ES2322055T3 - Dispositivo de localiacion para verificacion de posicion. - Google Patents
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Abstract
Un aparato capaz de comprobar de manera cruzada los puntos palpados obtenidos con un dispositivo (100) de localización, comprendiendo dicho aparato: sensores (114) para detectar una herramienta quirúrgica (124) que tiene un marcador (116), obteniendo al menos cuatro puntos palpados dicha herramienta quirúrgica (124) para palpar un objeto (104); una memoria (110); y un ordenador (108) acoplado a dichos sensores (114) y dicha memoria (110), caracterizado porque dicho ordenador (108) está configurado para determinar la precisión de uno de dichos al menos cuatro puntos palpados basándose en dichos al menos cuatro puntos palpados y los puntos correspondientes de datos obtenidos de una imagen preoperatoria de dicho objeto (104), generando dicho ordenador (108) un indicador si se determina que uno de dichos al menos cuatro puntos palpados no es preciso, en el que se palpan al menos tres puntos no alineados (M'', L'', T'') y un punto de comprobación (K'') y en el que dicho ordenador (108) determina la precisión del punto de comprobación (K'') al desarrollar una transformación de coordenadas en base a dichos al menos tres puntos palpados (M'', L'', T'') y a los puntos correspondientes de datos obtenidos de dicha imagen preoperatoria y compara dicho punto de comprobación (K'') con un punto de comproba-ción correspondiente de datos transformado utilizando dicha transformación de coordenadas, obtenido dicho punto de comprobación de datos de la imagen preoperatoria, en el que dicho ordenador (108) genera dicho indicador si dicho punto de comprobación difiere de dicho punto de comprobación correspondiente de datos transformado en más de una cantidad predefinida.
Description
Dispositivo de localización para verificación de
posición.
La presente invención versa acerca de un aparato
capaz de comprobar de manera cruzada los puntos palpados obtenidos
con un dispositivo de localización, comprendiendo dicho aparato
sensores para detectar una herramienta quirúrgica que tiene un
marcador, siendo dicha herramienta quirúrgica para palpar un objeto
para obtener al menos dos puntos palpados;
una memoria; y
un ordenador acoplado a dichos sensores y dicha
memoria.
Se han desarrollado dispositivos de localización
para asistir a los cirujanos a llevar a cabo procedimientos
quirúrgicos. Cuando se utilizan en un procedimiento, se fijan a los
huesos marcadores que pueden ser rastreados por medio de un sistema
de cámara estereoscópica. El sistema de cámara estereoscópica está
conectada a un sistema de procesamiento de datos que registra las
posiciones de los marcadores en el espacio para establecer un
sistema de coordenadas de referencia con respecto a cada hueso que
tiene un marcador. Se pueden fijar marcadores adicionales a las
herramientas quirúrgicas y el dispositivo de localización programado
con la ubicación de la porción de trabajo de la herramienta
quirúrgica con respecto al marcador. Entonces, se puede utilizar la
herramienta para palpar (tocar) marcadores específicos en los huesos
mientras que el dispositivo de localización registra sus
ubicaciones para así verificar la posición de los marcadores en los
sistemas de coordenadas de referencia de los huesos. Se utiliza un
monitor para mostrar la información desarrollada a partir del
sistema de coordenadas de referencia y de los marcadores para su uso
para guiar a un cirujano durante el procedimiento, como navegar otra
herramienta quirúrgica hasta una ubicación en particular en el
sistema de coordenadas de referencia (EP 1 033 113 A1; FR 2 828
801).
Normalmente, la herramienta quirúrgica utilizada
para palpar puntos en un hueso es una herramienta indicadora. El
marcador puede estar montado en la herramienta indicadora de una
única forma predeterminada. Como se hace notar, el dispositivo de
localización está programado con datos que indican la posición de la
porción de trabajo, por ejemplo, la punta de la herramienta
indicadora con respecto al marcador. Al observar el marcador, el
dispositivo de localización puede determinar la posición de la punta
de la herramienta indicadora.
La precisión de la posición de la punta de la
herramienta indicadora según se determina mediante el dispositivo
de localización depende de varios factores. Estos factores incluyen
una colocación apropiada del marcador en la herramienta indicadora,
una programación precisa de los datos que indican la posición de la
punta de la herramienta indicadora con respecto al marcador, y la
exactitud del marcador y de la herramienta indicadora. Si
cualquiera de estos factores no concuerdan, la posición de la punta
de la herramienta indicadora según se determina por medio del
dispositivo de localización será imprecisa, que, a su vez, tendrá
como resultado el desarrollo de información errónea que puede ser
utilizada para guiar a un cirujano durante un procedimiento
quirúrgico. Si la información utilizada para guiar al cirujano es
errónea, el procedimiento quirúrgico puede ser afectado de manera
adversa. De esta manera, existe la necesidad de verificar la
precisión de los puntos palpados utilizando el dispositivo de
localización para prevenir el desarrollo de información errónea
basada en los puntos palpados. La presente invención cumple esta
necesidad, entre otras.
La presente invención proporciona un aparato y
un producto de programa informático según se definen en las
reivindicaciones 1 y 5, respectivamente.
La presente invención proporciona un aparato
según se ha descrito anteriormente que está caracterizado porque
dicho ordenador está configurado para determinar la precisión de uno
de dichos al menos cuatro puntos palpados basándose en dichos al
menos cuatro puntos palpados y los puntos correspondientes de datos
obtenidos a partir de una imagen preoperatoria de dicho objeto,
generando dicho ordenador un indicador si se determina que dicho
punto palpado de entre dichos al menos cuatro puntos palpados es
impreciso, en el que se palpan al menos tres puntos no alineados y
un punto de comprobación y en el que dicho ordenador determina la
precisión del punto de comprobación al desarrollar una
transformación de coordenadas basada en dichos al menos tres puntos
palpados y en los puntos correspondientes de datos obtenidos de
dicha imagen preoperatoria y comparar dicho punto de comprobación
con un punto de comprobación correspondiente de datos transformado
utilizando dicha transformación de coordenadas, obtenido dicho punto
de comprobación de datos a partir de la imagen preoperatoria, en el
que dicho ordenador genera dicho indicador si dicho punto de
comprobación difiere de dicho punto de comprobación correspondiente
transformado en más de una cantidad predefinida.
En los dibujos, se utilizan los mismo números de
referencia para indicar los mismos elementos.
La Figura 1 es una ilustración de un paciente a
punto de someterse a un procedimiento utilizando un dispositivo de
localización conforme a la presente invención;
la Figura 2A es una ilustración de un
dispositivo de formación de imagen para producir una imagen
preoperatoria para obtener puntos correspondientes a puntos
obtenidos utilizando el dispositivo de localización de la Figura
1;
la Figura 2B es una ilustración de una imagen
preoperatoria producida por el dispositivo de formación de imagen de
la Figura 2A;
la Figura 3 es una ilustración de una tibia que
va a ser palpada utilizando el dispositivo de localización de la
Figura 1;
la Figura 4 es un diagrama de flujo que
representa los pasos para comprobar de manera cruzada los puntos
palpados utilizando el dispositivo de localización de la Figura 1
conforme a la presente invención; y
la Figura 5 es un diagrama de flujo que
representa pasos alternativos para comprobar de manera cruzada los
puntos palpados utilizando el dispositivo de localización de la
Figura 1 conforme a la presente invención.
La Fig. 1 representa un dispositivo 100 de
localización en el que se puede emplear el procedimiento de la
presente invención. En la Fig. 1, se ilustra de manera esquemática
a un paciente 102 que va a someterse a un procedimiento quirúrgico
en una pierna 104, por ejemplo, una Artroplastia total de rodilla
(TKA), descansando sobre una mesa 106 de operación. El dispositivo
100 de localización incluye un ordenador 108 que tiene cargado un
software para una navegación quirúrgica, una memoria 110, un
procesador 112, sensores (o cámaras) 114 capaces de detectar
marcadores 116, un pedal 118, un teclado 120, y un monitor 122 con
una pantalla 123 de visualización para mostrar información de
navegación quirúrgica. La pantalla 123 de visualización está
disponible a un cirujano para guiar al cirujano durante los
procedimientos quirúrgicos llevados a cabo utilizando el dispositivo
100 de localización. Los sensores 114 están colocados por encima y
lateralmente al paciente 102 de forma que la pierna 104 del
paciente está en el campo de visión de los sensores 114. En general,
los marcadores 16 están montados de manera fija en los huesos (por
ejemplo, una tibia 105a y un fémur 105b) y en las herramientas
quirúrgicas (por ejemplo, una herramienta 124 indicadora), de forma
que el dispositivo 100 de localización puede rastrear la ubicación
y la orientación exactas de los huesos y las herramientas
quirúrgicas en los que se han montado marcadores 116. En la patente
U.S. nº 6.385.475 otorgada a Cinquin et al. se encuentra una
descripción de un dispositivo adecuado 100 de localización que tiene
estas características, que tiene el mismo inventor y está
transferida conjuntamente a la misma entidad que la presente
solicitud, está incorporada en su totalidad en el presente documento
por referencia.
La Fig. 2A representa un dispositivo 200 de
formación de imagen preoperatoria para producir una imagen
preoperatoria de un objeto, por ejemplo, la tibia 105a dentro de la
pierna 104, y la Fig. 2B representa una imagen 202 preoperatoria
ilustrativa de la tibia 105a producida por dicho dispositivo 200 de
formación de imagen preoperatoria. La imagen 202 preoperatoria se
utiliza para obtener puntos (es decir, puntos de la imagen
preoperatoria) y características basados en los puntos de la imagen
preoperatoria, tal como la distancia entre dos puntos, que puede ser
utilizada para verificar la precisión de los puntos palpados. Como
se describirá en detalle a continuación haciendo referencia a la
Fig. 4 y a la Fig. 5, la precisión de un punto palpado con el
dispositivo 100 de localización (Fig. 1) puede estar determinada en
base a uno o más puntos palpados y a los puntos correspondientes de
imagen preoperatoria. El dispositivo 200 de formación de imagen
preoperatoria puede incluir un dispositivo de rayos X, escáner CT o
IRM convencional, o esencialmente cualquier dispositivo capaz de
obtener una imagen preoperatoria de un objeto, por ejemplo, un
hueso dentro de un apéndice. La imagen 202 preoperatoria ilustrada
es una imagen bidimensional (por ejemplo, una imagen de rayos X
convencional obtenida con un dispositivo convencional de rayos X o
una copia impresa bidimensional de una imagen obtenida con un
dispositivo de IRM o escáner CT). En una realización alternativa, la
imagen preoperatoria puede ser una imagen tridimensional (por
ejemplo, una imagen electrónica obtenida con un dispositivo de IRM o
escáner CT). Serán muy evidentes a los expertos en la técnica otros
dispositivos de formación de imagen utilizados para producir
imágenes preoperatorias.
En la imagen 202 preoperatoria ilustrada, los
puntos obtenidos son el maléolo medio (M), el maléolo lateral (L),
el centro de la eminencia intercondilar (K), y el centro de la tibia
(T) en la extremidad del tobillo. Preferiblemente, las
características asociadas con la imagen 202 preoperatoria incluyen
mediciones tal como la distancia entre dos puntos o el ángulo entre
dos líneas definidas por tres o más puntos. Por ejemplo, las
características asociadas con los puntos de la imagen preoperatoria
pueden incluir a modo de un ejemplo no limitante, la distancia entre
M y L, la distancia entre K y T, y un ángulo \alpha entre una
primera línea definida por L y M y una segunda línea definida por K
y T.
Si la imagen 202 preoperatoria es una copia
impresa bidimensional, las características pueden ser determinadas
a mano de una forma conocida, por ejemplo, marcando puntos
directamente en la imagen 202 preoperatoria y midiendo las
distancias entre los puntos marcados con una regla y midiendo los
ángulos entre las líneas definidas por los puntos marcados con un
goniómetro. Si la imagen 202 preoperatoria es una imagen electrónica
bidimensional o tridimensional del objeto, las características se
pueden determinar utilizando tecnologías de interfaz para
ordenador, por ejemplo, colocando un cursor en un primer punto con
un ratón convencional de ordenador y seleccionando ese punto al
pulsar un botón en el ratón del ordenador y, luego, colocando el
cursor en un segundo punto y seleccionando ese punto. Entonces, se
puede determinar de manera automática la distancia entre los dos
puntos seleccionados de una forma conocida, por medio del uso de
software conocido. Serán muy evidentes a los expertos en la
técnica diversas realizaciones alternativas para identificar puntos
y características asociados con esos puntos.
Los puntos obtenidos y/o las características
están almacenados para una comparación posterior con los puntos
palpados utilizando el dispositivo 100 de localización (Fig. 1) para
verificar la precisión de los puntos palpados. Preferiblemente, los
puntos y/o las características obtenidos se almacenan en la memoria
110 del dispositivo 100 de localización. En una realización, las
características se introducen directamente en el dispositivo 100 de
localización, por ejemplo, por medio del teclado 120, para ser
almacenadas en la memoria 110. Por ejemplo, el dispositivo 100 de
localización puede mostrar una indicación en el monitor 122
solicitando que la distancia entre M y L según se obtiene de la
imagen 202 preoperatoria sea introducida en el dispositivo de
localización. Un operador, por ejemplo, un cirujano o un asistente,
introduce entonces la información en el dispositivo 100 de
localización utilizando el teclado 120.
En una realización alternativa, se introducen
directamente las coordenadas para los puntos (o sea, puntos de
datos) de la imagen preoperatoria en el dispositivo 100 de
localización. Por ejemplo, el dispositivo de localización puede
invitar al operario a introducir las coordenadas del maléolo medio
(M) y del maléolo lateral (L), que el operario introduce por medio
del teclado 120, y el dispositivo de localización determinará las
características, por ejemplo, la distancia entre M y L, según sea
necesario. En una realización alternativa, se contempla que los
puntos de datos y/o las características sean transferidos al
dispositivo 100 de localización directamente desde un dispositivo
electrónico de formación de imagen tal como un dispositivo de IRM o
escáner CT. Serán muy evidentes a los expertos en la técnica
diversas realizaciones alternativas para obtener y almacenar puntos
de datos y/o características asociados con los puntos, y esas
realizaciones se consideran dentro del ámbito de la presente
invención.
La Fig. 3 representa un objeto, por ejemplo, la
tibia 105a, que va a ser palpada con una herramienta quirúrgica
durante un procedimiento quirúrgico llevado a cabo utilizando el
dispositivo 100 de localización (Fig. 1). Se palpa el objeto para
obtener puntos palpados y características asociados con aquellos
puntos para ser comparados con los puntos y las características
asociados correspondientes con la imagen 202 preoperatoria (Fig.
2B). En la realización ilustrada, la herramienta quirúrgica es una
herramienta 124 indicadora. La herramienta 124 indicadora tiene un
marcador 116e montado sobre ella para rastrear mediante el
dispositivo 100 de localización. El dispositivo 100 de localización
está preprogramado con datos que indican la posición de la porción
de trabajo de la herramienta 124 indicadora, es decir, la punta
300, con respecto al marcador 116e montado en la herramienta 124
indicadora. Durante el procedimiento quirúrgico, el dispositivo 100
de localización observa el marcador 116e en la herramienta 124
indicadora y determina la posición de la punta 300 de la herramienta
indicadora con respecto a la tibia 105a, que también tiene un
marcador 116b montado sobre ella. En una realización preferida, se
palpa el objeto al tocar la punta 300 de la herramienta indicadora
una posición deseada en el objeto, por ejemplo, el maléolo medio
(M'), y registrando la posición de la punta de la herramienta
indicadora de una forma convencional que es perfectamente conocida
para los expertos en la técnica.
Los puntos palpados incluyen a modo de ejemplo
no limitante, un maléolo medio (M') palpado, un maléolo lateral
(L') palpado, un centro de la eminencia intercondilar (K') palpado,
y un centro de la tibia (T') palpado en la extremidad del tobillo.
Preferiblemente, los puntos palpados se corresponden con puntos
conocidos en la imagen preoperatoria tal como los descritos
anteriormente con referencia a la Fig. 2B. Además, el dispositivo
100 de localización determina las características asociadas con los
puntos palpados para comparación con las características
correspondientes asociadas con los puntos obtenidos de la imagen
202 preoperatoria. Preferiblemente, las características asociadas
con los puntos palpados incluyen mediciones como la distancia entre
dos puntos o el ángulo entre dos líneas definidas por tres o más
puntos. Por ejemplo, las características asociadas con los puntos
de la imagen preoperatoria pueden incluir a modo de ejemplo no
limitante, la distancia entre M' y L', la distancia entre K' y T', y
un ángulo \alpha' entre una primera línea definida por L' y M' y
una segunda línea definida por K' y T'. Preferiblemente, las
características palpadas se corresponden con las características
obtenidas de la imagen 202 preoperatoria (Fig. 2B).
La Fig. 4 representa un diagrama 400 de flujo
para ser usado en la descripción de un procedimiento para comprobar
de manera cruzada los puntos palpados utilizando el dispositivo 100
de localización (Fig. 1) conforme a una realización de la presente
invención. El procedimiento comienza en el bloque 410. En una
realización preferida, el procedimiento comienza cuando activa por
medio del dispositivo 100 de localización durante una o más
porciones específicas de un procedimiento quirúrgico. Por ejemplo,
el dispositivo 100 de localización puede activar el procedimiento
durante pasos específicos de un procedimiento quirúrgico, por
ejemplo, cuando el procedimiento quirúrgico requiere que se palpe
un punto. En una realización alternativa, el dispositivo 100 de
localización puede activar el procedimiento al comienzo del
procedimiento quirúrgico y se puede utilizar el procedimiento para
verificar los puntos palpados según sea necesario durante todo el
procedimiento quirúrgico completo.
En el bloque 420, se palpa un objeto utilizando
una herramienta quirúrgica, por ejemplo, la herramienta 124
indicadora (Fig. 1), que es rastreado por el dispositivo 100 de
localización. En una realización preferida, el dispositivo 100 de
localización, por medio del monitor 122, indica al cirujano a que
palpe puntos en el objeto. Por ejemplo, el dispositivo 100 de
localización puede invitar al cirujano a palpar los siguientes
puntos en la tibia 105a: el maléolo medio (M'), el maléolo lateral
(L'), el centro de la eminencia intercondilar (K'), y el centro de
la tibia (T') en la extremidad del tobillo. Preferiblemente, las
coordenadas de los puntos palpados y/o las características asociados
con los puntos palpados son almacenados en una memoria 110 asociada
con el dispositivo 100 de localización.
En los bloques 430 y 440, se determina la
precisión de al menos uno punto palpado. En la realización mostrada
en la Fig. 4, se comparan las características asociadas con los
puntos palpados en el bloque 420 con las características asociadas
con los puntos obtenidos de una imagen 202 preoperatoria (Fig. 2B)
del objeto para determinar si las características comparadas
difieren en más de una cantidad predefinida (es decir, un valor
umbral). Las características pueden incluir una distancia entre dos
puntos y/o ángulos definidos por tres o más puntos. El valor umbral
para una característica de distancia puede ser una distancia
predefinida, por ejemplo, 10 milímetros, o un porcentaje
predefinido, por ejemplo, 2%. El valor umbral para un ángulo puede
ser un ángulo predefinido, por ejemplo, 2º, o un porcentaje
predefinido, por ejemplo, 5%. Los expertos en la técnica reconocerán
que las distancias pueden estar a escala de forma conocida antes de
la comparación para compensar por las diferencias de escala entre
los puntos palpados obtenidos del objeto real y entre los puntos
correspondientes obtenidos de la imagen preoperatoria. Además, se
pueden emplear las técnicas conocidas de ajuste a escala para
compensar las discrepancias aparentes de distancias atribuidas a la
representación de un objeto tridimensional en dos dimensiones, si
fuese aplicable. Si las características comparadas exceden la
cantidad predefinida, el proceso procede al bloque 450. De lo
contrario, el proceso termina en el bloque 460. Preferiblemente, las
características están comparadas por el dispositivo 100 de
localización.
Si la característica es una distancia entre dos
puntos palpados, tal como la distancia entre el maléolo medio (M')
palpado y el maléolo lateral (L') palpado, la distancia puede ser
comparada de la siguiente forma. En primer lugar, el dispositivo de
localización computa la distancia entre el maléolo medio (M')
palpado y el maléolo lateral (L') palpado de una forma conocida.
Entonces, el dispositivo de localización compara la distancia
computada con una distancia medida entre el maléolo medio (M) y el
maléolo lateral (L) en una imagen preoperatoria (ajustando a escala
la distancia computada si fuese necesario). La distancia entre los
puntos de la imagen preoperatoria puede ser almacenada en la memoria
110 del dispositivo de localización para una comparación directa con
la distancia computada o se puede computar la distancia entre los
puntos de la imagen preoperatoria de las coordenadas de los puntos
de la imagen preoperatoria almacenadas en la memoria 110.
Si la característica es un ángulo entre tres o
más puntos palpados, tal como el ángulo \alpha' entre una primera
línea definida por un primer vector que se extiende entre el maléolo
medio (M') palpado y el maléolo lateral (L') palpado y una segunda
línea definida por un segundo vector que se extiende entre el centro
de la tibia (T') palpado en la extremidad del tobillo y el centro de
la eminencia intercondilar (K') palpado, la característica de ángulo
puede ser comparada de la siguiente forma. En primer lugar, el
dispositivo de localización computa el ángulo \alpha' entre un
primer vector que se extiende entre el maléolo medio (M') palpado y
el maléolo lateral (L') palpado y un segundo vector que se extiende
entre el centro de la tibia (T') palpado en la extremidad del
tobillo y el centro de la eminencia intercondilar (K') palpado.
Entonces, el dispositivo de localización compara el ángulo computado
\alpha' con un ángulo medido \alpha entre un primer vector que
se extiende entre el maléolo medio (M) y el maléolo lateral (L) en
una imagen preoperatoria y un segundo vector que se extiende entre
el centro de la tibia (T) en la extremidad del tobillo y el centro
de la eminencia intercondilar (K') en la imagen preoperatoria. El
ángulo \alpha entre los puntos de la imagen preoperatoria puede
estar almacenado en la memoria 110 para una comparación directa con
el ángulo computado \alpha'. De manera alternativa, el ángulo
\alpha definido por los puntos de la imagen preoperatoria puede
estar computado a partir de las coordenadas de los puntos de la
imagen preoperatoria almacenados en la memoria 110.
En una realización preferida, se compara una
característica según se obtienen los puntos necesarios para definir
esa característica mediante palpación. De esta forma, es posible
identificar un punto palpado impreciso cuando es palpado (o poco
después), maximizando de esta manera la cantidad de tiempo
disponible para remediar la imprecisión. Por ejemplo, si la
característica es una distancia entre dos puntos, se comparará la
característica para los puntos palpados con la característica
correspondiente obtenida a partir de los puntos en una imagen
preoperatoria inmediatamente después de obtener el segundo de los
dos puntos palpados. En este momento, si la característica palpada y
la característica de la imagen preoperatoria difieren en más del
valor umbral para esa característica, el proceso procederá al bloque
450.
En el bloque 450, se genera un indicador que
indica que se ha excedido el valor umbral de una característica
comparada en los bloques 430 y 440. El indicador puede ser un
indicador visual mostrado en el monitor 122 del dispositivo 100 de
localización y/o un indicador audible emitido por un dispositivo (no
mostrado) de audio asociado con el dispositivo 100 de localización.
En una realización preferida, la presencia de un indicador alerta a
un cirujano durante la palpación de los puntos de la posibilidad de
que un punto palpado sea impreciso, que puede dar como resultado el
desarrollo de información errónea por el dispositivo 100 de
localización. Alertar al cirujano durante la palpación de los puntos
permite al cirujano tomar una acción correctora durante el
procedimiento. Por ejemplo, el cirujano puede palpar uno o más de
los puntos de nuevo, sustituir la herramienta quirúrgica y/o
sustituir el marcador montado en la herramienta quirúrgica.
De esta manera, se puede utilizar el
procedimiento para comprobar de manera cruzada los puntos palpados
en un objeto utilizando un dispositivo de localización al comparar
características asociadas con los puntos palpados con las
características correspondientes asociadas con los puntos obtenidos
de una imagen preoperatoria del objeto de la siguiente forma. El
dispositivo 100 de localización de la Fig. 1 activa el procedimiento
de la Fig. 4 durante un paso de un procedimiento quirúrgico en el
que se van a palpar puntos utilizando el dispositivo 100 de
localización. Después de que se hayan palpado al menos dos puntos,
se puede determinar una característica asociada con estos puntos
palpados, por ejemplo, la distancia entre dos de los puntos
palpados, para su comparación con una característica asociada
correspondiente con una imagen preoperatoria, por ejemplo, la
distancia entre dos puntos en la imagen preoperatoria que se
corresponde con los dos puntos palpados. Si la diferencia entre una
característica asociada con los puntos palpados y una característica
asociada con los puntos de la imagen preoperatoria difiere en más
de una cantidad predeterminada, se genera un indicador para indicar
que uno de los puntos palpados en el que se basa la característica
puede ser erróneo. Entonces se puede tomar una acción correctora en
respuesta a la identificación de un punto palpado erróneo para
aumentar la integridad de la información generada por el dispositivo
de localización de los puntos palpados para ser usada para guiar a
un cirujano durante un procedimiento quirúrgico.
La Fig. 5 representa un diagrama 500 de flujo
para ser usado en la descripción de un procedimiento alternativo
para comprobar de manera cruzada los puntos palpados utilizando el
dispositivo 100 de localización (Fig. 1). En el bloque 510, el
procedimiento comienza como se ha descrito anteriormente en
referencia al bloque 410 (Fig. 4). En el bloque 520, se palpa un
objeto utilizando una herramienta quirúrgica, por ejemplo, la
herramienta 124 indicadora (Fig. 1), que es rastreada por el
dispositivo 100 de localización para obtener al menos tres puntos no
alineados. En una realización preferida, el dispositivo 100 de
localización indica al cirujano por medio de un monitor 122 a palpar
puntos en el objeto. Por ejemplo, el dispositivo 100 de localización
puede invitar al cirujano a palpar los siguientes puntos en la tibia
105a: el maléolo medio (M'), el maléolo lateral (L'), y el centro de
la tibia (T'), en la extremidad del tobillo mostrada en la Fig. 3.
Preferiblemente, se almacenan las coordenadas de los puntos palpados
en la memoria 110 asociada con el dispositivo 100 de
localización.
En los bloques 530-560, se
determina la precisión de al menos un punto palpado (es decir, un
punto de comprobación). El punto de comprobación es un punto
palpado distinto a los al menos tres puntos no alineados palpados en
el bloque 520, por ejemplo, el centro de la eminencia intercondilar
(K') mostrado en la Fig. 3. En una realización preferida, como se
describirá en detalle a continuación, se determina la precisión del
punto de comprobación al desarrollar una transformación de
coordenadas en base a los al menos tres puntos no alineados
palpados en el bloque 520 y los puntos correspondientes obtenidos de
una imagen preoperatoria. Entonces, se compara el punto de
comprobación con un punto correspondiente obtenido de la imagen
preoperatoria, por ejemplo, el centro de la eminencia intercondilar
(K) mostrado en la Fig. 2B. Antes de la comparación, se transforma
el punto correspondiente utilizando la transformación de
coordenadas. Si el punto de comprobación difiere del punto
correspondiente transformado en más de una cantidad predefinida, se
genera una indicación que indica que el punto de comprobación
palpado es erróneo.
En el bloque 530, se desarrolla la
transformación de coordenadas. La transformación de coordenadas es
un algoritmo basado en los al menos tres puntos no alineados
palpados en el bloque 520 y los puntos correspondientes obtenidos
de la imagen preoperatoria, por ejemplo, el maléolo medio (M), el
maléolo lateral (L), y el centro de la tibia (T) en la extremidad
del tobillo mostrada en la Fig. 2B. Para fines ilustrativos, los
tres puntos no alineados palpados están representados por medio del
triplete (Ap, Bp, Cp) de coordenadas, correspondiéndose cada letra
en el triplete con las coordenadas de uno de los tres puntos no
alineados, y los puntos correspondientes obtenidos de la imagen
preoperatoria (es decir, modelo) están representados por medio del
triplete (Am, Bm, Cm) de coordenadas con las letras mayúsculas
similares indicando los puntos correspondientes.
En una realización preferida, la transformación
de coordenadas está generada por, en primer lugar, la identificación
de los puntos para los puntos palpados primero y segundo, por
ejemplo, Ap y Bp, que están en el entorno, es decir, dentro de una
distancia predefinida, de los puntos palpados, respectivamente. El
número de puntos identificado depende de la resolución del sistema.
Por ejemplo, si la resolución del sistema es de 155 puntos por
centímetro cuadrado y el entorno que rodea a cada punto palpado
equivale a 6,45 centímetros cuadrados, se identificarán 100.000
puntos para cada punto palpado. Para los puntos palpados Ap y Bp,
los puntos dentro del entorno de estos puntos están representados
por Ai y Bi, respectivamente, donde i es de 1 a n, siendo n el
número total de puntos en un entorno. Entonces, se identifican todos
los puntos en el entorno del primer punto palpado, por ejemplo, Ai,
donde existe un punto en Bi que está a una distancia d1 de Ai, donde
la distancia d1 es la distancia entre los puntos correspondientes de
la imagen preoperatoria, por ejemplo, Am, Bm. Estos criterios están
ilustrados en las siguientes ecuaciones 1-3:
| d(Ap,Ai) < \delta \; (en la que d es la distancia y \delta es el tamaño del entorno) | (1) | |
| d(Bp,Bi) < \delta | (2) | |
| d(Ai,Bi) = d1(Am,Bm) | (3) |
(Preferiblemente, si ningún punto
Ai en el entorno del primer punto palpado, por ejemplo, Ap,
satisface las ecuaciones 1-3, se genera un indicador
para indicar que no se puede desarrollar la transformación de
coordenadas en base a los puntos
palpados).
A continuación, se identifican todos los puntos
dentro del entorno de un tercer punto palpado, por ejemplo, Cp. Para
el punto palpado Cp, los puntos dentro del entorno están
representados por Ci. Entonces, utilizando todos los puntos primero
y segundo, por ejemplo, (Ai, Bi), que satisfacen los criterios de
las ecuaciones 1-3 anteriores, se identifican todos
los puntos en el entorno del tercer punto palpado, por ejemplo, Ci,
donde existe un punto en Ci que está a una distancia d2 de Ai, donde
d2 es la distancia entre dos puntos correspondientes de la imagen
preoperatoria, por ejemplo, Am, Cm; y donde un ángulo \alpha entre
un primer vector, por ejemplo, (AiBi), y un segundo vector, por
ejemplo, (AiCi), es igual al ángulo de la imagen preoperatoria entre
un tercer vector, por ejemplo, (AmBm), y un cuarto vector, por
ejemplo, (AmCm). Estos criterios están ilustrados en las siguientes
ecuaciones 4-6:
- d(Cp,Ci) < \delta
- (4)
- d(Ai,Ci) = d2(Am,Cm)
- (5)
- \alpha(AiBi,AiCi) = \alpha(AmBm,AmCm)
- (6)
(Preferiblemente, si no existe un
conjunto de puntos (Ai, Bi) que satisface las ecuaciones
1-6, se genera un indicador para indicar que no se
puede desarrollar la transformación de coordenadas en base a los
puntos
palpados).
Entonces, para todos los conjuntos de puntos,
por ejemplo, (Ai, Bi, Ci), que satisfagan las ecuaciones
1-6, se identifica un triplete (Ao, Bo, Co) de
transformación en el que la suma de las distancias entre cada punto
del triplete de transformación y un punto palpado correspondiente es
mínima. Este criterio se ilustra en la siguiente ecuación 7:
- \Sigma_{i} mínima d(Ai,Ap) + d(Bi,Bp) + d(Ci,Cp)
- (7)
El triplete (Ao, Bo, Co) de transformación
satisface las ecuaciones 1-7 y se utiliza para
generar la transformación de coordenadas. La generación de la
transformación de coordenadas a partir del triplete (Ao, Bo, Co)
será muy evidente para los expertos en la técnica.
En el bloque 540, se palpa un punto de
comprobación, Dp. Como se ha mencionado anteriormente, el punto de
comprobación palpado es un puntos distinto de los tres puntos no
alineados palpados en el bloque 520, por ejemplo, el centro de la
eminencia intercondilar (K'). El punto de comprobación se palpa como
se ha descrito anteriormente con referencia al bloque 520.
Preferiblemente, las coordenadas del punto palpado están almacenadas
en la memoria 110 asociada con el dispositivo 100 de
localización.
En los bloques 550 y 560, se compara el punto de
comprobación palpado en el bloque 540 con un punto correspondiente,
Dm, de la imagen preoperatoria, por ejemplo, el centro de la
eminencia intercondilar (K). Antes de la comparación, se transforma
el punto correspondiente de la imagen preoperatoria utilizando la
transformación de coordenadas desarrollada en el bloque 530.
Utilizando la transformación de coordenadas desarrollada en el
bloque 520, se transforman las coordenadas del punto correspondiente
Dm de una forma conocida para obtener un punto transformado Do.
Entonces, se compara el punto de comprobación Dp con el punto
transformado Do para ver si el punto de comprobación Dp se encuentra
en el entorno del punto transformado Do. De manera específica, se
comparan los puntos para determinar si el punto de comprobación
difiere del punto transformado Do en más de una cantidad
predefinida, por ejemplo, 10 milímetros o un 2%. Se ilustra el
criterio para determinar si el punto transformado difiere del punto
transformado correspondiente en la siguiente ecuación 8:
- d(Dp,Do) < \delta
- (8)
Si el punto de comprobación difiere del punto
transformado de la imagen, el proceso procede al bloque 570 -donde
se genera un indicador como se ha descrito anteriormente con
referencia al bloque 450. De lo contrario, el proceso termina en el
bloque 580.
De esta manera, como con el procedimiento
descrito anteriormente con referencia a la Fig. 4, se puede utilizar
el procedimiento alternativo descrito con referencia a la Fig. 5
para comprobar de manera cruzada los puntos palpados en un objeto
utilizando un dispositivo de localización. La realización mostrada
en la Fig. 5 efectúa la comprobación cruzada de los puntos palpados
de la siguiente forma. El dispositivo 100 de localización de la Fig.
1 activa el procedimiento de la Fig. 5 durante un paso de un
procedimiento quirúrgico en el que se van a palpar puntos utilizando
el dispositivo 100 de localización. Después de que se hayan palpado
al menos tres puntos, se puede desarrollar una transformación de
coordenadas en base a los puntos palpados y a los puntos
correspondientes de una imagen preoperatoria. Entonces se utiliza la
transformación de coordenadas para transformar las coordenadas de
cualquier punto de una imagen preoperatoria para ser comparadas con
un punto correspondiente palpado para determinar la precisión del
punto palpado. Si la diferencia entre el punto palpado y el punto
correspondiente palpado excede una cantidad predeterminada, se
genera un indicador para indicar que el punto palpado puede ser
erróneo. Entonces se puede tomar una acción correctora en respuesta
a la identificación de un punto palpado erróneo para aumentar la
integridad de la información generada por el dispositivo de
localización de los puntos palpados para ser utilizada para guiar a
un cirujano durante un procedimiento quirúrgico.
Se pueden implementar los pasos de procesamiento
de la presente invención mediante programas informáticos en conjunto
con componentes de hardware. Se puede almacenar código de
programación del software que plasma la presente invención en
cualquier variedad de medios conocidos como un disquete, un disco
duro o un CD-ROM, y puede ser distribuido en dicho
medios. Son conocidos en la técnica los procedimientos y las
técnicas para plasmar el código de programación del software
en medios físicos y/o distribuir código de software.
Habiendo descrito de esta manera unas pocas
realizaciones particulares de la invención, a los expertos en la
técnica se les ocurrirán fácilmente diversas alteraciones,
modificaciones y mejoras. Se pretende que dichas alteraciones,
modificaciones y mejoras, como se han puesto de manifiesto por la
presente revelación, formen parte de esta descripción aunque no
estén expresamente indicadas en el presente documento, y se pretende
que se encuentren recogidas en el ámbito de la invención. En
consecuencia, se ha proporcionado la anterior descripción únicamente
a título de ejemplo, y no como limitante. La invención está limitada
únicamente según se define en las siguientes reivindicaciones y
equivalentes a las mismas.
Claims (6)
1. Un aparato capaz de comprobar de manera
cruzada los puntos palpados obtenidos con un dispositivo (100) de
localización, comprendiendo dicho aparato:
sensores (114) para detectar una herramienta
quirúrgica (124) que tiene un marcador (116), obteniendo al menos
cuatro puntos palpados dicha herramienta quirúrgica (124) para
palpar un objeto (104);
una memoria (110); y
un ordenador (108) acoplado a dichos sensores
(114) y dicha memoria (110),
caracterizado porque dicho ordenador
(108) está configurado para determinar la precisión de uno de dichos
al menos cuatro puntos palpados basándose en dichos al menos cuatro
puntos palpados y los puntos correspondientes de datos obtenidos de
una imagen preoperatoria de dicho objeto (104), generando dicho
ordenador (108) un indicador si se determina que uno de dichos al
menos cuatro puntos palpados no es preciso,
en el que se palpan al menos tres puntos no
alineados (M', L', T') y un punto de comprobación (K') y en el que
dicho ordenador (108) determina la precisión del punto de
comprobación (K') al desarrollar una transformación de coordenadas
en base a dichos al menos tres puntos palpados (M', L', T') y a los
puntos correspondientes de datos obtenidos de dicha imagen
preoperatoria y compara dicho punto de comprobación (K') con un
punto de comprobación correspondiente de datos transformado
utilizando dicha transformación de coordenadas, obtenido dicho punto
de comprobación de datos de la imagen preoperatoria, en el que dicho
ordenador (108) genera dicho indicador si dicho punto de
comprobación difiere de dicho punto de comprobación correspondiente
de datos transformado en más de una cantidad predefinida.
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que
dicho ordenador (108) determina la precisión de dicho uno de dichos
al menos cuatro puntos palpados al comparar al menos una
característica asociada con dichos al menos cuatro puntos palpados
con una característica correspondiente asociada con dichos puntos
correspondientes de datos obtenidos de dicha imagen preoperatoria y
genera dicho indicador si dicha al menos una característica difiere
de dicha característica correspondiente en más de una cantidad
predefinida.
3. El aparato de la reivindicación 1, en el que
dicho objeto (104) es un hueso.
4. El aparato de la reivindicación 1, en el que
dicha imagen está producida por medio de un dispositivo de formación
de imagen preoperatoria seleccionado de entre un grupo que consiste
en un dispositivo de rayos X, un dispositivo de IRM y un dispositivo
de escáner CT.
5. Un producto de programa informático para
comprobar de manera cruzada los puntos de datos obtenidos con un
dispositivo (100) de localización durante un procedimiento
quirúrgico, comprendiendo dicho producto de programa
informático:
código de programa legible por ordenador
plasmado en un medio legible por ordenador, comprendiendo al menos
el programa informático legible:
código de programa legible por ordenador para
palpar al menos cuatro puntos en un objeto (104) durante el
procedimiento quirúrgico utilizando una herramienta quirúrgica (124)
rastreada por el dispositivo (100) de localización;
caracterizado porque dicho programa
informático comprende además un código de programa legible por
ordenador para determinar la precisión de uno de dichos al menos
cuatro puntos palpados en base a dichos al menos cuatro puntos
palpados y a los puntos correspondientes obtenidos de una imagen
preoperatoria de dicho objeto (104); y
un código de programa legible por ordenador para
generar un indicador si se determina que es impreciso dicho punto
palpado de entre dichos al menos cuatro puntos palpados,
en el que dicho código de programa legible por
ordenador para palpar comprende un código de programa legible por
ordenador para palpar al menos tres puntos (M', L', T') no alineados
y en el que dicho código de programa legible por ordenador para la
determinación comprende al menos:
un código de programa legible por ordenador para
desarrollar una transformación de coordenadas en base a dichos al
menos tres puntos (M', L', T') no alineados y a los puntos
correspondientes obtenidos de dicha imagen preoperatoria;
un código de programa legible por ordenador para
palpar un punto de comprobación (K') durante el procedimiento
quirúrgico utilizando dicha herramienta quirúrgica (124); y
un código de programa legible por ordenador para
comparar dicho punto de comprobación con un punto correspondiente
obtenido de la imagen preoperatoria y transformado utilizando dicha
transformación de coordenadas.
6. El producto de la reivindicación 5, en el que
dicho código de programa legible por ordenador para la determinación
comprende al menos:
un código de programa legible por ordenador para
comparar una característica asociada con dichos al menos cuatro
puntos palpados con una característica correspondiente asociada con
dichos puntos correspondientes obtenidos de dicha imagen
preoperatoria de dicho objeto.
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