ES2318761T3 - Procedimiento y dispositivo para la navegacion tridimensional en imagenes de capas. - Google Patents

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ES2318761T3 ES06761697T ES06761697T ES2318761T3 ES 2318761 T3 ES2318761 T3 ES 2318761T3 ES 06761697 T ES06761697 T ES 06761697T ES 06761697 T ES06761697 T ES 06761697T ES 2318761 T3 ES2318761 T3 ES 2318761T3
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Andreas Petersik
Bernhard Pflesser
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Ulf Tiede
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Abstract

Procedimiento para representar imágenes de capas bidimensionales de estructuras internas, que comprende la representación en las imágenes de capas bidimensionales - de la extensión física de una herramienta tridimensional y su movimiento en las estructuras internas y/o - de modificaciones en una o múltiples estructuras internas, originadas por la acción de la herramienta, preferentemente, de ambas cosas, asimismo, el procedimiento comprende los siguientes pasos: - obtención de un volumen de datos que define la extensión física de las estructuras internas, mediante una gran cantidad de coordenadas espaciales y una magnitud que corresponde a un valor de medición físico y está asignado a cada punto descrito por las coordenadas, - generación de una gran cantidad de elementos de volumen a partir del volumen de datos, asimismo, - los elementos de volumen pueden ser provistos, de respectivos atributos, y los elementos de volumen provistos de atributos representan un modelo tridimensional de las estructuras internas, y - al menos un atributo caracteriza la correspondencia con una estructura interna y permite su visualización, asimismo, el atributo puede ser obtenido utilizando la magnitud que corresponde al valor de medición físico, segmentando los elementos de volumen - detección de las coordenadas espaciales de una herramienta mediante una unidad de entrada electrónica, y - desplazamiento de la herramienta caracterizado porque - las imágenes de capas bidimensionales representadas inciden en el área activa de la herramienta y siguen sus movimientos, y - las imágenes de capas bidimensionales representadas en cualquier posición y orientación, son extraídas del modelo tridimensional, representando un representante para la herramienta o su posición, y el procedimiento comprende, además, al menos, los siguientes pasos, seleccionados del grupo a) o b), preferentemente, de a) y b), (a) generación de una herramienta como simulación tridimensional de ordenador y representación de la herramienta como objeto tridimensional y en la imagen bidimensional de capas, incluyendo su alineación tridimensional en relación con la imagen de capas bidimensional y/o (b) provisión, al menos, de los elementos de volumen que describen las partes que se pueden procesar de la estructura interna, con un atributo que caracteriza el estado de procesamiento, conformación de una intersección de los elementos de volumen caracterizados como procesables, del área activa de la herramienta, en el estado de funcionamiento encendido, durante el proceso de tratamiento del volumen cubierto, y marcación de los elementos de volumen de la intersección asignándoles el atributo de "procesado", y Representación del, o de los cortes a través del elementos de volumen identificados con el atributo "procesado" en la o las imágenes de capas bidimensionales, como superficies marcadas.

Description

Procedimiento y dispositivo para la navegación tridimensional en imágenes de capas.
La presente invención comprende un procedimiento y un dispositivo para la representación de imágenes de capas bidimensionales de estructuras internas. La invención posibilita la representación tridimensional de la extensión física de una herramienta en imágenes de capas bidimensionales de estructuras internas y la representación de modificaciones en las estructuras internas. El objeto de la invención es, sobre todo, representar el progreso de una operación de extracción de material, en tiempo real y en imágenes bidimensionales (2D) generadas por ordenador y, eventualmente, al mismo tiempo, también con modelos tridimensionales (3D) visualizados, generados por ordenador, asimismo, se visualiza la acción de la herramienta de operación, la disposición tridimensional de la herramienta de operación respecto de una o múltiples imágenes de capas bidimensionales y, especialmente, ambas cosas. La invención puede ser utilizada para la preparación, la realización, el registro, la reproducción, el tratamiento posterior o para el aprendizaje de intervenciones quirúrgicas.
Actualmente, durante la preparación y/o durante una intervención quirúrgica, los cirujanos observan múltiples vistas estáticas de área de operación de un paciente. Tales datos pueden ser generados por procedimientos como la tomografía computerizada TC, tomografía de resonancia magnética TRM, ultrasonido, tomografía por emisión de positrones TEP o sus combinaciones. Cada una de estas técnicas genera una disposición en forma de retícula (matriz) de valores para cada una de las capas sucesivas de un objeto. Usualmente, el objeto sólido es un cuerpo humano o una parte de él, aunque el procedimiento también puede ser utilizado en otros cuerpos naturales o artificiales.
En el caso de una exploración TC, el valor físico sería el coeficiente de una absorción de rayos X. En el caso de una imagen generada por TRM, el valor físico sería el tiempo de relajación spin/spin o spin/retículo. En todo caso, los valores físicos medidos reflejan las modificaciones en la composición, densidad o propiedades de la superficie de las estructuras físicas subyacentes.
Dado que, a partir de los procedimientos de visualización convencionales, sólo se puede acceder a imágenes de capas bidimensionales, los cirujanos deben deducir la posición y la forma reales tridimensionales de las estructuras internas a partir de las imágenes bidimensionales que están observando. Como consecuencia de ello se han desarrollado modelos tridimensionales que muestran las estructuras internas y, especialmente, los órganos del área de operación. El hecho de que mediante las imágenes de capas bidimensionales obtenidas a través de los procedimientos médicos de registro se pueden generar modelos tridimensionales, lo describen, por ejemplo, la memoria US 2004/015070 y P. B. MCBETH et al en "Robotics in neurosurgery" ("la robótica en neurocirugía") American Journal of Surgery, Paul Hoeber, New York, NY, US, tomo 188, nº 4, octubre de 2004, páginas 68 - 75.
Tales modelos se utilizan, por ejemplo, para el apoyo de la navegación durante una operación real. En este caso, la posición real de la punta de la herramienta es representada con un procedimiento en el modelo de ordenador, de modo que, por ejemplo, se representan las capas sagitales, coronales y transversales que atraviesan este punto. Pero a los cirujanos no les es posible ni comprender la posición y orientación tridimensionales de su herramienta respecto de las capas ni tampoco reconocer la región ya extraída o manipulada.
Un objeto de la presente invención consiste en lograr un sistema que haga reconocible el progreso de una operación real o simulada de perforación o fresado, en capas bidimensionales y, eventualmente, y al mismo tiempo, también en vistas tridimensionales. Sobre todo se desea representar, en tiempo real, en las imágenes de capas, la región retirada y también la herramienta en su posición y orientación tridimensionales, para reflejar el desarrollo y la acción de la herramienta de operación en espacio y tiempo, para archivar y eventualmente para reproducir en un momento posterior.
La presente invención está caracterizada por las reivindicaciones independientes. Los modos de ejecución preferidos son objeto de las reivindicaciones vinculadas o se describen a continuación.
En detalle, el objeto de la invención es un procedimiento para la representación de imágenes de capas bidimensionales de estructuras internas, que comprende la representación en las imágenes de capas bidimensionales
-
de la extensión física de una herramienta tridimensional y su movimiento en las estructuras internas y/o
-
de modificaciones en una o múltiples estructuras internas debido a la acción de la herramienta, preferentemente, de ambas cosas, asimismo, el procedimiento comprende los siguientes pasos:
-
obtención de un volumen de datos que define la extensión física de las estructuras internas, mediante una gran cantidad de coordenadas espaciales y una magnitud que corresponde a un valor de medición físico y está asignado a cada punto descrito por las coordenadas,
-
generación de una gran cantidad de elementos de volumen a partir del volumen de datos, asimismo,
-
los elementos de volumen pueden ser provistos, respectivamente, de atributos, y los elementos de volumen provistos de atributos representan un modelo tridimensional de las estructuras internas, y
-
al menos un atributo caracteriza la correspondencia a una estructura interna y permite su visualización, asimismo, el atributo puede ser obtenido utilizando la magnitud que corresponde al valor de medición físico, segmentando los elementos de volumen, y
-
detección de las coordenadas espaciales de una herramienta mediante una unidad de entrada electrónica, y
-
desplazamiento de la herramienta,
caracterizado porque
-
las imágenes de capas bidimensionales representadas inciden en el área activa de la herramienta y siguen sus movimientos,
-
las imágenes de capas bidimensionales representadas en cualquier posición y orientación, son extraídas del modelo tridimensional representando un representante para la herramienta o su posición, y
el procedimiento comprende, además, al menos, los siguientes pasos, seleccionados del grupo a) o b), preferentemente, de a) y b):
(a)
generación de una herramienta como simulación tridimensional de ordenador y representación de la herramienta como objeto tridimensional y en la imagen bidimensional de capas, incluyendo su alineación tridimensional en relación con la imagen de capas bidimensional y/o
(b)
provisión, al menos, de los elementos de volumen que describen las partes que se pueden procesar de la estructura interna, con un atributo que caracteriza el estado de procesamiento, conformación de una intersección de los elementos de volumen caracterizados como procesables, del área activa de la herramienta, en el estado de funcionamiento encendido, durante el proceso de tratamiento del volumen cubierto, y marcación de los elementos de volumen de la intersección asignándoles el atributo de "procesado", y representación de el o los cortes a través del elementos de volumen identificados con el atributo "procesado" en las imágenes de capas bidimensionales como superficies marcadas.
La presente invención comprende, además, un dispositivo para la realización de dicho procedimiento, acorde a la reivindicación 12, asimismo, el dispositivo presenta:
(i)
un dispositivo de registro de imagen para el registro y la generación de datos de imagen tridimensionales volumétricos de estructuras internas y para la emisión de los datos de imagen tridimensionales volumétricos,
(ii)
un equipo de procesamiento de datos que comprende una memoria y un procesador y un programa de software para la obtención de un volumen de datos, a partir de los datos de imagen volumétricos tridimensionales, para la generación de una gran cantidad de elementos de volumen a partir del volumen de datos, y para extraer y representar imágenes de capas bidimensionales en cualquier posición y orientación a partir del modelo tridimensional, representando un representante para la herramienta o su posición, asimismo, el equipo de procesamiento de datos le brinda herramientas a la simulación tridimensional de ordenador y posibilita su selección,
(iii)
una unidad de entrada electrónica para la detección de las coordenadas espaciales de la herramienta y
(iv)
un visualizador para mostrar (a) la imagen de la herramienta como objeto tridimensional en la imagen de capas bidimensional y la orientación tridimensional, respecto de la imagen de capas bidimensional y (b) para la representación de los cortes a través de los elementos de volumen identificados con el atributo "procesado" en las imágenes de capas bidimensionales como superficies marcadas, asimismo, el equipo de procesamiento de datos le asigna el atributo "procesado" a los elementos de volumen que describen la estructura procesada, si el área activa de la herramienta incide en los elementos de volumen en el estado de funcionamiento encendido.
La magnitud que corresponde al valor de medición físico es convertida, preferentemente, en una información de luminosidad, para representar elementos de volumen o el corte bidimensional a través de los elementos de volumen con diferente claridad, asimismo, las superficies marcadas muestran la luminosidad, por ejemplo, en otra escala de color acorde a la marcación.
Como dispositivo de registro de imagen se pueden utilizar dispositivos de registro de imagen médicos, como un tomógrafo computerizado TC, un tomógrafo de resonancia magnética TRM, un equipo de ultrasonido, un tomógrafo de emisiones de positrones TEP.
La unidad de entrada electrónica puede ser un equipo de navegación que localiza a la herramienta real y registra sus movimientos y, eventualmente, su tamaño, o un dispositivo de entrada tridimensional que, preferentemente, ejerce un acoplamiento retroactivo de fuerza sobre la mano del usuario.
Para la representación de las imágenes de capas bidimensionales (y también de las imágenes tridimensionales) se puede implementar un dispositivo visualizador en 3D, que muestra imágenes estéreo, especialmente, para la representación de la herramienta tridimensional, para lo cual se muestran imágenes estereoscópicas de la derecha y de la izquierda, al menos, de la herramienta tridimensional. Preferentemente, el modelo tridimensional es mostrado en un visualizador, eventualmente, con herramienta, correspondientemente con la imagen de capas bidimensional asignada y, con mayor preferencia, por el equipo de procesamiento de datos son generadas, y luego representadas dichas imágenes de capas bidimensionales que siempre inciden, en el caso de una herramienta que se desplaza, en un punto determinado del área activa de la herramienta, por ejemplo, en el área de trabajo.
El objeto de la representación son, de modo especialmente adecuado, estructuras corporales internas y las partes por procesar o procesadas de las estructuras internas son huesos, cartílagos y/o dientes o sus partes. Además de las estructuras también se puede representar y almacenar su estado de proceso, ya sea real, mediante una herramienta real, o simulado, también en sus características o secuencias temporales.
A diferencia de la navegación convencional, se obtiene la ventaja de que, independientemente de cada posición de la herramienta, se pueden representar las regiones alejadas de la manera que se desee. El operador ve en la pantalla, especialmente, también en las capas bidimensionales, su herramienta en su característica espacial en relación con la anatomía, lo cual es una ayudad decisiva para su orientación. Además de ello, el desarrollo de la operación real puede ser documentado cuantitativamente, por ejemplo, también con la posibilidad de mediciones posteriores o posiciones inclinadas seleccionadas libremente más adelante.
Ya se conoce el procedimiento para conservar las representaciones tridimensionales del espacio de operación de un paciente. Para ello se reúnen todas las secuencias espaciales de las imágenes de capas mencionadas anteriormente conformando una matriz tridimensional (volumen de imagen), que presenta, en cada punto, al menos un valor de medición y, eventualmente, otros atributos. Estos atributos pueden describir, por ejemplo, la pertenencia a un órgano o el estado de procesamiento (por ejemplo, material retirado con la herramienta de operación/material no retirado con la herramienta de operación).
A partir de dicho modelo tridimensional se pueden generar, con procedimientos conocidos, las vistas (representaciones tridimensionales) de las estructuras internas y/o extraer imágenes de capas bidimensionales de cualquier posición y orientación.
A diferencia de la navegación convencional, en el caso de la presente invención, la forma de la herramienta no se presupone en forma de punto, que es registrada y descrita en sus características tridimensionales. De ese modo, es posible detectar también las regiones tratadas con la herramienta según la forma de la herramienta. Los detalles técnicos para la realización de la modificación del modelo de volumen para la representación de la acción de una herramienta de operación pueden ser extraídos de la publicación "Volume cutting for virtual petrous bone surgery" (corte virtual en volumen para cirugía virtual de hueso petroso) en Comput. Aided Surg. 7, 2 (2002), 74-83 de Bernhard Pflesser, Andreas Petersik, Ulf Tiede, Karl Heinz Höhne y Rudolf Leuwer.
Además de la asistencia de navegación, también puede utilizarse el mismo procedimiento para el entrenamiento y la simulación previa de operaciones en base al modelo tridimensional. En este caso, la herramienta es representada por un modelo tridimensional virtual que puede ser conducido por el usuario con un dispositivo de entrada tridimensional. En un modo de ejecución preferido, el dispositivo de entrada tridimensional ejerce un acoplamiento retroactivo de fuerza sobre la mano del usuario. Tal dispositivo de entrada mide la posición en el espacio (3 coordenadas) así como la dirección de un puntero (vectores con 3 componentes), en el cual se conduce el equipo. Un programa correspondiente calcula las fuerzas esperables en base al modelo tridimensional de la anatomía y de la posición y la forma de la herramienta. Para ello se utilizan una serie de puntos de exploración en la superficie de la herramienta, en los cuales se verifica permanentemente si existe una colisión entre el objeto a mecanizar y la herramienta. En ese caso, se induce una fuerza en dirección a la superficie del objeto, proporcional a la profundidad de ingreso. Como dispositivo de entrada tridimensional con acople retroactivo de fuerza se pueden utilizar equipos comercializados correspondientemente, por ejemplo, Phantom® Omni de SensAble Technologies, Inc.
El procedimiento del acople retroactivo de fuerza se explica en detalle en IS4TM 2003: 194-202, "Realistic Haptic Interaction in Volume Sculpting for Surgery Simulation" (interacción háptica realista en escultura en volumen para simulación quirúrgica) de Andreas Petersik, Bernhard Pflesser, Ulf Tiede, Karl Heinz Höhne y Rudolf Leuwer.
A continuación detalla la invención, a partir de las figuras adjuntas.
La figura 1 muestra una imagen de capas que representa una estructura ósea (1), una herramienta de perforación tridimensional (2) y un volumen de perforación (3) extraído del hueso, mediante marcas de color (en este caso, gris oscuro). La imagen de capas es un corte bidimensional a través de un espacio tridimensional. La herramienta de perforación (2) está representada como un cuerpo tridimensional con su orientación tridimensional actual en relación con el corte en el espacio (corte transversal).
La figura 2 muestra dos imágenes. Están representadas, individualmente, una imagen de capas transversal (derecha) y un modelo tridimensional calculado y visualizado a partir del volumen de datos. La región modificada acorde a la indicación del tamaño y el movimiento de perforación está marcada en el modelo de volumen tridimensional y también indicado en el corte bidimensional, del mismo modo que una representación tridimensional de la herramienta de perforación (2).
El procedimiento acorde a la invención se detalla a continuación y a modo de ejemplo, en forma de pasos. El procedimiento acorde a la invención comprende los siguientes pasos:
(1)
Se toma una secuencia espacial de tomas de TC, en general, transversalmente, para registrar una representación del espacio de operación en imágenes de capas (imágenes bidimensionales).
(2)
A partir de las imágenes de capas se genera un volumen de imagen (es decir, matriz tridimensional) que consiste en, por ejemplo, 512x512x256 elementos de volumen direccionables (voxel) provisto, en cada caso, de valores de intensidad (típicamente, escala 0-4095).
(3)
Asignación de atributos a los elementos de volumen, en la cual, al menos un atributo determina la correspondencia a un objeto determinado (segmentación). El objeto puede ser seleccionado y visualizado a partir del atributo para la representación.
(4)
Selección de una herramienta o un tipo de herramienta, por ejemplo, como objeto tridimensional poligonal. La herramienta en general puede ser escalada.
(5)
Definición de un área activa (superficie de trabajo, por ejemplo, cabeza de broca) y un área pasiva (por ejemplo, el vástago) de la herramienta.
(6)
Activación de la superficie de trabajo o desactivación de la superficie de trabajo de la herramienta.
(7)
Desplazamiento de la herramienta en el espacio, o bien conducido por el registro de los datos del espacio de una herramienta real, durante una operación relativa al objeto, utilizando sistemas convencionales de navegación, o por un dispositivo de entrada tridimensional, preferentemente, con acople retroactivo de fuerza. En el caso de que la superficie de trabajo se encuentre desactivada, la herramienta puede ser conducida a través de un espacio libre y, eventualmente, ser utilizada para la exploración de las estructuras corporales (esencialmente sólidas).
(8)
Incisión (conformación de la intersección entre los elementos de volumen identificados por un atributo (por ejemplo, hueso) y el área activa de la herramienta.
(9)
Marcación de esta incisión de los elementos de volumen, asignando un atributo adicional "procesado".
(10)
Extracción de imágenes de capas bidimensionales a partir del volumen tridimensional, preferentemente, en dirección a, al menos, un eje corporal (transversal, sagital o coronal), a través del centro de la superficie de trabajo o de cualquier otra forma. A su vez, los elementos de volumen identificados como "procesados" se visualizan, preferentemente, coloreándose y conservado los valores de intensidad dados por el procedimiento de obtención de imagen.
(11)
Representación de la herramienta como objeto tridimensional sombreado con métodos de la gráfica de ordenador en su relación espacial respecto de la imagen de capas bidimensional.

Claims (18)

1. Procedimiento para representar imágenes de capas bidimensionales de estructuras internas, que comprende la representación en las imágenes de capas bidimensionales
-
de la extensión física de una herramienta tridimensional y su movimiento en las estructuras internas y/o
-
de modificaciones en una o múltiples estructuras internas, originadas por la acción de la herramienta, preferentemente, de ambas cosas, asimismo, el procedimiento comprende los siguientes pasos:
-
obtención de un volumen de datos que define la extensión física de las estructuras internas, mediante una gran cantidad de coordenadas espaciales y una magnitud que corresponde a un valor de medición físico y está asignado a cada punto descrito por las coordenadas,
-
generación de una gran cantidad de elementos de volumen a partir del volumen de datos, asimismo,
-
los elementos de volumen pueden ser provistos, de respectivos atributos, y los elementos de volumen provistos de atributos representan un modelo tridimensional de las estructuras internas, y
-
al menos un atributo caracteriza la correspondencia con una estructura interna y permite su visualización, asimismo, el atributo puede ser obtenido utilizando la magnitud que corresponde al valor de medición físico, segmentando los elementos de volumen
-
detección de las coordenadas espaciales de una herramienta mediante una unidad de entrada electrónica, y
-
desplazamiento de la herramienta
caracterizado porque
- las imágenes de capas bidimensionales representadas inciden en el área activa de la herramienta y siguen sus movimientos, y
- las imágenes de capas bidimensionales representadas en cualquier posición y orientación, son extraídas del modelo tridimensional, representando un representante para la herramienta o su posición, y
el procedimiento comprende, además, al menos, los siguientes pasos, seleccionados del grupo a) o b), preferentemente, de a) y b),
(a)
generación de una herramienta como simulación tridimensional de ordenador y representación de la herramienta como objeto tridimensional y en la imagen bidimensional de capas, incluyendo su alineación tridimensional en relación con la imagen de capas bidimensional y/o
(b)
provisión, al menos, de los elementos de volumen que describen las partes que se pueden procesar de la estructura interna, con un atributo que caracteriza el estado de procesamiento, conformación de una intersección de los elementos de volumen caracterizados como procesables, del área activa de la herramienta, en el estado de funcionamiento encendido, durante el proceso de tratamiento del volumen cubierto, y marcación de los elementos de volumen de la intersección asignándoles el atributo de "procesado", y
Representación del, o de los cortes a través del elementos de volumen identificados con el atributo "procesado" en la o las imágenes de capas bidimensionales, como superficies marcadas.
2. Procedimiento acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud que corresponde al valor de medición físico es una información de luminosidad, para representar elementos de volumen o el corte bidimensional a través de los elementos de volumen con diferente luminosidad, asimismo, la superficie marcada muestra la luminosidad en otra escala de color acorde a la marcación.
3. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las estructuras internas son estructuras corporales y las partes por procesar o procesadas de las estructuras internas son huesos, cartílagos y/o dientes, o sus partes.
4. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las matrices tridimensionales de coordenadas espaciales son obtenidas a partir de imágenes de capas, como aquellas accesibles mediante procedimientos médicos de registro de imagen, como tomografía computerizada TC, tomografía de resonancia magnética TRM, ultrasonido, tomografía por emisión de positrones TEP o sus combinaciones.
5. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de entrada electrónica toma las coordenadas espaciales de una herramienta real un equipo de navegación y la herramienta es conducida a través de la estructura interna o procesa partes de ella, asimismo, la estructura en el modelo tridimensional corresponde a una representación de la estructura real, incluyendo su estado de procesamiento y, eventualmente, la herramienta real del modelo tridimensional contiene una información acerca de la proximidad con respecto a una estructura por procesar, o una estructura de riesgo, y le informa al operador acerca de ella.
6. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones a 1 a 4, caracterizado porque la unidad de entrada electrónica comprende un dispositivo de entrada tridimensional que, preferentemente, ejerce un acoplamiento retroactivo de fuerza sobre la mano del usuario.
7. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la representación de las imágenes de capas bidimensionales se lleva a cabo con un dispositivo visualizador tridimensional, que muestra imágenes estéreo para la representación de la herramienta tridimensional, para lo cual se muestran imágenes estereoscópicas de la derecha y de la izquierda, al menos, de la herramienta tridimensional.
8. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se muestra, además, un modelo tridimensional correspondiente a, al menos, una imagen de capas bidimensional.
9. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la herramienta es representada en la imagen de capas bidimensional, asimismo, la extensión y orientación tridimensional son simuladas óptimamente con métodos de la gráfica de ordenador.
10. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el movimiento de la herramienta se registra en forma de las imágenes de capas bidimensionales representadas, eventualmente, convertidas en secuencias de vídeo.
11. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento comprende los pasos de ambos grupos a) y b).
12. Dispositivo, eventualmente, de múltiples partes, para la representación de imágenes de capas bidimensionales de las estructuras internas, que comprende la representación en las imágenes de capas bidimensionales
-
de la extensión física de una herramienta tridimensional y su movimiento en las estructuras internas y
-
de modificaciones en una o múltiples estructuras internas originadas por la acción de la herramienta, preferentemente, de ambas cosas, asimismo, el dispositivo presenta
i)
un dispositivo de registro de imagen para el registro y la generación de datos de imagen tridimensionales volumétricos de estructuras internas, y para la emisión de los datos de imagen tridimensionales volumétricos,
ii)
un equipo de procesamiento de datos que comprende una memoria y un procesador y un programa de software para la obtención de un volumen de datos,
-
a partir de los datos de imagen volumétricos tridimensionales, que define la extensión física de la estructura interna mediante una gran cantidad de coordenadas espaciales y una magnitud que corresponde a un valor de medición físico y está asignado a cada punto descrito por las coordenadas,
-
para la generación de una gran cantidad de elementos de volumen a partir del volumen de datos, asimismo,
-
los elementos de volumen pueden ser provistos, respectivamente, de atributos, y los elementos de volumen provistos de atributos representan un modelo tridimensional de la estructura interna, y
-
al menos un atributo caracteriza la correspondencia a una estructura interna y permite su visualización, asimismo, el atributo puede ser obtenido utilizando la magnitud que corresponde al valor de medición físico, segmentando los elementos de volumen, asimismo, el equipo de procesamiento de datos le brinda herramientas a la simulación tridimensional de ordenador y posibilita su selección,
iii)
una unidad de entrada electrónica para la detección de las coordenadas espaciales de la herramienta y para desplazar la herramienta respecto de las estructuras internas
iv)
un visualizador
caracterizado porque
-
el equipo de procesamiento de datos genera tales imágenes de capas bidimensionales a partir del modelo tridimensional, que en el caso de la herramienta desplazada siempre inciden en un punto determinado del área activa de la herramienta y el visualizador representa estas imágenes de capas bidimensionales, y
-
las imágenes de capas bidimensionales representadas con el visualizador, en cualquier posición y orientación, son extraídas del modelo tridimensional, representando un representante para la herramienta o su posición, por el equipo de procesamiento de datos,
y el visualizador representa:
a)
la imagen de la herramienta como objeto tridimensional en la imagen de capas bidimensional y la alineación tridimensional respecto de la imagen de capas bidimensional, y
b)
la representación del o de los cortes a través de los elementos de volumen identificados con el atributo "procesado" en la o las imágenes de capas bidimensionales como superficies marcadas, asimismo, el equipo de procesamiento de datos les asigna el atributo "procesado" a los elementos de volumen que describen la estructura procesada, si el área activa de la herramienta incide en los elementos de volumen en el estado de funcionamiento encendido.
13. Dispositivo acorde a la reivindicación 12, caracterizado porque la magnitud que corresponde al valor de medición físico es convertida en una información de luminosidad, para representar elementos de volumen o el corte bidimensional a través de los elementos de volumen con diferente claridad, asimismo, las superficies marcadas muestran la luminosidad en otra escala de color acorde a la marcación.
14. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones a 12 o 13, caracterizado porque el dispositivo de registro de imagen es un dispositivo de registro de imagen médico como un tomógrafo computerizado TC, un tomógrafo de resonancia magnética TRM, un equipo de ultrasonido, un tomógrafo de emisiones de positrones TEP.
15. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones a 12 a 14, caracterizado porque la unidad de entrada electrónica comprende un equipo de navegación que localiza la herramienta real.
16. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones a 12 a 14, caracterizado porque la unidad de entrada electrónica comprende un dispositivo de entrada tridimensional que, preferentemente, ejerce un acoplamiento retroactivo de fuerza sobre la mano del usuario.
17. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la representación de las imágenes de capas bidimensionales se lleva a cabo con un dispositivo visualizador tridimensional, que muestra imágenes estéreo para la representación de la herramienta tridimensional, asimismo, se muestran imágenes estereoscópicas de la derecha y de la izquierda, al menos, de la herramienta tridimensional.
18. Dispositivo acorde a una de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque en el visualizador se muestra, además, un modelo tridimensional correspondiente a la imagen de capas bidimensional asignada.
ES06761697T 2005-06-25 2006-06-23 Procedimiento y dispositivo para la navegacion tridimensional en imagenes de capas. Expired - Lifetime ES2318761T3 (es)

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007028731A1 (de) * 2007-06-21 2009-01-02 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Zuordnung von Daten
US8704827B2 (en) 2007-12-21 2014-04-22 Mako Surgical Corp. Cumulative buffering for surface imaging
WO2009085037A2 (en) * 2007-12-21 2009-07-09 Mako Surgical Corp. Cumulative buffering for surface imaging
US8348831B2 (en) * 2009-12-15 2013-01-08 Zhejiang University Device and method for computer simulated marking targeting biopsy
BR112013001487B1 (pt) * 2010-07-21 2022-05-03 Armin E. Moehrle Método e aparelho de criação de relatório de imagem
JP5984235B2 (ja) * 2011-07-19 2016-09-06 東芝メディカルシステムズ株式会社 画像処理システム、装置、方法及び医用画像診断装置
FR3038995B1 (fr) * 2015-07-15 2018-05-11 F4 Dispositif interactif a affichage personnalisable
FR3042620B1 (fr) 2015-10-16 2017-12-08 F4 Dispositif web interactif a affichage personnalisable
WO2018235255A1 (ja) * 2017-06-23 2018-12-27 オリンパス株式会社 医療システムとその作動方法
US20230165639A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-01 Globus Medical, Inc. Extended reality systems with three-dimensional visualizations of medical image scan slices

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7234937B2 (en) * 1999-11-30 2007-06-26 Orametrix, Inc. Unified workstation for virtual craniofacial diagnosis, treatment planning and therapeutics
US7630750B2 (en) * 2001-02-05 2009-12-08 The Research Foundation For The State University Of New York Computer aided treatment planning
US6892090B2 (en) * 2002-08-19 2005-05-10 Surgical Navigation Technologies, Inc. Method and apparatus for virtual endoscopy

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