adosados
a las zonas en forma de arco 15, 17 de la cresta ilíaca, de modo que
esto también es aplicable para las esferas. Se determina por lo
tanto un plano que contiene sendos puntos de cada cresta ilíaca y
el punto determinado en la sínfisis, siendo este plano un plano
característico de la posición y orientación del hueso iliaco, y
este plano se puede emplear para determinar en el ulterior curso de
la operación un sistema de coordenadas propio del hueso iliaco,
para proceder a los posicionamientos necesarios de implantes,
instrumentos de tratamiento, etc. respecto al hueso ilíaco.
En lo anterior se ha explicado la determinación
no invasiva de estructuras características del cuerpo mediante el
ejemplo del hueso iliaco, de forma similar se pueden localizar
estructuras destacadas en otros puntos del cuerpo, por ejemplo en
el extremo de un hueso femoral 23 del lado de la articulación de la
cadera (Fig. 6), al cual se aplica el cabezal ultrasónico 10 de
forma característica, o en el extremo del lado de los maléolos de
un hueso tibial 24 (Fig. 7). Estas exposiciones deben considerarse
únicamente como ejemplos de aplicación. Se sobreentiende que el
cabezal ultrasónico 10 se aplica en la cara exterior del cuerpo, y
por lo tanto que no es necesario abrir el cuerpo para explorar
estructuras internas del cuerpo.
Claims (4)
1. Procedimiento para la determinación no
invasiva de la posición y orientación de estructuras destacadas del
interior de un cuerpo humano o animal, en el cual se irradia el
cuerpo en la zona de las estructuras destacadas con radiación
ultrasónica mediante un cabezal ultrasónico que emite ultrasonido y
recibe ultrasonido, que recibe la radiación ultrasónica reflejada
en la estructura destacada y que presenta en una pantalla una
reproducción correspondiente al tiempo de propagación de la
radiación reflejada, determinándose mediante un sistema de
navegación la posición y orientación del cabezal ultrasónico del
cuerpo en la zona de la estructura destacada, mediante unos
elementos marcadores fijados en el cabezal ultrasónico y en el
cuerpo, eligiendo en la pantalla una estructura destacada, y
determinando de acuerdo con la dirección de la radiación del cabezal
ultrasónico y del tiempo de propagación medido de la radiación
ultrasónica el emplazamiento y la orientación de la estructura
destacada con relación al cabezal ultrasónico, y a partir de la
posición y orientación del cabezal ultrasónico con relación al
cuerpo, el emplazamiento y la orientación de la estructura destacada
con relación al cuerpo, caracterizado porque como estructura
destacada se hace coincidir en la pantalla lo mejor posible la
cresta ilíaca de un hueso ilíaco con una estructura geométrica
predeterminada, y a partir de la posición de la estructura
geométrica predeterminada en la pantalla se determinan datos
estructurales de la estructura destacada del cuerpo, siendo la
estructura geométrica predeterminada un círculo, y determinando como
datos estructurales de la estructura geométrica predeterminada una
esfera con el círculo de la estructura predeterminada como círculo
máximo, y porque se elige un plano característico de un hueso ilíaco
de tal modo que en él se encuentre un punto característico de la
sínfisis, y porque el plano característico está adosado a la
superficie de las dos esferas que están asignadas a las crestas
ilíacas. El plano determinado de este modo se puede denominar plano
característico del hueso iliaco, pudiendo servir este plano por
ejemplo como base para la descripción geométrica del hueco ilíaco y
para la elección de un sistema de coordenadas fijo del hueso
iliaco.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por emplearse un cabezal ultrasónico que emite
o recibe radiación ultrasónica a través de una pluralidad de
dispositivos de transmisión y recepción dispuestos en una fila, y
que emiten la radiación ultrasónica en un plano común.
3. Dispositivo para realizar el procedimiento
según una de las reivindicaciones 1 ó 2 con un cabezal ultrasónico
(10) para la emisión y la recepción de radiación ultrasónica y con
una pantalla (12) para representar una reproducción correspondiente
al tiempo de propagación de una radiación ultrasónica emitida,
reflejada en una estructura destacada (14, 16, 18) del cuerpo (8),
estando previstos elementos marcadores (2, 7) para el cabezal
ultrasónico (10) y para el cuerpo (8), que son parte de un sistema
de navegación (3), y con una instalación de tratamiento de datos
(6) que está programada de tal modo que a partir de la posición
relativa y de la orientación relativa del cabezal ultrasónico (10)
respecto al cuerpo (8) y de la dirección de la radiación del cabezal
ultrasónico (10) y del tiempo de propagación medido de la radiación
ultrasónica determina la posición y orientación de una estructura
destacada (14, 16, 18) representada en la pantalla (12) con relación
al cuerpo, y caracterizada porque la instalación de
tratamiento de datos (6) está programa de tal modo que a partir de
la posición de una estructura geométrica predeterminada que se hace
coincidir en la pantalla lo mejor posible con las crestas ilíacas
de un hueso iliaco, determina datos estructurales de la estructura
destacada del cuerpo, comprendiendo la estructura geométrica
predeterminada dos círculos, y determinando la instalación y
tratamiento de datos (6) como datos estructurales de la estructura
geométrica predeterminada unas esferas que tienen como círculo
máximo los círculos de la estructura predeterminada, y eligiendo un
plano característico de un hueso ilíaco de tal modo que en él esté
situado un punto característico de la sínfisis, y el plano
característico esté adosado a la superficie de las dos esferas que
están asignadas a las crestas ilíacas.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el cabezal ultrasónico emite o recibe
respectivamente radiación ultrasónica a través de una pluralidad de
dispositivos de transmisión y recepción que están dispuestos en una
fila y que radian la radiación ultrasónica en un plano común.
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