ES2877761T3 - Sistemas y procedimientos para la planificación quirúrgica de corrección de la columna - Google Patents

Abstract

Un sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto, el sistema comprende: un sistema (10) de formación de imágenes de la columna vertebral capaz de recoger al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto; y una unidad (16) de control en comunicación con el sistema (10) de imágenes de la columna vertebral, estando configurada dicha unidad de control para: determinar un modelo del sujeto basado en la al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales recibidos del sistema de imágenes de la columna vertebral, en el que al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales corresponde a una posición lateral de pie del sujeto; calcular una postura optimizada para el sujeto en base a una comparación del modelo determinado y uno o más modelos predeterminados que correspondan a una o más características anatómicas del sujeto; recibir una o más entradas de corrección espinal simuladas, en el que una o más entradas de corrección espinal simuladas introducen una o más de (i) datos de fuerza muscular y (ii) datos de activación muscular; predecir una corrección quirúrgica posoperatoria simulada que mantiene un centro de masa sobre los tobillos del sujeto basándose en una o más entradas de corrección espinal simuladas recibidas y la postura optimizada calculada del sujeto; y determinar un plan quirúrgico basado en la corrección quirúrgica postoperatoria simulada prevista y comunicar el plan quirúrgico determinado a través de una pantalla.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos para la planificación quirúrgica de corrección de la columna

Campo

La presente divulgación se refiere en general a la cirugía de la columna, más específicamente a los sistemas y procedimientos relacionados con la planificación, predicción, realización y evaluación de la corrección de la deformidad de la columna y los cambios compensatorios. Se describen dichos dispositivos, así como los sistemas y procedimientos para su uso.

Antecedentes

La columna vertebral es un sistema muy complejo de huesos y tejidos conectivos que brindan soporte al cuerpo y protegen la delicada médula espinal y los nervios. La columna vertebral incluye una serie de cuerpos vertebrales apilados uno encima del otro, incluyendo cada cuerpo vertebral una porción interna o central de hueso esponjoso relativamente débil y una porción externa de hueso cortical relativamente fuerte. Situado entre cada cuerpo vertebral hay un disco intervertebral que acolcha y amortigua las fuerzas de compresión ejercidas sobre la columna vertebral. Un canal vertebral que contiene la médula espinal se encuentra detrás de los cuerpos vertebrales. La columna tiene una curvatura natural (es decir, lordosis en las regiones lumbar y cervical y cifosis en la región torácica) de manera que las placas terminales de las vértebras superior e inferior están encerradas entre sí.

Hay muchos tipos de trastornos de la columna vertebral, que incluyen escoliosis (curvatura lateral anormal de la columna), cifosis excesiva (curvatura anormal de la columna hacia adelante), exceso de lordosis (curvatura anormal hacia atrás de la columna), espondilolistesis (desplazamiento hacia adelante de una vértebra sobre otra) y otros trastornos causados por anomalías, enfermedades o traumas (como rotura o deslizamiento de discos, enfermedad generativa del disco, fractura de vértebras y similares).

Los pacientes que padecen tales afecciones a menudo experimentan un dolor extremo y debilitante, así como una función nerviosa disminuida. Para el tratamiento de estos pacientes se realizan fijaciones posteriores, fusiones espinales lejanas, descompresión, deformidad y otras reconstrucciones. El objetivo de la fijación posterior en procedimientos lumbares, torácicos y cervicales es estabilizar los segmentos espinales, corregir la alineación multieje y ayudar a optimizar la salud a largo plazo de la médula espinal y los nervios.

La deformidad espinal es el resultado de un cambio estructural en la alineación normal de la columna y generalmente se debe a al menos un segmento de movimiento inestable. La definición y el alcance de la deformidad espinal, así como las opciones de tratamiento, continúan evolucionando. Las objeciones quirúrgicas a la corrección de la deformidad espinal incluyen la corrección de la curvatura, la prevención de una mayor deformidad, la mejora o preservación de la función neurológica y la restauración del equilibrio sagital y coronal. La alineación del plano sagital y los parámetros en casos de deformidad espinal en adultos (ASD) son cada vez más reconocidos como correlativos con la puntuación de calidad de vida relacionada con la salud (HRQOL). En la literatura, existen correlaciones significativas entre las puntuaciones de HRQQL y parámetros radiográficos como el eje vertical sagital (SVA), la inclinación pélvica (PT) y el desajuste entre la incidencia pélvica y la lordosis lumbar.

Los trastornos de la columna, como los procesos degenerativos de la columna vertebral humana, la pérdida de altura del disco y la cifosis lumbar, provocan una reducción de la HRQOL. El esqueleto compensa los cambios en la columna causados por estos trastornos para mantener el equilibrio y la mirada horizontal del sujeto. Sin embargo, dicha compensación requiere esfuerzo y energía del sujeto y se correlaciona con una puntuación de HRQOL más baja. Las herramientas actuales de planificación quirúrgica no evalúan ni incluyen cambios compensatorios en un sujeto, lo que lleva a una subcorrección de una deformidad en un paciente que se somete al plan y procedimiento quirúrgico. Por lo tanto, sigue existiendo una necesidad de sistemas y procedimientos que incluyan cambios compensatorios como parte de la planificación quirúrgica.

El documento US 2013/131486 describe un programa informático de simulación de movilidad lejana de la columna para ayudar a determinar la configuración de un implante de columna. El programa de computadora simula la columna vertebral del paciente y pronostica el impacto de cambiar la posición de una o más vértebras.

Sumario

Las necesidades descritas anteriormente, así como otras, se abordan mediante realizaciones de un sistema de planificación quirúrgica de corrección espinal lejana que se describe en esta divulgación (aunque debe entenderse que no todas las necesidades descritas anteriormente serán necesariamente atendidas por cualquier realización), como el sistema de planificación quirúrgica de corrección espinal lejana de la presente divulgación se puede separar en múltiples piezas y se puede usar en procedimientos, tales como procedimientos de planificación quirúrgica. Los sistemas de la presente divulgación pueden usarse, por ejemplo, en un procedimiento para aumentar la HRQOL en un sujeto.

La presente invención proporciona un sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto, como se establece en la reivindicación 1. Ciertas características opcionales de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

En un aspecto, se proporciona un sistema de planificación quirúrgica y evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto. El sistema incluye un sistema de formación de imágenes de la columna capaz de recopilar al menos una posición digitalizada, como en una esquina, de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto. En una realización, las posiciones digitalizadas son de dos o más cuerpos vertebrales. El sistema incluye una unidad de control en comunicación con el sistema de imágenes de la columna. La unidad de control está configurada para recibir la al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales. La unidad de control está configurada para calcular, basándose en la al menos una posición digitalizada, una postura optimizada del sujeto. El cálculo de la postura optimizada de un sujeto puede incluir el procesamiento de un estudio paramétrico. La unidad de control está configurada para recibir una o más entradas de corrección espinal simuladas, como alineación sagital, criterios de recuperación muscular o procedimiento quirúrgico, como fusión intervertebral. La unidad de control está configurada para predecir una corrección quirúrgica posoperatoria simulada en base a una o más entradas de corrección espinal simuladas recibidas y la al menos una posición digitalizada recibida del uno o más cuerpos vertebrales. La unidad de control puede configurarse para determinar, o sugerir, un plan quirúrgico basado en la corrección quirúrgica posoperatoria simulada prevista. La predicción de la corrección quirúrgica posoperatoria simulada puede basarse en uno o más valores seleccionados del grupo que consiste en: flexión de rodilla, retroversión pélvica, centro de migración de masa, flexión del tobillo, compensación espinal y una combinación de estos.

En algunas realizaciones del sistema, la unidad de control está configurada para comunicar la corrección espinal posoperatoria simulada prevista a un usuario. La unidad de control puede configurarse para comunicar, o emitir, una corrección quirúrgica posoperatoria simulada prevista, correspondiente a una variación de la postura optimizada calculada. El valor de rendimiento menor que 0 puede representar una subcorrección prevista, y el valor de rendimiento mayor que 0 puede representar una sobrecorrección. La al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales puede obtenerse a partir de datos de rayos X, datos de formación de imágenes de tomografía computarizada, datos de formación de imágenes por resonancia magnética o datos de rayos X biplanares del sujeto. Estos datos pueden obtenerse de un paciente que se encuentra en posición lateral de pie.

En una realización del sistema, la al menos una posición digitalizada es procesada por la unidad de control para generar un modelo musculoesquelético del sujeto. El procesamiento de la al menos una posición digitalizada puede incluir modelado de dinámica inversa-inversa. El modelo musculoesquelético puede incluir parámetros espinopélvicos, parámetros de ligamentos, cinemática articular o cualquier combinación de estos. Los parámetros espinopélvicos pueden incluir parámetros seleccionados del grupo que consiste en: inclinación pélvica, pendiente sacra, incidencia pélvica, eje vertical sagital, lordosis lumbar, cifosis torácica, ángulo pélvico T1 y combinaciones de estos. El modelo musculoesquelético puede incluir datos de fuerza muscular o datos de activación muscular. La unidad de control puede configurarse para comparar el modelo musculoesquelético generado con niveles de datos predeterminados del modelo musculoesquelético. Los datos del modelo musculoesquelético generado, como los datos de fuerza muscular o los datos de activación muscular, se pueden comunicar a un usuario.

En algunas realizaciones del sistema, la unidad de control está configurada para generar un perfil de curvatura sagital basado en la al menos una posición digitalizada recibida del uno o más cuerpos vertebrales. La unidad de control puede configurarse para modificar los datos del modelo musculoesquelético para que coincida con el perfil de curvatura sagital. Los datos del modelo musculoesquelético pueden modificarse escalando, ajustando la posición de uno o más cuerpos vertebrales, transformando la anatomía de un sujeto simulado o combinaciones de estos.

En una realización del sistema, la corrección quirúrgica posoperatoria simulada incluye compensación de la cadera, compensación de la articulación de la rodilla o compensación de la articulación del tobillo. La predicción de una corrección quirúrgica posoperatoria simulada también puede incluir una predicción de la producción de fuerza de los músculos del tronco y de la fuerza de los músculos de las piernas. El rendimiento de fuerza de los músculos del tronco puede incluir un rendimiento de erector de la columna, un rendimiento de multífido, un rendimiento de oblicuos, un rendimiento de semiespinoso, un rendimiento de músculos abdominales o cualquier combinación de estas. El rendimiento de fuerza de los músculos de la pierna incluye un rendimiento de sóleo, un rendimiento de gastrocnemio, un rendimiento de flexores de cadera y rodilla, un rendimiento de extensores de cadera y rodilla, un rendimiento de glúteo máximo, un rendimiento de glúteos mínimos o cualquier combinación de estos.

En algunas realizaciones del sistema, la corrección quirúrgica posoperatoria simulada incluye la simulación de un implante en el sujeto.

En otro aspecto, un sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad de la columna en un sujeto incluye un sistema de formación de imágenes de la columna capaz de recoger al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto. El sistema incluye una unidad de control configurada para recibir la al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto, y calcular, basándose en la transformación y escala de la al menos una posición digitalizada en un modelo, una postura optimizada para el sujeto.

En otro aspecto más, un sistema de planificación quirúrgica y que proporciona un implante personalizado para un sujeto incluye un sistema de formación de imágenes de la columna capaz de recoger al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto. El sistema incluye una unidad de control en comunicación con el sistema de imágenes de la columna. La unidad de control está configurada para recibir la al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto para crear un modelo musculoesquelético inicial. La unidad de control está configurada para calcular, basándose en el modelo musculoesquelético inicial, una postura optimizada para el sujeto. La unidad de control está configurada para generar un implante simulado para cambiar el modelo musculoesquelético inicial hacia la postura optimizada calculada; y comunicar datos dimensionales del implante simulado a un usuario. El sistema puede comprender además una impresora tridimensional configurada para crear al menos parte del implante simulado.

Lo anterior presenta un sumario simplificado con el fin de proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos del tema reivindicado. Este sumario no es una descripción general extensa. No tiene la intención de identificar elementos clave o críticos ni de delinear el alcance del tema reclamado. Su único propósito es presentar algunos conceptos de forma simplificada como preludio a la descripción más detallada que se presenta más adelante.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en alzado lateral de una columna.

La figura 2 ilustra la columna vertebral de un sujeto y una imagen de rayos X de un sujeto.

La figura 3 ilustra la columna vertebral de un sujeto.

Las figuras 4A - 4C ilustran varias configuraciones de una columna.

Las figuras 5A y 5B ilustran un modelo de columna vertebral sana y columna cifótica, respectivamente.

La figura 6 ilustra un modelo musculoesquelético en una realización del sistema.

Las figuras 7A-7C ilustran huesos en una región pélvica de un sujeto.

La figura 8 ilustra los pasos para generar un modelo musculoesquelético de un sujeto según una realización del sistema.

La figura 9 ilustra los pasos para generar un rendimiento según una realización del sistema.

La figura 10 ilustra las etapas de visualización de los resultados de una corrección quirúrgica simulada según una realización del sistema.

La figura 11 ilustra las etapas de visualización de los resultados de una corrección quirúrgica simulada según otra realización del sistema.

La figura 12 ilustra una realización del sistema.

La figura 13 ilustra otra realización más del sistema.

La figura 14A ilustra los pasos para transmitir datos de implantes simulados a un dispositivo de fabricación aditiva o sustractiva según una realización del sistema.

La figura 14B ilustra una realización del sistema que tiene un dispositivo de fabricación aditivo o sustractivo.

La figura 15 ilustra las etapas de procesamiento y optimización de dinámica inversa-inversa según una realización del sistema.

La figura 16 ilustra un implante simulado según una realización del sistema.

Descripción detallada

A continuación se describen realizaciones ilustrativas de un sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal. En aras de la claridad, no todas las características de una implementación real se describen en esta especificación. Por supuesto, se apreciará que en el desarrollo de cualquier realización real de este tipo, se deben tomar numerosas decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos específicos de los desarrolladores, como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con el sistema y relacionadas con el negocio, que variarán de una implementación a otra. Además, se apreciará que tal esfuerzo de desarrollo podría ser complejo y llevar mucho tiempo, pero sin embargo sería una tarea rutinaria para los expertos en la técnica que se beneficien de esta divulgación. El sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto y los sistemas y procedimientos relacionados divulgados en la presente memoria cuentan con una variedad de características y componentes inventivos que garantizan la protección de la patente, tanto individualmente como en combinación.

Los valores dados aquí pueden ser aproximados (es decir, /- 20% o 10%) para explicar las diferencias en la técnica quirúrgica y los factores específicos del paciente.

En una realización, un sistema 10 para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto 2 incluye un sistema 10 de formación de imágenes de la columna capaz, o configurado, para recoger al menos una posición 14 digitalizada de uno o más cuerpos 4 vertebrales del sujeto 2, mostrado en la figura 1. Se apreciará que la presente discusión puede ser aplicable a otras estructuras, tales como cuerpos de cráneo y articulaciones de extremidades. Los cuerpos 4 vertebrales pueden ser, por ejemplo, cervical, torácico, lumbar, sacro o cóccix. El sistema 12 incluye una unidad 16 de control que contiene software configurado para recibir, o recopilar, la posición 14 digitalizada, como se muestra, por ejemplo, en la figura 8. La al menos una posición 14 digitalizada puede ser cualquier número de posiciones que correspondan a cualquier número de ubicaciones, respectivamente, en el uno o más cuerpos 4 vertebrales. Por ejemplo, puede haber al menos dos posiciones, al menos cuatro posiciones, al menos ocho posiciones, al menos dieciséis posiciones o cualquier número de posiciones entre ellas. La al menos una posición 14 digitalizada puede corresponder a ubicaciones específicas en el uno o más cuerpos 4 vertebrales. En una realización, las posiciones 14 corresponden a una esquina, o múltiples esquinas, de los cuerpos 4 vertebrales, como se muestra en la figura 2. La unidad 16 de control también puede configurarse para recopilar información de los cuerpos 4 vertebrales, tal como densidad ósea, fracturas, etc. Las posiciones 14 digitalizadas pueden extraerse del sujeto 2 cuando el sujeto 2 está en una posición lateral de pie.

La unidad 16 de control puede recopilar la posición 14 digitalizada de cualquier fuente de datos del sujeto 2 que represente los cuerpos 4 vertebrales con suficiente detalle, incluyendo, pero sin limitarse a, una imagen de rayos X, una imagen de tomografía computarizada, una imagen de formación de imágenes por resonancia magnética o una imagen de rayos X biplanar del sujeto 2. La unidad 16 de control puede contener software de reconocimiento de imágenes mediante el cual la unidad 16 de control digitaliza los datos proporcionados, tal como una imagen de rayos X, una imagen de tomografía computarizada, una imagen de formación de imágenes por resonancia magnética o una imagen de rayos X biplanar del sujeto 2, y la unidad 16 de control puede seleccionar posiciones 14 digitalizadas basándose en el rendimiento del software de reconocimiento de imágenes. El software de reconocimiento de imágenes, a modo de ejemplo, puede procesar la imagen e identificar y transmitir las posiciones 14, tales como las esquinas de uno o más cuerpos 4 vertebrales. En algunas realizaciones, este procesamiento e identificación es automático, mientras que en otras realizaciones, un usuario selecciona o verifica manualmente las posiciones 14 a partir de los datos proporcionados a la unidad 16 de control de modo que la unidad 16 de control recibe las posiciones 14 digitalizadas del usuario. En otra realización más, las posiciones 14 digitalizadas se reciben digitalmente desde un componente de formación de imágenes digitales, tal como un sistema de radiografía digital. Las posiciones 14 digitalizadas pueden visualizarse utilizando el sistema 15 de modelado médico, como el sistema de archivo y comunicación (PACS), que se muestra en la figura 6.

En una realización del sistema 10, la unidad 16 de control está configurada para calcular, o determinar, basándose en la al menos una posición 14 digitalizada, una postura 18 optimizada del sujeto 2. Como se usa en la presente memoria, "postura optimizada" se refiere a la postura que sería el resultado clínico deseado, o ideal, para el sujeto 2, como por ejemplo, determinado por un cirujano que busca realizar una cirugía de corrección espinal en el sujeto 2 que la necesita. La unidad 16 de control puede configurarse para calcular la postura 18 optimizada mediante procesamiento paramétrico. En el procesamiento paramétrico, los datos relativos a la al menos una posición 14 digitalizada pueden compararse con uno o más modelos 20 de postura anatómicos optimizados predeterminados. Los modelos 20 de postura anatómicos optimizados predeterminados pueden no ser específicos del paciente. El modelo 20 predeterminado seleccionado puede ser, por ejemplo, el modelo 20 predeterminado que más se corresponde con las características anatómicas del sujeto 2. A modo de ejemplo, la unidad 16 de control puede configurarse para incluir, o almacenar, modelos 20 predeterminados para sujetos 2 de diferentes edades, género y afecciones médicas (por ejemplo, lordosis, cifosis, escoliosis) y puede seleccionar el modelo predeterminado 20 más adecuado para el sujeto 2. La al menos una posición 14 anatómica digitalizada se puede transformar, escalar o ajustar, ya sea de forma manual o automática, en los puntos 21 correspondientes en el modelo 20 predeterminado. Como se discutirá más adelante, el modelo 20 predeterminado puede contener lógica, entradas y parámetros en los pasos de predicción al determinar la postura optimizada y/o la corrección 24 simulada.

En base a la al menos una posición 14 digitalizada recibida de uno o más cuerpos 4 vertebrales, la unidad 16 de control está configurada para predecir, o determinar, una corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada (es decir, predecir cómo una corrección quirúrgica, tal como una fusión intersomática lumbar posterior o fusión intersomática lumbar anterior, afectará la postura del sujeto 2). La unidad 16 de control puede configurarse para determinar, por ejemplo, la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada que daría como resultado, o cerca de, la postura 18 optimizada para el sujeto 2. La unidad 16 de control puede configurarse para determinar, por ejemplo, la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada que daría como resultado, o cerca de, la postura 18 optimizada para el sujeto 2. Basándose en la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada, la unidad 16 de control puede configurarse para determinar, y mostrarle al cirujano, un plan 26 quirúrgico recomendado para implementar la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada prevista. El plan 26 quirúrgico recomendado puede incluir, a modo de ejemplo, información relativa al procedimiento quirúrgico, abordaje quirúrgico, técnica quirúrgica, instrumento quirúrgico e implante. La unidad 16 de control puede comunicar al usuario la corrección espinal posoperatoria simulada prevista 24 y/o el plan 26 quirúrgico recomendado. A modo de ejemplo y como se muestra en la figura 9, la unidad 16 de control puede configurarse para comunicar, o emitir, la corrección quirúrgica postoperatoria simulada predicha 24, correspondiente a una variación de la postura 18 optimizada calculada. La comunicación de corrección espinal posoperatoria simulada predicha 24 y/o el plan 26 quirúrgico recomendado puede transmitirse como un rendimiento 28. A modo de ejemplo, el rendimiento 28 puede ser una representación de imagen, una pantalla gráfica o un valor numérico.

Como se ilustra en la figura 10, en las realizaciones que tienen el rendimiento 28 como valor numérico, el valor de rendimiento menor que 0 puede representar una subcorrección 58 predicha en comparación con la postura 18 optimizada y el valor de rendimiento mayor que 0 puede representar una sobrecorrección 62 en comparación con la postura 18 optimizada. Un valor de 0 puede representar una corrección 60 espinal deseada u óptima que logra la postura 18 optimizada en el sujeto 2. Por tanto, el valor del rendimiento 28 puede corresponder a la varianza de la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada predicha con la postura 18 optimizada, correlacionándose positivamente un grado más alto con una varianza más alta. Como se usa en la presente memoria, "subcorrección" significa que la corrección 24 quirúrgica postoperatoria simulada predicha no es capaz de corregir completamente la condición médica que se está corrigiendo del sujeto 2, y "sobrecorrección" significa que la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada predicha corrige excesivamente la condición médica que se está corrigiendo del sujeto 2. El valor del rendimiento 28 puede corresponder a cualquier o cualquier combinación de medidas tales como un valor de activación muscular en un paciente, un valor de cifosis, un valor de lordosis y un valor de ángulo de Cobb.

Como se describe en la figura 11, si la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada da como resultado una sobrecorrección significativa o una subcorrección, el sistema 10 puede mostrar el rendimiento 28 en rojo, tal como un número o un símbolo rojos. Por otro lado, si la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada da como resultado un rendimiento 28 igual, o sustancialmente igual al valor correspondiente en la postura 18 optimizada, el sistema 10 puede mostrar un rendimiento en verde, tal como un número o un símbolo verdes. La unidad 16 de control puede configurarse para transmitir los rendimientos 28. Por tanto, el usuario (es decir, el cirujano) puede cambiar iterativamente un plan de entrada o parámetros de entrada hasta que se logre el objetivo, como la postura óptima.

A modo de ejemplo, en el caso del sujeto 2 que tiene escoliosis, la unidad 16 de control puede recibir una imagen de rayos X de la columna vertebral del sujeto 2. La unidad 16 de control puede procesar automáticamente la imagen de rayos X para determinar las posiciones 14 digitalizadas, como en los puntos correspondientes a las esquinas de los cuerpos 4 vertebrales del sujeto 2. Usando las posiciones 14 digitalizadas, la unidad 16 de control puede calcular la postura 18 optimizada del sujeto 2. La unidad 16 de control puede transformar y escalar las posiciones 14 digitalizadas en un modelo 20 predeterminado para crear un modelo 32 simulado de la columna vertebral 2 del sujeto. La postura 18 optimizada puede tener una columna con un ángulo de Cobb de entre 0 y 10 grados, 2 y 8 grados, o 2 y 6 grados, o cualquier combinación de esos valores. El sujeto 2 de escoliosis puede tener una Cobb espinal de más de 10 grados, más de 15 grados, más de 20 grados, más de 40 grados, más de 50 grados o más de 60 grados. La unidad 16 de control puede comunicar el valor Cobb de la postura 18 optimizada al usuario. La unidad 16 de control puede configurarse para recibir una corrección 30 quirúrgica de entrada, como la fusión espinal de vértebras específicas, para calcular la corrección 24 espinal posoperatoria simulada predicha y/o el plan 26 quirúrgico recomendado. En algunas realizaciones del sistema 10, se recomiendan múltiples planes 26. Si la postura 18 optimizada tiene un ángulo de Cobb de 0, y la corrección 24 espinal posoperatoria simulada tiene un ángulo de Cobb de 0, la unidad 16 de control comunicaría al usuario que la corrección 30 quirúrgica de entrada logra la postura 18 optimizada, por ejemplo, devolviendo un valor de 0. Por el contrario, si la postura 18 optimizada tiene un ángulo de Cobb de 0, y la corrección 24 espinal posoperatoria simulada tiene un ángulo de Cobb de -5 o 5, la unidad 16 de control comunicaría al usuario que la corrección quirúrgica de entrada 30 da como resultado una subcorrección de -5 o una sobrecorrección de 5, respectivamente. Por supuesto, los valores que representan una subcorrección y sobrecorrección, como el grado y la positividad, pueden variar. En algunas realizaciones, la unidad 16 de control puede calcular y determinar la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada predicha para lograr el ángulo de Cobb de 0 y determinar un plan quirúrgico recomendado 26 que daría como resultado que el sujeto 2 tuviera un ángulo de Cobb de 0. La unidad 16 de control puede configurarse para comunicar la corrección 24 simulada y/o el plan 26 al usuario.

Como puede apreciarse, el sistema 10 puede tener numerosas ventajas. Por ejemplo, el sistema 10 puede proporcionar al usuario la postura 18 optimizada del sujeto 2. Usando la postura 18 optimizada, el usuario puede determinar el plan 26 quirúrgico óptimo para lograr la postura optimizada del sujeto 2. En realizaciones del sistema 10 donde la unidad 16 de control está configurada para recibir una corrección 30 quirúrgica de entrada y generar una corrección 24 simulada, el sistema 10 permite al usuario eliminar la incertidumbre o las "conjeturas" en cuanto al resultado clínico de una corrección quirúrgica. Ventajosamente, esta característica del sistema 10 proporcionaría al usuario información, como si la corrección quirúrgica propuesta daría como resultado una subcorrección de la afección médica que se está tratando, que permitiría al usuario elegir la corrección quirúrgica que daría como resultado un resultado clínico eficaz para el sujeto 2 que evita la subcorrección o sobrecorrección. En realizaciones en las que el sistema 10 predice la corrección 24 y/o el plan 26 óptimos y comunica la corrección 24 y/o el plan 26 al usuario, el sistema 10 proporciona al usuario una corrección quirúrgica eficaz que un cirujano puede implementar que evita la subcorrección o sobrecorrección. De hecho, el sistema 10 descrito es una nueva herramienta tecnológica que mejora en gran medida los resultados quirúrgicos en sujetos 2, particularmente en sujetos humanos que necesitan y que reciben cirugía de corrección espinal.

La unidad 16 de control está configurada para procesar varios valores y factores, además de contener varias lógicas, para calcular la postura 18 optimizada y la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada. Por ejemplo, la unidad 16 de control puede configurarse para recibir y procesar uno o más valores de compensación 56 seleccionados del grupo que consiste en: flexión de rodilla, movimiento pélvico, flexión de tobillo, movimiento de hombro, movimiento lumbar, movimiento torácico, movimiento cervical, compensación espinal, incluyendo costillas y cuello, y una combinación de estos, como se muestra en la figura 5B. La unidad 16 de control también puede estar configurada para recibir y procesar el centro de migración 57 de masa. La flexión de la rodilla se refiere al ángulo de la articulación entre los huesos de la extremidad en la articulación de la rodilla. Los valores de flexión de la rodilla pueden estar, por ejemplo, entre menos 10 y 150 grados. El movimiento pélvico puede incluir retroversión pélvica, anteversión e inclinación pélvicas. La retroversión pélvica puede ser, por ejemplo, menos de 50 grados, menos de 30 grados, menos de 25 grados, menos de 20 grados, menos de 15 grados, menos de 10 grados, menos de 5 grados o cualquier intervalo de estos. El centro de migración 57 de masa, como se muestra en la figura 3, se refiere al punto en el suelo sobre el cual se centra la masa del sujeto 2, típicamente el centro de migración de masa cae entre los tobillos del sujeto 2. La flexión del tobillo se refiere a un ángulo articular entre los huesos de la extremidad en la articulación del tobillo. Estos valores pueden tomarse del sujeto 2 que se encuentra en una posición adecuada, como de pie, supino y prono. Procesar los valores 56 de compensación y la migración 57 masiva es un problema técnico mucho más difícil que el de procesar un esqueleto rígido sin compensación (figura 5A) que se supera mediante la práctica de la presente divulgación.

La figura 4A ilustra una columna no degenerada con la columna en equilibrio. La figura 4B ilustra una columna generada y una retroversión de la pelvis para compensar la degeneración. La figura 1C representa una columna generada y una flexión de la rodilla para compensar en gran medida dicha degeneración. Beneficiosamente, el sistema y los procedimientos divulgados en la presente memoria pueden dar cuenta de estas compensaciones, entre otras cosas, para producir un modelo realista y preciso para la planificación quirúrgica.

Como se muestra en la figura 12, la unidad 16 de control puede configurarse para generar, o crear, un modelo 32 musculoesquelético del sujeto 2. La unidad 16 de control puede configurarse para comparar el modelo 32 con el modelo 20 predeterminado para el cálculo de la unidad 16 de control de la postura 18 optimizada. La unidad 16 de control puede recibir las posiciones 14 digitalizadas para generar el modelo 32 musculoesquelético del sujeto 2. La unidad 16 de control también puede recibir entradas 22, tales como parámetros espinopélvicos, parámetros de ligamentos, cinemática articular, medidas de alineación sagital, inestabilidad espinal y criterios de recuperación muscular y fusión intervertebral. Como se muestra en las figuras 7A-7C, los parámetros espinopélvicos pueden incluir parámetros como inclinación pélvica (PT), pendiente sacra (SS), incidencia pélvica (PI), eje vertical sagital (SVA), lordosis lumbar, cifosis torácica, ángulo pélvico T1 y combinaciones de estos. Además, la unidad 16 de control puede ingresar o usar parámetros de alineación global tales como eje sagital global, parámetros tridimensionales tales como rotación y escoliosis, y parámetros cervicales. En algunas realizaciones del sistema 10, los parámetros espinopélvicos se utilizan para evaluar, o determinar, qué tan lejos está un sujeto de una postura normal u óptima. El modelo 32 también puede incluir datos de fuerza muscular 36 o datos de activación muscular 38. La unidad 16 de control puede configurarse para utilizar las entradas 22 para generar el modelo musculoesquelético 32 del sujeto 2 y la postura 18 optimizada del sujeto 2, que puede incluir cualquiera o todos estos parámetros e insumos que reflejen sus valores respectivos, o valores respectivos ajustados por edad, en el modelo 32. La unidad 16 de control puede configurarse para recibir estas entradas 22 de forma manual o automática. La unidad 16 de control puede usar estas entradas 22 para comparar y procesar en comparación con los valores correspondientes en un modelo predeterminado 20 al calcular la postura 18 optimizada y la corrección 24 quirúrgica simulada. Los modelos 20, 32 pueden tener cada uno, o excluir, cualquier parámetro, lógica, algoritmo, entrada o salida discutidos en la presente memoria.

La unidad 16 de control puede procesar las posiciones 14 digitalizadas mediante modelado de dinámica inversainversa (figura 15). Ventajosamente, el modelado de dinámica inversa-inversa permite que el sistema 10 cree un modelo fluido en oposición a un modelo rígido. De hecho, el modelado de dinámica inversa-inversa resuelve el problema técnico de simular cómo las uniones fluidas y los conectores (por ejemplo, entradas 22) de los sujetos 2 afectan una cirugía correctiva, particularmente en casos donde un modelo rígido generaría un modelo que resultaría en una subcorrección si se implementa en una corrección quirúrgica. La unidad 16 de control puede contener software de modelado anatómico capaz de, o configurado para, simular cinemática y cargas musculares y articulares en todo el cuerpo para actividades típicas de un sujeto 2 y para movimientos fundamentales del cuerpo humano. Un ejemplo de dicho software es el software ANYBODY MODELING SYSTEM™, disponible en ANYBODY TECHNOLOGY™ de Aalborg, Dinamarca, configurado para ejecutar el modelado de dinámica inversa-inversa. Además, el modelo de dinámica inversa-inversa mejora el funcionamiento de la unidad 16 de control, ya que la dinámica inversa-inversa permite que la unidad 16 de control simule con mayor precisión las interacciones de la corrección quirúrgica simulada con las propiedades anatómicas del sujeto 2, especialmente las propiedades específicas de ese sujeto 2, tales como compensación, elasticidad muscular y elasticidad articular.

Como se ilustra en la figura 13, la unidad 16 de control puede configurarse para generar un perfil 34 de curvatura sagital en base a las posiciones 14 digitalizadas recibidas y las entradas 22. El perfil 34 puede ser tanto sagital como coronal. La unidad 16 de control puede transformar (es decir, modificar) el modelo 32 para que coincida con el perfil 34. Los datos del modelo musculoesquelético pueden modificarse escalando, ajustando la posición de uno o más cuerpos 4 vertebrales, transformando el modelo 32 anatómico del sujeto simulado o combinaciones de estos.

Algunas, o todas, las entradas 22 pueden estar predeterminadas o recibidas manual o automáticamente. La unidad 16 de control puede configurarse para aplicar parámetros 36 lógicos, como que un sujeto 2 mantenga un centro de masa sobre los tobillos; mantiene una mirada horizontal constante; se para en una postura en la que se minimiza la energía de los músculos posturales; tiene una posición del brazo que coincide con la del paciente durante la formación de imágenes (es decir, el escalado); no tiene ninguna deformidad en el plano coronal, ni ninguna combinación de estos parámetros 36 lógicos.

La unidad 16 de control puede configurarse para comparar el modelo 32 musculoesquelético calculado o generado con niveles de datos del modelo musculoesquelético predeterminados. Los datos del modelo 32 musculoesquelético calculado, como los datos 36 de fuerza muscular o los datos 38 de activación muscular, pueden usarse para calcular la corrección 24 quirúrgica simulada y comunicarse a un usuario a través de una pantalla 52.

La unidad 16 de control puede recibir y procesar valores 56 de compensación. En algunas realizaciones, estos valores pueden almacenarse en la unidad 16 de control. La unidad 16 de control puede calcular los datos 38 de compensación, por ejemplo, compensación de la cadera, compensación de la articulación del tobillo, compensación de la articulación de la rodilla, compensación del hombro, compensación lumbar, compensación torácica, compensación cervical o compensación espinal, incluyendo costillas y cuello, para generar el modelo 32. Incluir valores 56 de compensación y/o datos 38 de compensación es particularmente útil en algunas realizaciones del sistema 10, ya que los valores 56 de compensación y los datos 38 de compensación consideran que las articulaciones compensan los cambios espinales, como una columna vertebral degenerada. Por tanto, al incluir los valores y datos 56, 38, el modelo 32 puede ser con mayor precisión la anatomía y compensación del sujeto. La unidad 16 de control también puede almacenar datos 38 de compensación predeterminados que están asociados con el modelo 20 predeterminado.

La unidad 16 de control también puede configurarse para incluir una predicción del rendimiento de fuerza 40 de los músculos del tronco y el rendimiento de la fuerza 42 de los músculos de la pierna en la predicción de la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada. El rendimiento de la fuerza de los músculos del tronco puede incluir el rendimiento cervical, el rendimiento del erector de la columna, el rendimiento multífido, el rendimiento de los oblicuos, el rendimiento del semiespinoso, el rendimiento de los músculos abdominales o cualquier combinación de estas. El rendimiento de fuerza del músculo de la pierna incluye un rendimiento de sóleo, un rendimiento de gastrocnemio, un rendimiento de flexores de cadera y rodilla, un rendimiento de extensores de cadera y rodilla, un rendimiento de glúteo máximo, un rendimiento de glúteo mínimo o cualquier combinación de estos. Estos rendimientos 42, 44 pueden comunicarse a un usuario a través de la pantalla 52.

Como se muestra en la figura 14A, en algunas realizaciones del sistema 10, la simulación de la corrección 24 quirúrgica posoperatoria incluye simular un implante 46 (figura 16) en el modelo 32 simulado del sujeto 2. Por ejemplo, un usuario del sistema 10 puede seleccionar, o diseñar usando software de ingeniería, un implante 46 simulado para usar junto con la corrección 24 quirúrgica posoperatoria simulada. La unidad 16 de control puede configurarse para recibir información del usuario sobre la ubicación, orientación, tipo, tamaño y perfil del implante 46. En algunas realizaciones del sistema 10, la unidad 16 de control está configurada para determinar el implante 46 simulado que lograría la postura óptima 18 en la cirugía 24 correctiva simulada. La determinación puede incluir las dimensiones, ubicación, orientación, tipo, tamaño y perfil del implante 46.

Como se ilustra en la figura 14B, el sistema 10 puede incluir una impresora 48 tridim ensional (es decir, un dispositivo de fabricación aditiva o un dispositivo de fabricación sustractiva) en comunicación con la unidad 16 de control. La impresora 48 tridimensional puede configurarse para crear, o crear parcialmente, el implante 46 determinado. Ventajosamente, esta característica de la divulgación descrita permite implantes quirúrgicos muy personalizados que están optim izados para beneficio clínico en el sujeto 2 para lograr una postura 18 optimizada. La unidad 16 de control puede configurarse para transm itir datos 50 digitales sobre el implante 46 hasta la impresora 48 para fabricar el implante 46. El implante 46 puede diseñarse en el software de diseño ejecutado por la unidad 16 de control para lograr una estructura deseada y exportarse, por ejemplo, como un archivo STL, para su preparación para ser construido con la impresora 48 tridimensional. El implante 46 puede diseñarse para que tenga un perfil 49 que se adapte a la m orfología de las placas term inales del cuerpo vertebral del sujeto 2, que puede variar de un sujeto a otro. El implante fabricado a partir del implante 46 simulado puede construirse de cualquier número, incluyendo múltiples materiales biocompatibles adecuados, como titanio, aleación de titanio o acero inoxidable, acero quirúrgico o compuestos no metálicos como polímeros.

En otro aspecto, un sistema 10 para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto 2 incluye un dispositivo de formación de imágenes de la columna capaz de recoger y transmitir a una unidad 16 de control al menos una posición 14 digitalizada de uno o más cuerpos 4 vertebrales del sujeto 2. La unidad 16 de control se puede configurar para recibir la al menos una posición 14 digitalizada de uno o más cuerpos 4 vertebrales del sujeto 2, y calcular, sobre la base de transformar y escalar la al menos una posición 14 digitalizada en un modelo 20 predeterminado para formar un modelo 32 simulado, una postura 18 optimizada para el sujeto 2.

La unidad 16 de control puede configurarse para ejecutar software que incluye algoritmos de optimización que adaptan el perfil del implante 46 en función de las condiciones de carga impartidas sobre el implante 46, que incluyen: compresión, cizallamiento y torsión. La unidad 16 de control puede incluir algoritmos de optimización que pueden ejecutarse con el fin de producir un implante 46 eficiente en materiales y de baja densidad. Esto se logra aplicando múltiples condiciones de carga clínicamente relevantes al implante 46 en el programa de software y permitiendo que un solucionador de elementos finitos optimice y refine, por ejemplo, una estructura 47 de enrejado corporal del implante 46.

El sistema 10 puede incluir una pantalla 52, tal como un monitor, en comunicación con la unidad 16 de control. La pantalla 52 puede ser capaz de recibir entradas del usuario además de comunicar información de retroalimentación al usuario. A modo de ejemplo (aunque no es una necesidad), se utiliza una interfaz 54 gráfica de usuario (GUI) para introducir datos directamente desde la pantalla 52 de visualización.

Debe entenderse que cualquier elemento dado de las realizaciones divulgadas de la invención puede realizarse en una estructura única, un paso único, una sustancia única o similar. De manera similar, un elemento dado de la realización divulgada puede incorporarse en múltiples estructuras, etapas, sustancias o similares.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para la planificación quirúrgica y la evaluación de la corrección de la deformidad espinal en un sujeto, el sistema comprende:

un sistema (10) de formación de imágenes de la columna vertebral capaz de recoger al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales del sujeto; y

una unidad (16) de control en comunicación con el sistema (10) de imágenes de la columna vertebral, estando configurada dicha unidad de control para:

determinar un modelo del sujeto basado en la al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales recibidos del sistema de imágenes de la columna vertebral, en el que al menos una posición digitalizada de uno o más cuerpos vertebrales corresponde a una posición lateral de pie del sujeto; calcular una postura optimizada para el sujeto en base a una comparación del modelo determinado y uno o más modelos predeterminados que correspondan a una o más características anatómicas del sujeto;

recibir una o más entradas de corrección espinal simuladas, en el que una o más entradas de corrección espinal simuladas introducen una o más de (i) datos de fuerza muscular y (ii) datos de activación muscular;

predecir una corrección quirúrgica posoperatoria simulada que mantiene un centro de masa sobre los tobillos del sujeto basándose en una o más entradas de corrección espinal simuladas recibidas y la postura optimizada calculada del sujeto; y determinar un plan quirúrgico basado en la corrección quirúrgica postoperatoria simulada prevista y comunicar el plan quirúrgico determinado a través de una pantalla.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que la posición digitalizada está en al menos una de las esquinas de uno o más cuerpos vertebrales.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que uno o más cuerpos vertebrales incluyen dos o más cuerpos vertebrales.

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que la unidad (16) de control está configurada para comunicar la corrección espinal posoperatoria simulada prevista a un usuario.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que la al menos una posición digitalizada se procesa para generar un modelo musculoesquelético del sujeto, y el modelo musculoesquelético incluye parámetros espinopélvicos, parámetros de ligamentos, cinemática articular o cualquier combinación de estos.

6. El sistema de la reivindicación 5, en el que la unidad (16) de control está configurada para comparar el modelo musculoesquelético generado con niveles de datos predeterminados del modelo musculoesquelético.

7. El sistema de la reivindicación 5, en el que la unidad (16) de control está configurada para generar un perfil de curvatura sagital basado en la al menos una posición digitalizada recibida del uno o más cuerpos vertebrales.

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que la unidad (16) de control está configurada para modificar el modelo musculoesquelético para que coincida con el perfil de curvatura sagital.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que la modificación del modelo musculoesquelético comprende escalar, ajustar la posición de uno o más cuerpos vertebrales, transformar la anatomía de un sujeto simulado o combinaciones de estos.

10. El sistema de la reivindicación 1, en el que la predicción de la corrección quirúrgica posoperatoria simulada comprende una predicción de la cirugía de fusión intersomática lumbar anterior simulada.

11. El sistema de la reivindicación 1, en el que la predicción de la corrección quirúrgica posoperatoria simulada se basa en uno o más valores seleccionados del grupo que consiste en:

flexión de rodilla, flexión de tobillo, retroversión pélvica, compensación espinal y una combinación de estas.

12. El sistema de la reivindicación 1, en el que una o más entradas de corrección espinal simuladas incluyen alineación sagital, criterios de recuperación muscular o un procedimiento quirúrgico.

13. El sistema de la reivindicación 1, en el que la corrección quirúrgica posoperatoria simulada incluye compensación de la cadera, compensación de la articulación de la rodilla o compensación de la articulación del tobillo.

14. El sistema de la reivindicación 1, en el que la unidad (16) de control está configurada para generar un valor, basado en la corrección quirúrgica postoperatoria simulada predicha, correspondiente a una variación de la postura optimizada calculada.