ES2948182T3 - Método implementado por computadora para planificar la posición de componente de implante - Google Patents

Abstract

Se divulga un método para planificar un procedimiento ortopédico que incluye el posicionamiento de un componente de implante virtual con respecto a un volumen 3D de datos de escaneo de un paciente. El método comprende generar una primera y una segunda vista 2D de los datos de escaneo basándose en un volumen 3D de los datos de escaneo, que incluye datos de escaneo de una anatomía ósea del paciente. La primera información posicional para el componente de implante virtual se define en relación con la primera vista 2D de los datos de escaneo. La segunda información posicional para el componente de implante virtual se define en relación con la segunda vista 2D de los datos de escaneo. La información posicional 3D para el componente de implante virtual con respecto al volumen 3D de datos de escaneo se proporciona basándose en la primera información posicional y la segunda información posicional. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método implementado por computadora para planificar la posición de componente de implante

Campo de la invención

Esta invención se refiere en general al campo de planificación de un procedimiento ortopédico. Más en particular, la invención se refiere a un método implementado por computadora para planificar un procedimiento ortopédico.

Antecedentes de la invención

En cirugía ortopédica, las articulaciones dañadas o desgastadas se pueden reemplazar con prótesis o implantes, tal como implantes de cadera, implantes de rodilla, etc. La cirugía se puede planificar para seleccionar el tipo apropiado, marca, tamaño, etc. del implante. Esto se puede hacer utilizando una técnica conocida como plantillaje. Convencionalmente, esta era una técnica manual, donde las láminas de acetato preimpresas que representaban varias configuraciones de implantes se superponían sobre las imágenes físicas de rayos X. Las imágenes físicas de rayos X son representaciones bidimensionales de una estructura tridimensional. Por lo tanto, no se proporciona información de profundidad durante el proceso de selección. Además, las imágenes de rayos X se asocian con aumentos y no representan necesariamente la verdadera configuración geométrica del hueso de paciente. Por lo tanto, esta técnica sólo puede ser una guía aproximada para seleccionar el implante que se va a implantar. Por lo tanto, durante la cirugía, el cirujano aún tiene que aplicar cuidado para asegurarse de que el implante seleccionado se ajuste al paciente.

US7388972 divulga un método de plantillaje que usa imágenes digitales de rayos X. En este método, un objeto de referencia que tiene un tamaño conocido se explora junto con el paciente y, por lo tanto, se representa en la imagen de rayos X. Entonces, la imagen digital de rayos X se puede escalar utilizando el objeto de referencia. Incluso si este método puede ser más exacto que la técnica de plantillaje manual que utiliza imágenes físicas de rayos X, la escala es un paso adicional que lleva tiempo y puede no ser exacta, por lo que la selección del implante se puede ver afectada negativamente. En una modalidad del método, se usan múltiples imágenes de rayos X para la selección de una prótesis de rodilla, donde una primera imagen, que es una vista medio-lateral, se usa para la selección del componente femoral del implante, y una segunda imagen, que es una vista anterior-posterior, se usa para la selección del componente tibial. Sin embargo, sólo se utiliza una imagen para la selección de cada componente. Por lo tanto, este procedimiento también es un verdadero procedimiento de planificación bidimensional por el cual la falta de información de profundidad puede conducir a la selección de un tamaño de implante subóptimo. Por ejemplo, una imagen de rayos X obtenida para una cirugía de cadera se captura perpendicular a la pelvis. Sin embargo, la cabeza de fémur, el cuello de fémur y el eje de fémur se extienden y se hacen girar con relación a la pelvis, es decir, no están paralelos a la pelvis, sino que se extienden desde el acetábulo en un ángulo hacia el sistema de captura de imágenes de rayos X. Esto tiene la consecuencia de que los tamaños verdaderos de la cabeza de fémur, el cuello de fémur, y el eje de fémur no se capturan cuando la imagen se toma al mismo tiempo para la pelvis y el fémur. Por lo tanto, una imagen 2D no captura que el fémur se hace girar con relación a la pelvis, y cualquier plantillaje que depende de esta imagen será imprecisa. US6002859 divulga la simulación virtual de la posición y, por lo tanto, la selección del tamaño de los componentes artificiales en tres dimensiones. Los datos tomográficos se utilizan para generar un modelo de superficie tridimensional de los datos geométricos esqueléticos. Los modelos geométricos de los componentes artificiales se pueden utilizar en conjunto con el modelo de superficie de los datos geométricos esqueléticos para determinar una estimación estática inicial del tamaño apropiado de los componentes artificiales que se van a implantar. El tamaño y las orientaciones del componente de implante se pueden automatizar completamente o controlar manualmente. El control manual se proporciona en tres dimensiones simultáneamente sobre la selección de los componentes de implante y las posiciones de prueba en un simulador biomecánico.

US2010/0153081 divulga la planificación de la posición de un componente de implante con relación al hueso en un espacio de coordenadas, tal como con relación al espacio de coordenadas de planificación de base de un volumen de TC del hueso. Una representación gráfica del hueso está en 3D, que se puede generar al combinar múltiples fragmentos en 2D segmentados, o por un modelo óseo en 3D. Se muestran múltiples ejes de restricción para el posicionamiento del componente de implemento en el espacio. Por lo tanto, el posicionamiento se realiza en el espacio y se realiza en 3D con relación a los modelos en 3D del hueso. Por lo tanto, la técnica divulgada en la misma padece de los problemas analizados a continuación con respecto al control de la posición de los componentes virtuales en el espacio virtual. El control del posicionamiento en 3D se guía por los ejes de restricción, que también se proporcionan en el espacio 3D. US2008/0077003 divulga varias desventajas con la planificación en coordenadas 2D usando datos de exploración 2D, y sugiere técnicas mejoradas por la planificación en el espacio 3D. Los objetos, tal como los modelos de partes de cuerpo, se generan y se muestran en un monitor en 3D. Los objetos se pueden mostrar en una o más vistas de pantalla, es decir, direcciones de visualización al objeto. Por lo tanto, cada ventana de pantalla comprende un modelo en 3D. La parte de cuerpo se presenta en 3D con el objeto en la pantalla. La parte de cuerpo se mueve y se hace girar alrededor del objeto virtual. Los respectivos datos de imagen 3D del objeto y la parte de cuerpo no se alteran durante una adaptación automática, sino que se visualizan. Se divulgan varios formatos de representación tridimensional. Si sólo existen datos 2D para el objeto, los datos 3D se pueden generar a partir de un conjunto de datos 2D con base en simetrías conocidas o conocimiento previo. La parte de cuerpo siempre está disponible en 3D. Las técnicas divulgadas en la presente son planificación en 3D, donde el objeto, así como la parte de cuerpo, se muestran en 3D. En algunas modalidades, el objeto se visualiza en 2D, pero la parte de cuerpo siempre se muestra en 3D. Por lo tanto, esta técnica es una técnica de planificación en 3D que padece de los problemas analizados a continuación con respecto al control de la posición de los componentes virtuales en el espacio virtual.

US2009/209884 divulga sistemas de computadora quirúrgicos, que incluyen productos de programas de computadora, y métodos para la planificación de implantes utilizando información de movimiento de articulación capturada corregida. US2007/270718 divulga medios para el marcado espacial de la rótula y el fémur de un paciente sobre el que se va a operar, y medios para la representación simultánea y relativa de esta rótula proporcionada virtualmente con un implante rotuliano de la prótesis.

US2008/269596 divulga sistemas operativos ortopédicos, métodos quirúrgicos asistidos por computadora, y aplicaciones de software de planificación quirúrgica y IGS.

El control de la posición de los componentes virtuales en tres dimensiones en el espacio virtual puede ser difícil para la persona que realiza el plan preoperatorio. Los tres grados de libertad se controlan manualmente al mismo tiempo cuando los modelos geométricos del componente artificial se utilizan en conjunto con el modelo de superficie de los datos geométricos esqueléticos. Por lo tanto, la posición seleccionada del modelo geométrico del componente artificial con relación al modelo de superficie de los datos geométricos esqueléticos puede ser imprecisa, lo que conduce a la selección de, por ejemplo, un implante subóptimo. Esto también puede afectar a cualquier paso posterior que dependa del posicionamiento de los modelos geométricos del componente artificial, tal como la simulación del movimiento después de la selección del componente, etc., y por último al resultado quirúrgico inferior y la seguridad y satisfacción del paciente.

Por lo tanto, sería ventajoso un método mejorado para planificar un procedimiento ortopédico y, en particular, sería ventajoso permitir una precisión mejorada, flexibilidad incrementada, eficiencia de planificación, rentabilidad, y/o seguridad de paciente.

Sumario de la invención

La invención se define en las reivindicaciones independientes 1, 15 y 16.

Por consiguiente, las modalidades de la presente invención buscan preferentemente mitigar, aliviar o eliminar una o más deficiencias, desventajas o cuestiones en la técnica, tal como los identificados anteriormente, individualmente o en cualquier combinación al proporcionar un método para planificar un procedimiento ortopédico e información de posición para un componente de implante virtual con relación a un volumen 3D de datos de exploración de un paciente de acuerdo con las reivindicaciones de patente anexas.

De acuerdo con las modalidades, un método para planificar un procedimiento ortopédico comprende proporcionar un volumen 3D de datos de exploración de un paciente, que incluye datos de exploración de una anatomía ósea del paciente; generar una primera vista 2D de datos de exploración a partir del volumen 3D de los datos de exploración, donde la vista 2D de datos de exploración puede comprender una primera porción de la anatomía ósea; definir con relación a la primera vista 2D la primera información de posición para el componente de implante virtual, tal como con relación a la primera porción de la anatomía ósea; generar una segunda vista 2D de datos de exploración a partir del volumen 3D de datos de exploración, donde la segunda vista 2D de datos de exploración se proporciona a partir del volumen 3D de datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D de datos de exploración y puede comprender una segunda porción de la anatomía ósea; definir con relación a la segunda vista 2D de datos de exploración la segunda información de posición para el componente de implante virtual, tal como con relación a la segunda porción de la anatomía ósea; y proporcionar información de posición en 3D para el componente de implante virtual con relación al volumen 3D de datos de exploración con base en la primera información de posición y la segunda información de posición.

El método puede comprender ajustar la posición de un objeto con relación a la primera vista 2D de los datos de exploración para generar la primera información de posición. De manera adicional o alternativamente, el método puede comprender ajustar la posición de un objeto con relación a la segunda vista 2D de los datos de exploración para generar la segunda información de posición. El ajuste se puede bloquear para el ajuste en una dimensión individual en cada vista 2D de los datos de exploración.

El método puede comprender mostrar una tercera vista 2D de los datos de exploración generados a partir del volumen 3D de los datos de exploración. La tercera vista 2D de los datos de exploración se puede proporcionar a partir del volumen 3D de los datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D de los datos de exploración y con relación a la segunda vista 2D de los datos de exploración. La tercera vista 2D de los datos de exploración puede comprender una tercera porción de la anatomía ósea. La tercera información de posición para el componente de implante virtual se puede definir con relación a la tercera vista 2D de los datos de exploración, tal como con relación a la tercera porción de la anatomía ósea. La información de posición en 3D para el componente de implante virtual con relación al volumen 3D de datos de exploración se puede proporcionar por la primera información de posición, la segunda información de posición, y la tercera información de posición.

El método puede comprender mostrar una representación 3D del componente de implante virtual en una posición definida por la primera y segunda informaciones de posición. Un objeto de ajuste de posición se puede mostrar y se puede asociar con el componente de implante virtual y se puede mover en una dimensión individual al mismo tiempo, donde cada dimensión está paralela a al menos una de la primera y la segunda vistas 2D de los datos de exploración. Definir primera y segunda informaciones de posición para el componente de implante virtual puede comprender definir información de posición para al menos uno de una cabeza femoral afectada, árbol femoral afectado, cabeza femoral no afectada, árbol femoral no afectado, una copa del implante virtual, un vástago del implante virtual, y un implante de rodilla.

El método puede comprender dividir el volumen 3D de datos de exploración en un primer subvolumen 3D de datos de exploración y un segundo subvolumen de datos de exploración con base en la primera y segunda informaciones de posición, y opcionalmente también con base en al menos una sección del componente de implante virtual.

El método puede comprender mostrar un primer componente de implante virtual en una posición con relación a los datos de exploración 3D con base en la primera y segunda informaciones de posición, y un segundo componente de implante virtual, que es una representación virtual de la posición de un implante real con relación a la anatomía ósea real del paciente.

El método puede comprender exportar datos de navegación con base en la primera y segunda informaciones de posición a una unidad de navegación para guiar la posición de un implante real con relación a la anatomía ósea real del paciente.

El método puede comprender generar la primera vista 2D y la segunda vista 2D, y opcionalmente la tercera vista 2D, utilizando técnicas de reformateo, por ejemplo, métodos de proyección tal como proyección de máxima intensidad y/o proyección de mínima intensidad, para proporcionar al menos uno de los fragmentos reformateados y reconstruidos. Las vistas 2D pueden comprender al menos una de las imágenes reformateadas y reconstruidas a partir del volumen 3D de datos de exploración. Cpecionalmente, las vistas 2D pueden comprender valores de gris mostrados como datos de píxeles obtenidos de uno o varios vóxeles del volumen 3D de datos de exploración. De manera opcional o adicionalmente, el método puede comprender generar la primera vista 2D y la segunda vista 2D, y opcionalmente la tercera vista 2D, en un ángulo entre sí para que estén ortogonales.

El método puede comprender definir la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición, para el componente de implante virtual restringido a máximo dos grados de libertad, opcionalmente a un grado de libertad individual, para al menos una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición.

El método puede comprender definir la primera información de posición en las dimensiones de la primera vista 2D y definir la segunda información de posición en las dimensiones de la segunda vista 2D, y opcionalmente definir la tercera información de posición en las dimensiones de la tercera vista 2D.

El método puede comprender mostrar cada una de la primera vista 2D, la segunda vista 2D y opcionalmente la tercera vista 2D por separado, tal como en diferentes ventanas de pantalla pero al mismo tiempo.

El método puede comprender ajustar al menos una de la primera información de posición con relación a la primera vista 2D y la segunda información de posición con relación a la segunda vista 2D, y opcionalmente la tercera información de posición con relación a la tercera vista 2D. Por lo tanto, la primera, segunda, y tercera informaciones de posición y, por lo tanto, la posición del componente de implante virtual, respectivamente, se pueden ajustar con relación a la primera porción, la segunda porción, y la tercera porción, respectivamente, de la anatomía ósea.

El método puede comprender el ajuste de al menos una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición, para el componente de implante virtual guiado por un desplazamiento para una anatomía afectada con relación a una anatomía no afectada.

El método puede comprender definir cada una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición, para comprender información de coordenadas en una o dos dimensiones, donde la combinación de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición, comprende información de coordenadas en tres dimensiones diferentes.

De acuerdo con modalidades, un sistema de computadora comprende un dispositivo programable adaptado para realizar el método de acuerdo con modalidades de la divulgación.

De acuerdo con las modalidades, un producto de programa de computadora almacenado en un medio leíble por computadora, que comprende: segmentos de código de programa leíbles por computadora para provocar que una computadora ejecute el método de acuerdo con las modalidades de la divulgación.

Las modalidades adicionales de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

Se debe enfatizar que el término "comprende/que comprende" cuando se usa en esta especificación se toma para especificar la presencia de características, números enteros, pasos o componentes indicados, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, pasos, componentes o grupos de los mismos. Breve descripción de las figuras

Estos y otros aspectos, características y ventajas de las cuales las modalidades de la divulgación son capaces de ser evidentes y se elucidarán a partir de la siguiente divulgación de modalidades de la presente invención, haciendo referencia a las figuras anexas, en las cuales

La figura 1 es una vista en perspectiva de un volumen 3D de datos y tres vistas 2D generadas a partir de los mismos, y un componente de implante posicionado en 3D con relación a los datos de exploración renderizados en 3D;

La figura 2 es una vista en perspectiva de datos de exploración;

La figura 3 es un diagrama de flujo de un método de acuerdo con las modalidades de la divulgación;

La figura 4 es un diagrama de bloques de una estación de planificación de acuerdo con modalidades de la divulgación; Las figuras 5a-10c son vistas frontales de una visualización que comprende diversas vistas 2D para el posicionamiento de un componente de implante en el espacio 3D; y

La figura 11 es una vista esquemática de un sistema de navegación quirúrgica en el que se integran modalidades de la divulgación.

Descripción de las modalidades

Las modalidades específicas de la divulgación ahora se describirán con referencia a las figuras anexas. Esta divulgación, sin embargo, se puede incorporar en muchas formas diferentes y no se debe considerar como limitada a las modalidades expuestas en la presente; en su lugar, estas modalidades se proporcionan tal que esta divulgación sea exhaustiva y completa, y transmita completamente el alcance de la divulgación a aquellos expertos en la técnica. La terminología utilizada en la descripción detallada de las modalidades ilustradas en las figuras anexas no se propone que sean limitantes de la divulgación.

En las figuras, números similares se refieren a elementos similares.

La siguiente descripción se enfoca en modalidades de la presente divulgación aplicables para planificar un procedimiento ortopédico. El método incluye posicionar un componente de implante virtual con relación a un volumen 3D de datos de exploración de un paciente. Las modalidades de la divulgación se describirán en lo siguiente con respecto a la planificación de un procedimiento de reemplazo de cadera usando un implante de cadera que comprende un componente de copa acetabular y un componente de vástago femoral. Sin embargo, se apreciará que la divulgación no se limita a esta aplicación, sino que se puede aplicar a muchos otros procedimientos ortopédicos, tal como procedimientos de implante de articulación, por ejemplo, un procedimiento de implante de rodilla, un procedimiento de implante de tobillo, etc., donde se pueden incluir uno o varios componentes de implante en el procedimiento. Por ejemplo, posicionar un componente de implante virtual puede comprender definir información de posición para al menos uno de una cabeza femoral afectada, árbol femoral afectado, cabeza femoral no afectada, árbol femoral no afectado, una copa de un implante virtual, y un vástago de un implante virtual.

Las modalidades de la divulgación se describirán con referencia al método ilustrado en la figura 3. Además, los pasos individuales del método se describirán adicionalmente como referencia a las figuras 5a-10 que incluye vistas bidimensionales (2D) generadas a partir de un volumen tridimensional (3D) de datos de exploración. En primer lugar, se proporcionará una descripción general del método de acuerdo con modalidades de la divulgación, seguida por una descripción más detallada de los pasos individuales. Se hará referencia a diversos componentes de implante, tal como copa, vástago, articulación, etc. Puesto que la planificación se realiza en espacio virtual, está implícito que siempre que se haga referencia a este componente de implante, este es un componente de implante virtual donde la posición y la información de posición se planifican en espacio virtual.

La figura 1 ilustra modalidades de la divulgación, donde la planificación de la posición de un componente de implante virtual 1 se realiza al proporcionar información de posición para el componente de implante 1 en múltiples vistas 2d 2a, 2b, 2c de datos de exploración con relación a un volumen 3D de datos de exploración 3. Las vistas 2D 2a, 2b, 2c pueden ser imágenes reformateadas a partir del volumen 3D 3. Además, las vistas 2D 2a, 2b, 2c se pueden generar en un ángulo con relación entre sí, tal que estén ortogonales, como se ilustra en la figura 1. Por lo tanto, al proporcionar información de posición en una primera y segunda dimensiones, tal como a lo largo de un eje x y un eje y, con relación a una primera vista 2D 2a e información de posición adicional en una tercera dimensión, tal como a lo largo del eje z, con relación a una segunda vista 2D 2b en tanto que se mantiene la posición desde la primera vista 2 puesto que el componente de implante 1 se puede posicionar en el espacio 3D con relación al volumen 3D de datos de exploración 3. La posición del componente de implante 1 en el espacio 3D y con relación al volumen 3D de los datos de exploración 3 se puede proporcionar con base en la información de posición definida usando múltiples vistas 2D de los datos de exploración 2a, 2b, 2c. Por lo tanto, el posicionamiento con relación a los datos de exploración se realiza en el espacio 3D usando múltiples vistas 2D 2a, 2b, 2c generadas en un ángulo con relación entre sí y a partir del mismo volumen de datos de exploración 3. En otras modalidades, el posicionamiento del componente de implante se limita a una dimensión en una vista 2D individual 2a, 2b, 2c, donde el posicionamiento en el espacio 3D se puede proporcionar utilizando al menos tres vistas 2D generadas a partir del mismo volumen 3D de datos de exploración y en un ángulo con relación entre sí. Las vistas 2D 2a, 2b, 2c pueden comprender, por ejemplo, al menos dos de una vista sagital, una vista coronal o frontal, y una vista horizontal o transaxial. La figura 1 ilustra planos de un volumen al mismo tiempo con propósitos ilustrativos. De acuerdo con el método de las modalidades de la invención, cada vista plana o 2D 2a, 2b, 2c se muestra por separado, donde las diversas dimensiones asociadas con cada vista se definen para cada vista en ese momento. Cuando se define, el componente de implante 3 se puede mostrar en 3D junto con los datos de exploración renderizados en 3D, tal como la anatomía ósea en 3D 4 ilustrada a la derecha en la figura 1.

El volumen 3D de datos de exploración puede comprender datos de exploración tomográfico, tal como datos de exploración de TC o MR. Las vistas 2D de los datos de exploración se pueden generar utilizando técnicas de reconstrucción, reformateo, y visualización con base en una pila de fragmentos axiales 10, tal como se ilustra en la figura 2. De acuerdo con las modalidades de la invención, cada vista 2D puede comprender una imagen. Las vistas 2D se generan para parecerse a una imagen de rayos X tradicional. Sin embargo, debido a la combinación de múltiples vistas 2D que se asemejan a las imágenes de rayos X tradicionales generadas a partir del mismo volumen 3D de datos de exploración, se puede adicionar una tercera dimensión a la planificación, en tanto que el cirujano aún puede acceder al tipo de datos con los que está más familiarizado. Puesto que la tercera dimensión se adiciona a la planificación, es posible considerar el efecto de rotación, es decir, tal como que la cabeza de fémur, el cuello de fémur, y el eje de fémur se hacen girar con relación a la pelvis en tanto que se capturan los datos de exploración de imágenes. Por lo tanto, una planificación realizada en una primera imagen 2D se puede ajustar en una segunda imagen 2D, donde se puede considerar el efecto de rotación y se puede realizar una planificación más exacta.

A fin de generar las vistas 2D, se pueden utilizar técnicas de reformateo, por ejemplo, métodos de proyección tal como proyección de máxima intensidad y/o proyección de mínima intensidad, para proporcionar fragmentos reformateados y/o reconstruidos. Por lo tanto, las vistas 2D pueden comprender imágenes reformateadas y/o reconstruidas a partir de un volumen 3D de datos de exploración. Por lo tanto, las vistas 2D pueden comprender valores grises, mostrados como datos de píxel obtenidos de un vóxel del volumen 3D de datos de exploración.

Proporcionar información de posición para el componente de implante se restringe a un máximo de dos grados de libertad, en algunas modalidades a un grado de libertad individual. Por lo tanto, se potencia el control del posicionamiento, que a su vez conduce a una posición final mejorada del componente de implante en comparación a las soluciones de técnica anterior. Por lo tanto, cualquier procedimiento posterior que haga uso de la posición final del componente de implante se potenciará, lo que conduce a la seguridad y satisfacción de paciente mejoradas. Por ejemplo, la posición final se puede utilizar de acuerdo con las modalidades de la invención para la generación de subvolúmenes de datos de exploración, que se pueden utilizar para la renderización volumétrica de los datos de exploración y los subvolúmenes de datos de exploración. Los datos volumétricamente renderizados se pueden usar, por ejemplo, para simular el movimiento de las estructuras óseas a las que se va a unir el componente de implante. Con un posicionamiento mejorado del componente de implante, se puede obtener una simulación mejorada del movimiento y, por lo tanto, del resultado de la cirugía. En otras modalidades, la posición del componente de implante se puede utilizar para la generación de una plantilla quirúrgica, que se puede utilizar para cortar hueso o posicionar el componente de implante real durante la cirugía. Por consiguiente, a más exacta es la posición del componente de implante virtual con relación a los datos de exploración, más exacto será el posicionamiento de la plantilla quirúrgica con relación al hueso del paciente o el implante real y, por lo tanto, un resultado quirúrgico más predecible. El control mejorado del posicionamiento en espacio 3D también proporciona menos correcciones de la posición del componente de implante durante el procedimiento de planificación, donde el procedimiento de planificación como tal puede ser más eficiente, tanto en términos de tiempo como de potencia de cálculo.

La figura 3 ilustra pasos de acuerdo con modalidades de la divulgación.

En el paso 100, se proporciona el volumen 3D de datos de exploración. Esto se puede proporcionar, por ejemplo, al importar los datos de exploración en el software de planificación, donde se realiza el posicionamiento del componente de implante con relación a los datos de exploración. Como se ilustra en la figura 2, los datos de exploración 10 pueden comprender, por ejemplo, datos de DICCMe generados usando TC o MR, y ser importados desde un medio de almacenamiento, tal como un DVD, disco duro, memoria SSD, a través de una red, tal como una intranet o Internet a la que está conectado un PACS (sistema de archivado y comunicación de imágenes), etc. Proporcionar los datos de exploración 101 también puede comprender definir una región de interés, tal como para limitar los datos de exploración y reducir los requisitos en el procesador, tarjeta gráfica, memoria, etc. Además, proporcionar los datos de exploración también puede comprender establecer la dirección de muestreo para generar las vistas 2D, que, por ejemplo, se puede establecer cuando se selecciona una región de interés. Los datos de exploración 101 pueden comprender un conjunto de fragmentos en 2D, que se pueden reconstruir en un volumen 3D de datos de exploración, tal como usando reconstrucción multiplanar, donde se construye un volumen al apilar los fragmentos axiales. De manera alternativa o adicionalmente, se pueden usar métodos de proyección tal como proyección de máxima intensidad y/o proyección de mínima intensidad para proporcionar fragmentos reconstruidos y un volumen de datos.

En el paso 110, los datos de exploración se alinean con las direcciones de muestreo de las vistas 2D. Es útil, por ejemplo, cuando se realizan mediciones en las vistas 2D, tal como con base en objetos de orientación posicionados en las vistas 2D por la persona que realiza la planificación. Con este propósito, se pueden ajustar la línea horizontal, el plano medio, la orientación horizontal y la orientación vertical. Por lo tanto, con base en la planificación, se pueden proporcionar mediciones entre un lado afectado y un lado no afectado antes y después del resultado esperado de la cirugía, como se analizará más adelante. Alinear los datos de exploración con el cero biomecánico del sistema de planificación, tal como para planificar planos del mismo, por ejemplo, proporciona evaluar la rotación del fémur con relación a la pelvis, por ejemplo, desde múltiples ángulos. Los efectos de rotación que están asociados con los sistemas de planificación 2D se pueden considerar de acuerdo con modalidades de la invención, lo que contribuye a una planificación más exacta. Además, las modalidades de la invención proporcionan la alineación de la anatomía que no se ha capturado en ángulos apropiados con relación al sistema de captura de imágenes para calcular los desplazamientos. Esto también proporciona cálculos más exactos de los desplazamientos.

En el paso 120, se define el espacio anatómico afectado. Esto se puede realizar en espacio 3D usando múltiples vistas 2D de los datos de exploración. En una primera vista 2D, se puede indicar un área afectada al posicionar un primer objeto de posición de área afectada, tal como un círculo, con relación a la vista 2D de los datos de exploración. En una segunda vista 2D, el área afectada se puede indicar al posicionar un segundo objeto de posición de área afectada, tal como un círculo o una línea, con relación a la vista 2D de los datos de exploración. Las posiciones de los primeros y los segundos indicadores de posición de área afectados se pueden ajustar en un máximo de dos dimensiones cada uno, y en algunas modalidades se limitan al ajuste en un grado de libertad individual cada uno, con relación a cualquier vista 2D de datos de exploración. Conjuntamente, opcionalmente también usando un tercer indicador de posición de área afectada posicionado en una tercera vista 2D de datos de exploración, el espacio anatómico afectado se indica en espacio 3D. En algunas modalidades, el primer, segundo, y tercer indicadores de posición de área afectada son diferentes vistas 2D de un indicador de posición de área afectada en 3D individual. Las coordenadas de cada objeto de posición proporcionan información de posición en una o dos dimensiones, tal como cualquiera de una o dos de las dimensiones x-/y-/z. Las coordenadas del componente de implante en la dimensión x, la dimensión y, y la dimensión z, pueden ser con base en la combinación de las coordenadas de los objetos de posición posicionados en las vistas 2D 2a, 2b, 2c, como se ilustra en la figura 1.

En el paso 130, se define el espacio anatómico no afectado. Este paso es opcional y se puede proporcionar para obtener mediciones, tal como para desplazamientos entre el espacio anatómico afectado y no afectado antes de la cirugía y después de la cirugía cuando el componente de implante real sujeto a la planificación ha reemplazado el espacio anatómico afectado. El espacio anatómico afectado se puede indicar usando los mismos pasos como se describen con respecto al paso 120 y usando primeros, segundos, y terceros objetos de posición no afectados para proporcionar información de posición para el componente de implante.

En el paso 140, el componente de implante se posiciona en el espacio 3D con relación al volumen 3D de datos de exploración utilizando múltiples vistas 2d de los datos de exploración. Se puede proporcionar información de posición para el componente de implante con base en el primer y segundo, y opcionalmente el tercer indicadores de posición de área afectada. El componente de implante puede ser un objeto virtual 3d . El objeto virtual 3D puede ser una plantilla 3D para decidir el tamaño de implante apropiado. Por lo tanto, la planificación en tres dimensiones proporciona plantillas 3D, que pueden ser más exactas que el uso de una técnica de plantillaje 2D. Esto también proporciona la rotación de la plantilla, así como la anatomía ósea y, por lo tanto, una planificación exacta. Además, la planificación en 3D con múltiples vistas 2D donde el componente u objeto de implante 3D se ve junto con las vistas 2D proporciona una planificación más exacta. Por ejemplo, en sistemas de planificación donde la anatomía ósea se renderiza usando técnicas de renderización de volumen 3D junto con plantillas 3D, los datos tomográficos se pierden y el posicionamiento de la plantilla es un desafío, que son cuestiones mejoradas con modalidades de la divulgación.

Este es, por ejemplo, el caso de acuerdo con el método divulgado en US2008/0077003.

En el paso 150, se puede ajustar la posición si el componente de implante. Por ejemplo, al menos una de la primera información de posición, la segunda información de posición y la tercera información de posición para el componente de implante se puede ajustar con relación a una primera vista 2D, una segunda vista 2D y una tercera vista 2D, respectivamente, y por lo tanto, con relación a la anatomía afectada. En algunas modalidades, el ajuste de la posición se puede proporcionar en un plano, es decir, en dos dimensiones. En otras modalidades, el ajuste de la posición del componente de implante se bloquea en una dirección o dimensión individual, es decir, un grado de libertad individual. Por lo tanto, para algunos componentes de implante, el reposicionamiento del componente de implante en tres dimensiones en espacio 3D se realiza en tres vistas 2D separadas. El ajuste de la posición del componente de implante se puede guiar por el desplazamiento para la anatomía afectada y la anatomía no afectada, es decir, el desplazamiento para la anatomía afectada con relación a la anatomía no afectada, donde la anatomía afectada y la anatomía no afectada pueden ser anatomías correspondientes, tal como articulaciones de cadera en cada lado del cuerpo donde sólo una de las articulaciones de cadera se ve afectada. Si también se proporciona información de desplazamiento para el componente de implante y la anatomía no afectada, la posición del componente de implante se puede ajustar tal que el desplazamiento sea óptimo desde una perspectiva quirúrgica.

La figura 4 ilustra un sistema de computadora 220, en el que se pueden importar los datos de exploración y planificar la cirugía. El sistema de computadora 220 también se puede utilizar durante la cirugía como la unidad de planificación donde también se puede acceder a la información de posición para el componente de implante para guiar al cirujano visiblemente mediante una visualización. Alternativamente, se proporciona una unidad de planificación separada durante la cirugía, donde el sistema de computadora 220 se usa durante la planificación no necesita capacidad para acceder a los datos de posición actuales del objeto quirúrgico. El sistema de computadora 220 comprende una ^c P^u o unidad de procesamiento de datos 221, una o varias memorias 222, una unidad de comunicación 223, una unidad de lectura 224 para leer los datos de exploración, un dispositivo de entrada 225, tal como un ratón y/o un teclado, y una unidad de salida 226, tal como una visualización en la que se pueden renderizar diversas visualizaciones y vistas descritas a continuación. Además, el sistema de computadora 220 puede comprender software de computadora para realizar un plan preoperatorio, tal como la planificación utilizando múltiples vistas 2D de datos de exploración como se describirá a continuación. El software de computadora puede comprender un sistema CAD, donde los datos de exploración se pueden renderizar, tal como un modelo 3D del objeto quirúrgico o el volumen 3D de datos de exploración, y/o múltiples vistas 2D de datos de exploración, tal como datos de MRI o CT, generados a partir del volumen 3D de datos de exploración. El modelo 3D del objeto quirúrgico y las vistas 2D de los datos de exploración también se pueden renderizar al mismo tiempo y superponerse parcialmente a fin de incrementar la información. El sistema CAD puede ser con base en un sistema CAD de propósito general, tal como 3ds Max de AutodeskMR. Una vez que se han importado los datos de exploración, se puede proporcionar un modelo 3D del objeto quirúrgico 11. El modelo 3D puede ser, por ejemplo, un modelo de superficie 3D o una nube de puntos creada utilizando una tecnología de gráficos 3D.

Los pasos de la figura 3 ahora se describirán en más detalle con referencia a las figuras 5a-10. La importación de datos de exploración volumétrica en un software de planificación se conoce en general y, por lo tanto, el paso 100 no se describirá en más detalle en la presente. Importar datos de exploración volumétrico puede comprender proporcionar un volumen 3D de datos de exploración de un paciente, que incluye datos de exploración de una anatomía ósea del paciente. El volumen 3D de datos de exploración también se puede proporcionar importando primero un volumen de datos de exploración, que entonces se reduce al definir una región de interés en una o múltiples vistas 2D de los datos de exploración. En las figuras 5a-10, la anatomía ósea se muestra en blanco, en tanto que los tejidos blandos están sombreados. Sin embargo, en una visualización real, los datos de exploración pueden comprender cualquier tipo de datos de exploración, tal como se representa por valores de gris que incluyen tanto tejido blando como tejido óseo, tal como de acuerdo con la escala de Hounsfield.

Las vistas 2D se pueden mostrar al mismo tiempo, como se ilustra en las figuras 5a-10, donde se presenta una vista 2D más grande en un lado de la visualización, y dos vistas más pequeñas presentadas en una columna en el otro lado de la pantalla. En algunas modalidades, proporcionar información de posición sólo se activa en una de las vistas 2D en ese momento. La activación de una vista 2D para proporcionar información de posición se puede hacer al activar el dispositivo de entrada 225 en tanto que se indica una vista 2D, tal como indicando al posicionar un cursor operado mediante el ratón, en la vista 2D y activando al hacer clic en un botón de activación del ratón. Activar la vista 2D también puede cambiar la posición de la vista 2D activada en la visualización. Por lo tanto, una vista 2D activada puede en algunas modalidades cambiar de posición de derecha a izquierda en la visualización, o viceversa, y de manera adicional o alternativamente de más pequeño a más grande en tamaño. En las modalidades de las figuras 5a-10, una vista 2D activada es más grande en tamaño y se presenta a la izquierda en la visualización. Esta es sólo una posible distribución, y se debe entender que otras modalidades pueden tener diferentes distribuciones en la visualización en la que se presentan las vistas 2D.

Las figuras 5a-5b ilustran además el paso 110 de la figura 1, donde los datos de anatomía o de exploración se alinean con las vistas 2D, y por lo tanto, los planos en los que se pueden proporcionar las mediciones. En una visualización 300 se muestra una primera vista 2D 301 de datos de exploración, una segunda vista 2D 302 de datos de exploración, y una tercera vista 303 de datos de exploración. La primera, segunda, y tercera vistas 2D 301, 302, 303 se generan a partir del volumen 3D de los datos de exploración. La primera vista 2D 301 es en esta modalidad una vista coronal o frontal de los datos de exploración. La segunda vista 2D 302 es en esta modalidad una vista horizontal o transaxial de los datos de exploración. La tercera vista 2D 303 es en esta modalidad una vista sagital de los datos de exploración. La primera vista 2D 301 comprende una primera porción de la anatomía ósea, tal como cualquier porción incluida en la vista coronal. La segunda vista 2D 302 comprende una segunda porción de la anatomía ósea, tal como cualquier porción incluida en la vista horizontal. La tercera vista 2D 303 comprende una tercera porción de la anatomía ósea, tal como cualquier porción incluida en la vista horizontal. La segunda vista 2D 302 se proporciona a partir del volumen 3D de datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D 301 de datos de exploración y comprende una segunda porción de la anatomía ósea.

En algunas modalidades, la tercera vista 2D 303 de datos de exploración se genera a partir del volumen 3D de datos de exploración. La tercera vista 2D 303 se puede proporcionar a partir del volumen 3D de datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2d 301 de datos de exploración y la segunda vista 2D 302 de datos de exploración. La tercera vista 2D de los datos de exploración 302 puede comprender una tercera porción de la anatomía ósea. Esto proporciona definir información de posición en una dimensión individual en el momento, una en cada vista 2D 301, 302, 302 de datos de exploración, y aún ser capaz de definir información de posición para el componente de implante en tres dimensiones con relación al volumen 3D de datos de exploración. Por lo tanto, la tercera información de posición para el componente de implante virtual se puede definir con relación a la tercera vista 2D 303. Entonces, se puede proporcionar información de posición en 3D para el componente de implante con relación al volumen 3D de datos de exploración con base en la primera información de posición proporcionada con relación a la primera vista 2D 301 de datos de exploración, la segunda información de posición proporcionada con relación a la segunda vista 2D 302 de datos de exploración, y la tercera información de posición proporcionada con relación a la tercera vista 2D 303 de datos de exploración.

Para alinear la anatomía incluida en los datos de exploración, el plano coronal del volumen 3D de los datos de exploración se puede alinear con el plano de planificación coronal de la primera vista 2D 301 al ajustar la línea horizontal y el plano mediano. En la primera vista 2D 301, el plano coronal se puede alinear, tal como la línea horizontal (no ilustrada) indicada por una línea entre dos círculos, y el plano medial, con los datos de exploración. La información de posición puede comprender la posición de objetos de orientación, tal como una línea, rectángulo o un círculo. En la figura 5a, los datos de exploración comprenden la anatomía ósea de una pelvis. A fin de alinear la anatomía ósea con planos de planificación de las vistas 2D, tal como el plano coronal, el plano mediano se indica con una línea 304a. El plano mediano del plano de planificación en el que se realiza una planificación adicional se indica con una línea punteada 304b. El plano mediano de los datos de exploración se alinea con el plano mediano del plano de planificación 304b, como se indica con la flecha curvada 304c. El posicionamiento del objeto de orientación para el plano mediano se puede iniciar al seleccionar una función de plano mediano del programa de planificación. Al posicionar el objeto de orientación para el plano mediano con relación a la vista 2D de los datos de exploración, se puede indicar un lado afectado y no afectado. Esto se puede utilizar para calcular los desplazamientos. En la primera vista 2D 301, el ajuste de la posición del objeto de orientación, aquí la línea que indica el plano mediano, se limita al ajuste en una dimensión. En esta modalidad, el objeto de orientación, aquí la línea para el plano medial, se limita al reposicionamiento lateral, que se indica por el indicador de dirección 305, que es un indicador de dirección bidireccional en la forma de un ratón estilizado con una flecha bidireccional. Por lo tanto, el ajuste del plano coronal se puede realizar con relación a una vista 2D individual de los datos de exploración y donde el ajuste se limita a una dimensión individual.

A continuación, en el proceso de planificación, se ajusta el plano transversal del volumen 3D de datos de exploración con el plano de planificación sagital y/o la segunda vista 2D 302 al ajustar la orientación horizontal de la pelvis. Esto se puede hacer al activar la segunda vista 2D 302, que puede ser una vista horizontal, y al ajustar la orientación horizontal. La figura 5b ilustra el estado de la visualización 300 después de que se ha activado la segunda vista 2D 302. En este estado, la primera vista 2D 301 se ha desactivado y ya no es posible definir ninguna información de posición con relación a esta vista salvo que se active de nuevo. En su lugar, se ha activado la segunda vista 2D 302. La segunda información de posición se puede proporcionar ahora con relación a la segunda vista 2D 302. En esta vista, la información de posición en la forma de la posición de los segundos objetos de orientación 306a, 306b, aquí formados como círculos, se indica en las posiciones apropiadas de la pelvis, las posiciones de las cuales son en general conocidas por el cirujano experto que realiza la planificación. Entre los objetos de orientación 306a, 306b está una línea generada, que indica la orientación horizontal. Una vez que se colocan ambos segundos objetos de orientación 306a, 306b, los datos de exploración se alinean con el plano de planificación horizontal 2D, y se pueden utilizar para la generación de desplazamientos horizontales después de los pasos de planificación posteriores. La línea horizontal de los datos de exploración 304d se indica en la figura 5b con una línea, y la línea horizontal del plano de planificación con una línea punteada 304e. Una vez que se ha indicado la línea horizontal de los datos de exploración, se puede alinear con la línea horizontal del plano de planificación, que está predefinido. El ajuste de la información de posición para el plano horizontal se limita a la reposición en el plano, es decir, en dos dimensiones, que se indica por el indicador de dirección 305b, que es un indicador de dirección de cuatro vías en la forma de un ratón estilizado con una flecha de cuatro vías. En la tercera vista 2D 303, el plano sagital de los datos de exploración se puede alinear con el plano de planificación sagital de la tercera vista 2D 303 al ajustar la orientación vertical de la pelvis. La activación de esta vista 2D no se ilustra en detalle, pero se puede hacer de la misma manera que para proporcionar información de posición para la orientación horizontal con relación al plano transversal ilustrado en la figura 3b. Ajustando la información de posición para la orientación vertical con relación al plano sagital se limita al reposicionamiento en el plano, es decir, en dos dimensiones, o en una dimensión.

Ajustar la anatomía ósea de los datos de exploración con relación a los planos de planificación de las vistas 2D a través de múltiples vistas 2D 301, 302, 303, proporciona información de posición en 3D que se puede utilizar para proporcionar información de posición para el componente de implante virtual con relación al volumen 3D de datos de exploración. La información de posición en 3D para el componente de implante con relación al volumen 3D de datos de exploración es con base en la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente por la tercera información de posición, para los objetos de orientación.

Las figuras 6a-6d ilustran además el paso 120 de la figura 3, donde se indica una primera porción del espacio anatómico afectado. La información de posición para una cabeza de fémur afectada se proporciona en una primera vista 2D 401 y una segunda vista 2D 402. La primera vista 2D 401 se genera a partir del volumen 3D de los datos de exploración y es en esta modalidad una vista coronal de una primera porción de la anatomía ósea de los datos de exploración, como se describe con respecto a las figuras 5a-5b. La segunda vista 2D 402 se genera a partir del volumen 3D de datos de exploración y en esta modalidad es una vista horizontal de una segunda porción de la anatomía corporal de los datos de exploración. La segunda vista 2D 402 se proporciona a partir del volumen 3D de datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D 401 de datos de exploración. En esta modalidad, una tercera vista 2D 403, que es una vista sagital de una tercera porción de la anatomía ósea de los datos de exploración, se genera a partir del volumen 3D de datos de exploración. La tercera vista 2D 403 se proporciona a partir del volumen 3D de los datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D de los datos de exploración 401 y con relación a la segunda vista 2D de los datos de exploración 402. La primera vista 2D 401, la segunda vista 2D 402 y la tercera vista 2D 403 pueden estar ortogonales entre sí. La activación de la primera vista 2D 401, la segunda vista 2D 402 y la tercera vista 2D 403 se puede hacer de la misma manera como se describe con respecto a las figuras 5a-5b.

En esta modalidad, un objeto de posición 404 comprende una esfera, que se representa en cada vista 2D como un círculo. El objeto de posición 404 se puede introducir en la primera vista 2D al iniciar primero una función para definir una primera porción de la anatomía afectada, en esta modalidad la cabeza de fémur afectada. La posición del objeto de posición 404 con relación al volumen 3D de datos de exploración proporciona información de posición para el componente de implante. En esta modalidad, el componente de implante es una copa para un implante de cadera. Una vez que se inicia la función, el objeto de posición se puede posicionar usando el dispositivo de entrada en la vista 2D activa, que puede ser la primera vista 2D 401, la segunda vista 2D 402 o la tercera vista 2D 403. Cuando el objeto de posición se ha introducido en una de las vistas 2D, puede aparecer en las otras vistas 2D, por ejemplo, si es un objeto tridimensional y se representa en las diferentes vistas 2D por un objeto 2D en cada vista. Por lo tanto, el objeto de posición 404 se puede introducir primero en una de las vistas 2D 401, 402, 403, y entonces la posición del objeto de posición 404 se puede ajustar en cualquiera de las vistas 2D 401, 402, 403. La introducción del objeto de posición en una de las vistas 2D 401, 402, 403 proporciona una primera información de posición, y el ajuste de la posición en cualquiera de las otras vistas 2D proporciona una segunda información de posición. La primera y/o la segunda información de posición puede comprender información de coordenadas en una o dos dimensiones. Por lo tanto, si la primera y la segunda información de posición juntas solo comprenden información en dos dimensiones, puede ser necesaria información de posición en una tercera dimensión desde una tercera vista 2D. Conjuntamente, la primera información de posición, la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición pueden proporcionar información de coordenadas en tres dimensiones para el objeto de posición con relación al volumen 3D de datos de exploración.

La posición del objeto de posición 404 se puede ajustar en el espacio 3D al ajustar su posición en al menos dos de las vistas 2D 401, 402, 403, opcionalmente tres de las vistas 2D 401, 402, 403, dependiendo de los grados de libertad para ajustar su posición. En la modalidad de las figuras 6a-6b, la posición del objeto de posición se puede ajustar en dos dimensiones en la primera vista 2D 401 y en sólo una dimensión en la segunda vista 2D 402, que se indica por un indicador de dirección de cuatro vías 405a y un indicador de dirección de dos vías 405b, respectivamente. El tamaño del objeto de posición 404 se puede ajustar usando el dispositivo de entrada, tal como desplazando la rueda de desplazamiento de un ratón, que se indica por un indicador de tamaño 405c. El indicador de tamaño es en esta modalidad un ratón estilizado con "+" y "-" asociados que indican que el tamaño se puede agrandar ("+") y reducir ("-"). La posición del objeto de posición 404 también se puede ajustar en la tercera vista 2D si se desea. Sin embargo, a fin de ajustar la posición en tres dimensiones, esto no es necesario, pero puede ser deseable para un posicionamiento más exacto. Por lo tanto, cuando se ha ajustado la posición del objeto de posición 404, se ha definido la anatomía afectada. Las coordenadas del objeto de posición definido en múltiples vistas 2D en la dimensión x, la dimensión y, y la dimensión z proporcionan las coordenadas x/y/z para el espacio anatómico afectado.

Las figuras 6c-6d ilustran además el paso 120 de la figura 3, donde se indica la segunda porción del espacio anatómico afectado. La información de posición para un eje de fémur afectado se proporciona en una primera vista 2D 411 y una segunda vista 2D 412. La primera vista 2D 411 se genera a partir del volumen 3D de los datos de exploración y es en esta modalidad una vista coronal de una primera porción de la anatomía ósea de los datos de exploración, como se describe con respecto a las figuras 5a-5b. La segunda vista 2D 412 se genera a partir del volumen 3D de datos de exploración y en esta modalidad es una vista horizontal de una segunda porción de la anatomía corporal de los datos de exploración. La segunda vista 2D 412 de los datos de exploración se proporciona a partir del volumen 3D de los datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D 411 de los datos de exploración. En esta modalidad, una tercera vista 2D 413 de datos de exploración, que es una vista sagital de una tercera porción de la anatomía ósea de los datos de exploración, se genera a partir del volumen 3D de datos de exploración y, La tercera vista 2D 413 de los datos de exploración se proporciona a partir del volumen 3D de los datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D 411 de los datos de exploración y con relación a la segunda vista 2D 412 de los datos de exploración.

La primera vista 2D 411, la segunda vista 2D 412 y la tercera vista 2D 413 pueden estar ortogonales entre sí. La primera vista 2D 411, la segunda vista 2D 412 y la tercera vista 2D 413 se pueden activar de la misma manera que se ha descrito con respecto a las figuras 5a-5b.

En esta modalidad, un objeto de posición 414 comprende una línea o cilindro. Por lo tanto, el objeto de posición puede ser tridimensional, pero representado en cada vista 2D 411, 412, 412 sólo en dos dimensiones. El objeto de posición 414 se puede introducir en la primera vista 2D 411 al iniciar primero una función para definir una segunda porción del área afectada, en esta modalidad el eje de fémur afectado. La posición del objeto de posición 414 con relación al volumen 3D de datos de exploración proporciona información de posición para el componente de implante. En esta modalidad, el componente de implante es un implante de fémur para un implante de cadera. Una vez que se inicia la función, el objeto de posición 414 se puede posicionar usando el dispositivo de entrada en la vista 2D activa, que puede ser la primera vista 2D 411, la segunda vista 2D 412 o la tercera vista 2D 413. Cuando el objeto de posición 414 se ha introducido en una de las vistas 2D, puede aparecer en las otras vistas 2D, por ejemplo, si es un objeto tridimensional representado por un objeto 2D en cada vista 2D. Por lo tanto, el objeto de posición 414 se puede introducir primero en una de las vistas 2D 411, 412, 413, y entonces la posición del objeto de posición 414 se puede ajustar en cualquiera de las vistas 2D 401, 402, 413. La introducción del objeto de posición 414 en una de las vistas 2D 411, 412, 413 proporciona una primera información de posición, y el ajuste de la posición en cualquiera de las otras vistas 2D proporciona una segunda información de posición. La primera y/o la segunda información de posición puede comprender información de coordenadas en una o dos dimensiones. Por lo tanto, si la primera y la segunda información de posición sólo comprenden información en una dimensión, la información de posición en una tercera dimensión puede ser necesaria desde una tercera vista 2D. Conjuntamente, la primera información de posición, la segunda información de posición, y opcionalmente la tercera información de posición pueden proporcionar información de coordenadas en tres dimensiones para el objeto de posición 414 con relación al volumen 3^d de datos de exploración, como se ha descrito anteriormente.

La posición del objeto de posición 414 se puede ajustar en el espacio 3D al ajustar su posición en al menos dos de las vistas 2D 411, 412, 413, opcionalmente tres de las vistas 2D 411, 412, 413, dependiendo de los grados de libertad para ajustar su posición en cada vista 2D 411, 412, 413. En la modalidad de las figuras 6c-6d, la posición del objeto de posición se puede ajustar en dos dimensiones en la primera vista 2D 411 y en sólo una dimensión en la tercera vista 2D 413, que se indica por un indicador de dirección de cuatro vías 415a y un indicador de dirección de dos vías 415b, respectivamente. La posición del objeto de posición 414 también se puede ajustar en la tercera vista 2D 413 si se desea. Sin embargo, esto no es necesario, pero puede ser deseable para un ajuste más exacto de la posición en tres dimensiones. Por lo tanto, cuando se ha ajustado la posición del objeto de posición 414, se ha definido el espacio anatómico afectado. En esta modalidad, el objeto de posición 414 se indica con un círculo en la segunda vista 2D 412. En esta modalidad, una línea se representaría como un punto en una vista horizontal, tal como la segunda vista 2D 412 cuando se posiciona para indicar un eje de fémur en la primera vista 2D y la tercera vista 2D 413. Esto será difícil de distinguir para la persona que realiza la planificación. Por lo tanto, un círculo 415 en la segunda vista 2D 4112, el centro del cual indica la posición del objeto de posición 414 en la primera vista 2D 411 y la tercera vista 2D 413, indica la posición del objeto de posición 414. Por lo tanto, los objetos que tienen diferentes formas dependiendo de en qué vista 2D se muestran pueden representar el objeto de posición 414.

Las figuras 7a-7b ilustran además el paso 130 de la figura 3, donde el espacio anatómico no afectado se indica visualizado y la información de posición se define para el componente de implante. La información de posición proporcionada con respecto al espacio anatómico no afectado se puede utilizar para el cálculo de los desplazamientos para la anatomía afectada antes y después de la cirugía. En la modalidad ilustrada, la anatomía no afectada es una articulación de cadera, es decir, una cabeza y eje de fémur. La información de posición para el espacio anatómico no afectado se puede definir de la misma manera que se ha descrito con respecto al espacio anatómico afectado y con relación a las figuras 6a-6d. Por lo tanto, las figuras 6a-7b no se describirán en más detalle aquí. Los números de referencia de los elementos en las figuras 7a-7b corresponden a números de referencia similares de los elementos en las figuras 6a-6c con sólo el primer dígito que se reemplaza y se posicionan para el espacio anatómico no afectado, y por lo tanto, objetos por consiguiente. Por ejemplo, el número de referencia 401 corresponde al número de referencia 501, 402 a 502, 403 a 503, 411 a 511, 412 a 512, etc.

Una vez que se ha indicado el espacio anatómico afectado y el espacio anatómico no afectado, se pueden generar desplazamiento y LLD (Discrepancia de longitud de extremidad) con base en la información de posición definida en las múltiples vistas 2D. La información de desplazamiento puede comprender, por ejemplo, desplazamiento acetabular/femoral verdadero/femoral funcional antes (que indica desplazamiento de la anatomía afectada) y desplazamiento acetabular/femoral verdadero/femoral funcional no afectado. Estos valores pueden ser con base en las posiciones de los indicadores de posición para la anatomía no afectada y afectada, y usarse para guiar el posicionamiento del componente de implante. Los desplazamientos y la información de LLD se pueden calcular como se conoce en general en la técnica. Sin embargo, las modalidades de la divulgación comprenden definir las posiciones de la anatomía afectada y no afectada en múltiples vistas 2D de datos de exploración generados a partir del mismo volumen 3D de datos de exploración. Puesto que la posición de los indicadores de posición se puede mejorar por el método de acuerdo con modalidades de la divulgación, también se puede mejorar la exactitud de la información de desplazamiento y LLD, donde también se puede mejorar el posicionamiento de los componentes de implante y puede ser más exacto, donde se puede mejorar el resultado de la cirugía y, por lo tanto, la satisfacción del paciente.

Los desplazamientos se pueden definir, por ejemplo, como se describe en Acta Crethop. Belg., 2010, 76, 432-442 "Primary hip arthroplasty templating on standard radiographs A stepwise approach", por Thierry SCHEERLINCK. El desplazamiento femoral se puede definir como la distancia más corta entre el centro de rotación femoral y el eje longitudinal del fémur proximal. El eje longitudinal se puede encontrar al dibujar una línea entre el medio del canal femoral proyectado, medida en dos niveles diferentes en una parte del fémur proximal que parece ser simétrica. Si la patología ha deformado la cabeza femoral, el desplazamiento femoral original se puede calcular como la distancia entre el centro de rotación femoral original y el eje longitudinal del fémur proximal. El desplazamiento femoral es importante debido a que controla la tensión y el brazo de momento de los músculos abductores, la tensión de los tejidos blandos, el desgaste del componente acetabular y la carga impuesta en ambos, los implantes acetabulares y femorales. El hecho de no restaurar el desplazamiento femoral puede conducir a un desgaste excesivo, cojera y/o inestabilidad de cadera. Por otra parte, el desplazamiento femoral excesivo tiene el potencial de sobrecargar el implante femoral, generar micromovimiento en el punto de contacto de implante-hueso y provocar dolor en los músculos abductores y la región del trocánter mayor. El desplazamiento acetabular se puede definir como la distancia más corta entre el centro de rotación acetabular y una perpendicular a la línea intertrocantérea, dibujada a lo largo de la proyección de la parte más distal de la lágrima. Si la patología ha deformado el acetábulo, el desplazamiento acetabular original se puede encontrar de la misma manera, pero reemplazando el centro de rotación de cadera con el centro de rotación acetabular original. El desplazamiento acetabular es importante debido a que controla la tensión de los músculos abductores y los tejidos blandos, así como el brazo de palanca del peso corporal y, por lo tanto, la carga transmitida al acetábulo. La disminución del desplazamiento acetabular por la medialización excesiva del componente acetabular puede conducir a cojera y/o inestabilidad de cadera. El incremento del desplazamiento acetabular puede sobrecargar la copa. Estos aspectos se pueden reducir o eliminar por el uso de modalidades del método de planificación de acuerdo con la divulgación.

Las figuras 8a-8c ilustran además los pasos 140 y 150 de la figura 3, donde los componentes del implante se posicionan con base en las indicaciones de las anatomías afectadas ilustradas en las figuras 6a-6d, y entonces las posiciones de las cuales se ajustan en múltiples vistas 2D para el posicionamiento correcto en el espacio 3D y proporcionar información de posición en 3D.

La figura 8a ilustra la definición en la información de posición de visualización 600 para un primer componente de implante en una primera vista 2D 601, una segunda vista 2D 602 y una tercera vista 2^d 603 de datos de exploración que comprenden una primera porción de la anatomía ósea, y una segunda porción de la anatomía ósea, y una tercera porción de la anatomía ósea, respectivamente, de los datos de exploración, como se ha descrito anteriormente con respecto a las figuras 5a-7b. Las diversas vistas 2D 601, 602, 603 se pueden gestionar como se ha descrito anteriormente, tal como está activada, definir la información de posición activada en una o dos dimensiones como se indica por los indicadores de dirección 605a, 605b y el indicador de tamaño 605c, y por lo tanto no se describirá en más detalle con respecto a las figuras 8a-8c. La definición de la información de posición para el componente de implante se puede hacer en múltiples pasos. En un primer paso, la información de posición para el componente de implante se puede definir en múltiples vistas 2D de datos de exploración. Entonces, en un segundo paso, una representación 3D virtual del componente de implante se puede superponer en las vistas 2D, y entonces ajustarse si es necesario. Una ubicación inicial del componente de implante con relación a las vistas 2D de los datos de exploración puede ser con base en la información de posición para la anatomía afectada, que se representa por el objeto de posición 404, que se definió en los pasos anteriores. En las figuras 8a-8b, la ubicación para el componente de implante se ha indicado por un objeto de ubicación 604, en esta modalidad una semiesfera con un radio ligeramente más pequeño que el radio del indicador de posición 404 para la anatomía afectada. El objeto de ubicación 604 se puede introducir en las vistas 2D 601, 602, 603 al iniciar una función para definir una primera porción del área afectada, en esta modalidad la cabeza de fémur afectada. Una vez que se inicia la función, el objeto de ubicación 604 se puede posicionar automáticamente con base en la información de posición del objeto de posición 404 para la anatomía afectada, tal como dentro del límite del objeto de posición 404 como se ilustra en la figura 8a. Entonces, la posición del objeto de ubicación 604 se puede ajustar en una o dos dimensiones al mismo tiempo en múltiples vistas 2D de datos de exploración, que se ilustra en la figura 8b. En la figura 8b, la posición del objeto de ubicación 604 se ha exagerado a fin de ilustrar que el objeto de ubicación se ha movido a una posición diferente con relación a su posición inicial con relación al objeto de posición 404, que no es su posición óptima. Sin embargo, la persona que realiza la planificación puede ajustar manualmente la posición del objeto de ubicación 604 usando el dispositivo de entrada como se ha descrito anteriormente con relación a los objetos de posición.

La figura 8c ilustra la definición de la posición de un componente de implante 3D virtual 610 con relación al volumen 3D de datos de exploración con base en la posición del objeto de ubicación 604. Como se puede ver en la figura 8c, la posición del componente de implante virtual 610 es con base en la información de posición definida por la posición del objeto de ubicación 604 con relación al volumen 3D de datos de exploración. La posición del componente de implante virtual se puede ajustar de la misma manera que el objeto de ubicación 604 y el objeto de posición 404, como se ha descrito anteriormente en una o dos dimensiones a la vez en múltiples vistas 2D a fin de ajustar su posición en tres dimensiones con relación al volumen 3D de los datos de exploración. La información de posición para el componente de implante puede ser con base en las coordenadas x/y/z del objeto de ubicación.

El segundo componente de implante se puede diseñar para ajustar el primer componente de implante, tal como una cabeza de un componente de fémur a un componente de copa. Por lo tanto, cuando se ha posicionado el primer componente de implante, la posición del segundo componente de implante se proporciona parcialmente por la posición del primer componente de implante, tal como la posición de la cabeza del fémur se proporciona por la posición de la copa, pero se puede mover en la misma y por lo tanto el vástago se puede determinar parcialmente por el usuario que realiza la planificación.

La figura 9 ilustra el posicionamiento de un segundo componente de implante 710, aquí en la forma de un vástago de implante para un implante de cadera. La información de posición para el segundo componente de implante 710 se puede definir en una primera vista 2D de los datos de exploración 701, una segunda vista 2D 702 de los datos de exploración y una tercera vista 2D 703 de los datos de exploración, como se ha descrito anteriormente con respecto a las figuras 5a-8c. Esto se puede hacer en múltiples pasos, al definir información de posición para un objeto de ubicación, que se puede representar en 2D y entonces al introducir una representación virtual del componente de implante, como se ha descrito con referencia a las figuras 8a-8c. Por lo tanto, lo que se ha descrito con respecto a las modalidades anteriores, y especialmente a las modalidades de las figuras 6a-6c, es aplicable también a la modalidad de la figura 9.

Como se ha analizado anteriormente, para al menos un componente de implante, la primera información de posición se puede definir con relación a una primera vista 2D de los datos de exploración y la segunda información de posición se puede definir con relación a una segunda vista 2D de los datos de exploración. El ajuste de la posición de los objetos con relación a cualquiera de las vistas 2D se puede bloquear para el ajuste en una dirección o dimensión individual. Esto puede hacer a la posición más fácil, con una posición potenciada para el uso de la información de posición más exacta. En algunas modalidades, ajustar la posición con relación a cualquiera de las vistas 2D se puede bloquear para el ajuste en dos direcciones o dimensiones. Por lo tanto, puesto que las vistas 2D de los datos de exploración se generan con base en el mismo volumen de datos de exploración que se alinean con los planos de planificación, es posible proporcionar datos de posición para el componente de implante en tres dimensiones con relación al volumen 3D de datos de exploración usando dos o tres vistas 2D generadas a partir de los datos de exploración en un ángulo con relación entre sí. El número de vistas depende de los grados de libertad: las tres vistas bloqueadas para planificar en una dimensión individual requieren naturalmente tres vistas 2D bloqueadas para proporcionar información de posición en una dimensión separada individual cada una, tal como una dimensión x en una primera vista 2D, dimensión y en una segunda vista 2D, y una dimensión z en una tercera vista 2D. Conjuntamente, las coordenadas proporcionan información de coordenadas de posición x/y/z para el componente de implante virtual con relación al volumen 3D de datos de exploración.

La figura 10 ilustra una modalidad del paso 140 de la figura 3, donde la información de posición para una representación 3D del componente de implante virtual 810a, 810b se puede proporcionar primero por la primera y segunda informaciones de posición definidas en múltiples vistas 2D 801, 802, 803 de datos de exploración como se ha descrito anteriormente. Un objeto de ajuste de posición tridimensional 811a, 811b se asocia con cada representación 3D del componente de implante virtual 810a, 810b. Asociado con una primera representación 3D del implante virtual está un primer objeto de ajuste de posición tridimensional 811a, en esta modalidad formado como una esfera. El primer componente de implante es una representación 3D de una copa para un implante de cadera. La copa no tiene un eje particular, sino más bien un centro. La esfera se puede posicionar en el centro a fin de hacer que el ajuste de la posición de la representación 3D del componente de implante sea fácil y eficiente. Asociado con una segunda representación 3D del componente de implante virtual está un segundo objeto de ajuste de posición tridimensional 811b. En la figura 10, el segundo objeto de ajuste de posición tridimensional 811b se ilustra separado del componente de implante 810b. Sin embargo, alternativamente se puede asociar con ella. En esta modalidad, comprende un indicador de eje. El indicador de eje se representa en esta modalidad por un retículo 3D. El segundo componente de implante es una representación en 3D de un vástago de un implante de cadera. El vástago tiene un eje longitudinal. El indicador de eje puede tener un eje alineado con el eje longitudinal del segundo componente de implante. El movimiento del indicador de eje se puede bloquear para moverse en una dimensión a la vez. La selección de uno de los ejes del indicador de eje se puede hacer por la funcionalidad de arrastrar y soltar, es decir, indicando el eje que retiene un botón de activación del ratón, moviendo el dispositivo de entrada y liberando el botón de activación. Por lo tanto, es posible mover uno de los ejes del indicador de eje en ese momento y sólo en una dimensión en ese momento. En algunas modalidades, cada eje se puede mover en dos dimensiones al mismo tiempo, tal como en un plano paralelo a una vista 2D correspondiente de los datos de exploración 801, 802, 803. Además, en algunas modalidades, la activación de un eje del indicador de eje también activa una vista 2D asociada de datos de exploración, que, por ejemplo, se puede agrandar y/o cambiar de posición después de la activación del movimiento de la posición del componente de implante 811a, 811b. Por lo tanto, la dimensión en la que cada eje del indicador de eje es movible puede ser un plano paralelo a al menos una de las vistas 2D de los datos de exploración 801, 802, 803. Por lo tanto, el indicador de eje puede comprender un conjunto de indicadores, tal como un primer, segundo y tercer indicadores de eje asociados con el componente de implante virtual y que se pueden mover en una dimensión individual cada uno. La representación 3D del componente de implante virtual 811a, 811b se puede mover en una dimensión individual en ese momento al mover uno del primer, segundo o tercer indicadores de eje.

Una vez que se ha obtenido la información de posición para uno o varios componentes del implante, se puede utilizar con diversos propósitos, donde la información de posición potenciada es de importancia. En algunas modalidades, la información de posición para el componente de implante se usa para dividir el volumen 3D de datos de exploración en un primer subvolumen 3D de datos de exploración y al menos un segundo subvolumen de datos de exploración con base en la primera y segunda informaciones de posición, y opcionalmente tercera información de posición, obtenidas de al menos dos vistas 2D de datos de exploración. Cpecionalmente, también puede ser con base en al menos una sección del componente de implante virtual. En las posiciones donde se ha definido el componente de implante, se pueden utilizar superficies del componente de implante para separar los datos de exploración en los subvolúmenes. Esto puede ser, por ejemplo, en las posiciones donde se ubica una superficie del componente de implante 811a, tal como la superficie semiesférica de la copa para un implante de cadera, tal como se representa por una superficie triangulada. Una vez que se proporcionan subvolúmenes separados, se pueden usar para simular el movimiento de varias partes de los datos de exploración y, por lo tanto, simular el resultado de la cirugía. Por ejemplo, los datos de exploración que comprenden anatomía ósea con relación a la pelvis se pueden separar en un primer subvolumen y los datos de exploración con relación a una pierna se pueden separar en un segundo subvolumen. La posición de un primer componente de implante 811a, se puede fijar con relación al primer subvolumen, y la posición de un segundo componente de implante 811b se puede fijar con relación al segundo subvolumen. Entonces se puede simular el movimiento del segundo componente de implante 811b con relación al primer componente de implante 811a, donde los subvolúmenes de datos también se moverán con relación entre sí. Si durante la simulación el cirujano descubre que cualquiera de los componentes de implante 811a, 811b, se ubica en una posición subóptima, la información de posición con relación a la misma se puede actualizar, y se realiza una nueva simulación si es necesario. En algunas modalidades, las anatomías óseas de los subvolúmenes se representan como objetos de superficie en 3D utilizando técnicas de renderización de volumen.

En algunas modalidades, la información de posición para el componente de implante se utiliza para la navegación quirúrgica, donde una posición del primer componente de implante virtual con relación a los datos de exploración 3D es con base en la primera y la segunda informaciones de posición. Un segundo componente de implante virtual, que es una representación virtual de la posición de un implante real con relación a la anatomía ósea real del paciente, que se rastrea usando un sistema de navegación quirúrgico, también se puede mostrar en la pantalla con relación al primer componente de implante virtual.

La figura 11 ilustra un sistema de navegación quirúrgica, en el que se puede utilizar el método de planificación descrito anteriormente. Una unidad de planificación 900 puede comprender un computadora que tiene segmentos de código de software para proporcionar el plan preoperativo. Como tal, la unidad de planificación 900 puede tener uno o varios dispositivos de entrada 909, tal como un teclado y un ratón, y uno o varios dispositivos de salida, tal como una visualización 910. Usando los datos de exploración de paciente y una representación virtual del paciente 908, el plan preoperatorio se puede realizar usando múltiples vistas 2D de los datos de exploración como se ha descrito anteriormente. El plan preoperatorio puede comprender planificar al menos una posición y orientación del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c con relación a la estructura del paciente 907, tal como una anatomía ósea durante la cirugía. En algunas modalidades, el objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c comprende el implante virtual. Por lo tanto, el plan preoperatorio puede comprender posicionar y orientar una representación virtual del objeto quirúrgico, conocido como objeto virtual 911, a una posición y orientación óptimas con relación a al menos una estructura virtual 908, tal como la anatomía ósea de los datos de exploración. Una modalidad de ejemplo sería posicionar un implante de cadera con relación al fémur y orientar la cabeza del implante de cadera con relación al acetábulo de la pelvis. Con relación a un reemplazo de cadera, el objeto quirúrgico, y por lo tanto, el objeto virtual, pueden comprender tanto la acetabular como el componente femoral. Por lo tanto, el plan preoperatorio puede comprender planificar múltiples objetos quirúrgicos, 903a, 903b, 903c, tal como la copa acetabular y el componente femoral mediante sus representaciones virtuales en relación con múltiples estructuras de pacientes, tal como el fémur y el acetábulo. En la modalidad de la figura 11, se divulga la planificación de una cirugía de rodilla, donde la estructura del paciente y la representación virtual de la misma pueden comprender múltiples estructuras, tal como la tibia de fémur, el peroné, y/o la rótula. En esta modalidad, el objeto quirúrgico 911 comprende un instrumento quirúrgico, y posiciones y orientaciones planificadas del mismo, y por lo tanto, información de posición del mismo. El objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c es movible con relación a la estructura de paciente durante la cirugía.

La unidad de planificación 900 se adapta para proporcionar el plan preoperatorio que incluye la posición y orientación planificadas del objeto virtual con relación a la estructura virtual utilizando múltiples vistas 2D como se ha descrito anteriormente. Además, la unidad de planificación 900 se puede adaptar para registrar la estructura de paciente en la estructura virtual 908 y el objeto quirúrgico 911 en el objeto virtual 908.

El sistema proporciona retroalimentación de al menos un objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c con relación al plan preoperatorio. El plan preoperatorio incluye el objeto virtual 911, que es la representación virtual del objeto quirúrgico, y una estructura virtual 908, que es la representación virtual de la estructura de paciente. El objeto virtual 911 y la estructura virtual 908 se pueden representar como objetos 3D, tal como objetos de superficie 3D. Por lo tanto, la unidad de planificación 911 puede ser una unidad de planificación en 3D donde la posición en el espacio se define usando múltiples vistas 2D como se ha descrito anteriormente.

La unidad de registro de posición 902 está de acuerdo con las modalidades adaptadas para obtener al menos una posición de la estructura del paciente. La unidad de registro de posición 902 puede operar sin ningún marcador fiduciario presente en los datos de exploración, así como durante la cirugía. Por lo tanto, el paciente no tiene que pasar por ninguna operación para colocar los marcadores fiduciarios antes de la cirugía. En su lugar, la unidad de registro de posición 902 puede operar con base en la superficie de la estructura de paciente, tal como la forma de la misma, posiciones de la superficie dentro de un sistema de coordenadas de la unidad de registro de posición 902, etc., como se analizará adicionalmente a continuación. La unidad de registro de posición 902 también se puede adaptar para registrar la posición y orientación del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c.

Una unidad de rastreo 912a, 912b, 912c, que se puede unir al objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c, se adapta para rastrear una posición y orientación actuales del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c dentro de un sistema de coordenadas y, por lo tanto, con relación a la estructura del paciente cuando se proporcionan dentro del mismo sistema de coordenadas o sistemas de coordenadas que se registran. El concentrador de comunicación 904 se adapta para comunicar datos de posición desde la unidad de registro de posición 902 a la unidad de planificación 901, y datos de posición y orientación desde la unidad de rastreo 912a, 912b, 912c a la unidad de planificación 901. Por lo tanto, la posición de la estructura de paciente 907 se puede registrar por la unidad de registro de posición 902 y transmitirse a la unidad de planificación 901, y registrarse a la estructura de paciente. De manera similar, la posición del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c se puede registrar, tal como por la unidad de registro 902 o mediante la estación de registro como se divulgará a continuación, y su posición y orientación se rastrean continuamente por la unidad de rastreo 912a, 912b, 912c, y se retransmiten a la unidad de planificación 901 mediante el concentrador de comunicación 904. Además, en algunas modalidades, la unidad de registro de posición 902 se adapta para actualizar dinámicamente la posición y orientación de la estructura de paciente 907. Por lo tanto, el concentrador de comunicación 904 comunica datos hacia y desde las diversas unidades en el sistema. La unidad de planificación puede actualizar la posición del objeto virtual 911 con relación a la estructura virtual 908 con base en la posición rastreada y la orientación del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c en el sistema de coordenadas de la unidad de registro de posición 902 o el paciente con base en cómo se configura el sistema.

En modalidades de la divulgación, un dispositivo de retroalimentación 905 se adapta para proporcionar retroalimentación de la posición y orientación actuales del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c con relación a la posición y orientación planificadas del objeto virtual 911 en respuesta a la posición y orientación actuales rastreadas del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c. En algunas modalidades, la retroalimentación comprende un indicador visual. Un indicador visual puede comprender, por ejemplo, una pantalla, un emisor de luz, tal como uno o varios LED, etc. En la modalidad de la figura 11, el dispositivo de retroalimentación 903 es una visualización de la unidad de planificación 901. Por lo tanto, la visualización puede renderizar la estructura virtual 908, una renderización del objeto virtual 911 en sus posiciones y orientaciones planificadas con relación a la estructura virtual 908, y una renderización de la posición y orientación actuales del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c con relación a la estructura de paciente 907. La representación de la posición y orientación actuales del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c con relación a la estructura de paciente 907 se puede proporcionar, por ejemplo, por un modelo 3D virtual del objeto quirúrgico 903a, 903b, 903c. Por lo tanto, el indicador visual 905 se puede adaptar para proporcionar retroalimentación visual de la posición y orientación actual del objeto virtual con relación a la orientación y posición planificada del objeto virtual con base en la posición y orientación actual rastreada del objeto quirúrgico. Esto se puede proporcionar, por ejemplo, mediante una visualización. El indicador visual se puede proporcionar en el objeto quirúrgico, tal como integrado con el mismo, por ejemplo, dentro de un bastidor individual del objeto quirúrgico. De manera alternativa o adicionalmente, el indicador visual se puede adaptar para proporcionar una indicación visual de la desviación de la posición y orientación actuales del objeto virtual con relación a la posición y orientación planificadas del objeto virtual en una pantalla, y por lo tanto, entre la posición y orientación actuales del objeto quirúrgico y su posición y orientación planificadas. Esto se puede proporcionar con base en o en respuesta a la posición y orientación actual rastreada del objeto quirúrgico. Algunas modalidades también pueden comprender un indicador visual adaptado para proporcionar una indicación visual de la desviación de la posición y orientación actuales del objeto quirúrgico con relación a la posición y orientación planificadas del objeto virtual, tal como mediante un indicador visual integrado con el objeto quirúrgico. Por ejemplo, un LED multicolor puede indicar la desviación de una o varias posiciones y orientaciones, tal como rojo que indica >50 mm de la posición y orientación planificadas, amarillo que indica el intervalo de 49 mm <> 10 mm de la posición y orientación planificadas, y verde que indica <10 mm de la posición y orientación planificadas. Alternativamente, los intervalos se pueden indicar usando un LED parpadeante de color individual, con diferentes patrones parpadeantes dependiendo de la desviación. En aun otras modalidades, el dispositivo de retroalimentación 90 puede ser acústico, donde el tono, tipo de señal, etc. de la señal acústica indicaría los intervalos. Una retroalimentación acústica puede complementar o reemplazar las otras modalidades para proporcionar retroalimentación.

La información de posición con relación a cualquiera de los componentes del implante se puede exportar a la unidad de navegación para guiar la posición del implante real con relación a la anatomía ósea del paciente.

De acuerdo con modalidades de la divulgación, los datos de posición definidos usando múltiples vistas 2D de datos de exploración se pueden usar para planificar una plantilla quirúrgica y producir una plantilla quirúrgica. La planificación utilizando múltiples vistas 2D de los datos de exploración tiene la ventaja de que la plantilla quirúrgica se puede ajustar exactamente al objeto contra el cual se diseña para ajustarse. La plantilla quirúrgica también puede ser un objeto quirúrgico en sí mismo e integrarse con un sistema de navegación quirúrgica, como se ha analizado anteriormente.

Los procesos y sistemas descritos en la presente se pueden realizar en o abarcar varios tipos de hardware, tal como sistemas de computadora. En algunas modalidades, la computadora, visualización, y/o dispositivo de entrada, puede ser cada uno sistemas de computadoras, aplicaciones, o procesos separados o se puede ejecutar como parte de los mismos sistemas de computadora, aplicaciones, o procesos, o uno de más se puede combinar para ejecutarse como parte de una aplicación o proceso, y/o cada uno o uno o más puede ser parte de o ejecutarse en un sistema de computadora. Un sistema informático puede incluir un bus u otro mecanismo de comunicación para comunicar información, y un procesador acoplado con el bus para procesar información. Los sistemas de computadora pueden tener una memoria principal, tal como una memoria de acceso aleatorio u otro dispositivo de almacenamiento dinámico, acoplado al bus. La memoria principal se puede usar para almacenar instrucciones y variables temporales. Los sistemas de computadora pueden incluir también una memoria de sólo lectura u otro dispositivo de almacenamiento estático acoplado al bus para almacenar información e instrucciones estáticas. Los sistemas de computadora también se pueden acoplar a una visualización, tal como un monitor CRT o LCD. Los dispositivos de entrada también se pueden acoplar al sistema de computadora. Estos dispositivos de entrada pueden incluir un ratón, una bola de seguimiento, o teclas de dirección de cursor.

Cada sistema de computadora se puede implementar utilizando una o más computadoras físicas o sistemas de computadora o porciones de los mismos. Las instrucciones ejecutadas por el sistema de computadora también se pueden leer desde un medio leíble por computadora. El medio leíble por computadora puede ser un CD, DVD, disco óptico o magnético, disco láser, onda portadora, o cualquier otro medio que sea leíble por el sistema de computadora. En algunas modalidades, se puede utilizar circuitería cableada en lugar de, o en combinación con instrucciones de software ejecutadas por el procesador. La comunicación entre módulos, sistemas, dispositivos, y elementos puede ser a través de una conexión directa o conmutada, y redes o conexiones cableadas o inalámbricas, mediante cables conectados directamente, o cualquier otro mecanismo de comunicación apropiado. La comunicación entre módulos, sistemas, dispositivos y elementos puede incluir intercambio de señales, notificaciones, coordinación, encapsulación, cifrado, encabezamientos, tal como encabezamientos de detección de encaminamiento o error, o cualquier otro protocolo o atributo de comunicación apropiado. La comunicación también puede ser mensajes con relación a HTTP, HTTPS, FTP, TCP, IP, ebMS CAeSIS/ebXML, enchufes hembra seguros, V^p N, pipas cifradas o no cifradas, MIME, SMTP, tipo de contenido de Multipartes MIME/relacionado, SQL, etc.

Se puede utilizar cualquier procesamiento de gráficos en 3D apropiado para mostrar o renderizar, incluyendo el procesamiento con base en CpeenGL, Direct3D, Java 3D, etc. También se pueden utilizar paquetes de gráficos 3D completos, parciales o modificados, incluyendo 3DS Max, SolidWorks, Maya, Form Z, Cybermotion 3D, o cualquier otro. En algunas modalidades, varias partes de la renderización necesaria se pueden presentar en hardware de gráficos tradicionales o especializados. La renderización también se puede producir en la CPU general, en hardware programable, en un procesador separado, distribuirse a través de múltiples procesadores, a través de múltiples tarjetas gráficos dedicados, o utilizando cualquier otra combinación apropiada de hardware o técnica.

Como será evidente, las características y atributos de las modalidades específicas divulgadas anteriormente se pueden combinar de diferentes maneras para formar modalidades adicionales, todas las cuales caen dentro del alcance de la presente divulgación.

El lenguaje condicional utilizado en la presente, tal como, entre otros, "puede", "podría", “podría”, "puede", "por ejemplo", y similares, salvo que se indique específicamente lo contrario, o se entienda de otra manera dentro del contexto como se utiliza, en general se propone que transmita que ciertas modalidades incluyen, en tanto que otras modalidades no incluyen, ciertas características, elementos, y/o estados. Por lo tanto, este lenguaje condicional en general no se propone que implique que se requieran características, elementos y/o estados de ninguna manera para una o más modalidades o que una o más modalidades necesariamente incluyan lógica para decidir, con o sin entrada o indicaciones del autor, si estas características, elementos y/o estados se incluyen o se van a realizar en cualquier modalidad particular.

Cualquier descripción, elemento, o bloque de proceso en los diagramas de flujo descritos en la presente y/o representados en las figuras anexas se debe entender como que representan potencialmente módulos, segmentos, o porciones de código que incluyen una o más instrucciones ejecutables para implementar funciones o pasos lógicos específicos en el proceso, tal como las funciones mencionadas anteriormente. Se incluyen implementaciones alternativas dentro del alcance de las modalidades descritas en la presente en las que se pueden eliminar elementos o funciones, ejecutarse fuera de orden de lo mostrado o analizado, incluyendo sustancialmente de manera concurrente o en orden inverso, dependiendo de la funcionalidad implicada, como se entendería por aquellos expertos en la técnica.

Todos los métodos y procesos descritos anteriormente pueden incorporarse en, y automatizarse completamente mediante, módulos de código de software ejecutados por una o más computadoras o procesadores de propósito general, tal como aquellos sistemas de computadora descritos anteriormente. Los módulos de código se pueden almacenar en cualquier tipo de medio leíble por computadora u otro dispositivo de almacenamiento de computadora. Algunos o todos los métodos se pueden realizar alternativamente en hardware de computadora especializado.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un método implementado por computadora para planificar un procedimiento ortopédico que incluye posicionar un componente de implante virtual (1, 610, 710) con relación a un volumen 3D de datos de exploración (3) de un paciente, que comprende

generar una primera vista 2D (2a) de datos de exploración con base en un volumen 3D de los datos de exploración (3), que incluye datos de exploración de una anatomía ósea del paciente;

definir con relación a la primera vista 2D (2a) de los datos de exploración la primera información de posición para el componente de implante virtual (1,610, 710);

generar una segunda vista 2D (2b) de los datos de exploración con base en el volumen 3D de los datos de exploración (3), donde la segunda vista 2D (2b) de los datos de exploración se proporciona a partir del volumen 3D de los datos de exploración (3) en un ángulo con relación a la primera vista 2D (2a) de los datos de exploración;

definir, con relación a la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, la segunda información de posición para el componente de implante virtual (1,610, 710); y proporcionar información de posición en 3D para el componente de implante virtual (1, 610, 710) con relación al volumen 3D de datos de exploración (3) con base en la primera información de posición y la segunda información de posición; caracterizado porque posicionar objetos de orientación (306a, 306b) en esta primera vista 2D y esta segunda vista 2D para alinear el volumen 3D de datos de exploración con la primera vista 2D y la segunda vista 2D; donde esta información de posición en 3D para el componente de implante virtual es con base en la primera información de posición y la segunda información de posición para objetos de orientación (306a, 306b) posicionados en esta primera vista 2D y esta segunda vista 2D, y

esta definición con relación a la primera vista 2D (2a) de los datos de exploración y la definición con relación a esta segunda vista 2D (2b) de los datos de exploración comprende definir al menos un espacio anatómico afectado al posicionar al menos un objeto de posición (404, 414) con relación a al menos esta primera vista 2D (2a) de los datos de exploración y esta segunda vista 2^d (2b) de los datos de exploración.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, donde el método comprende basar una ubicación inicial del componente de implante virtual (1, 610, 710) con relación a las vistas 2D (2a, 2b) de los datos de exploración en la información de posición representada por el objeto de posición (404, 414), y donde esta definición con relación a la primera vista 2D (2a) de los datos de exploración y la definición con relación a esta segunda vista 2D (2b) de los datos de exploración opcionalmente comprende posicionar este por lo menos un objeto de posición (404, 414) con relación a una tercera vista 2D (2c) de los datos de exploración generados con base en este volumen 3D de los datos de exploración (3).

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, donde esta definición con relación a la primera vista 2D (2a) de datos de exploración primera información de posición para el componente de implante virtual (1, 610, 710) comprende posicionar un primer objeto de posición (404, 414) con relación a la primera vista 2D (2a) de datos de exploración, y esta definición, con relación a la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, de la segunda información de posición para el componente de implante virtual (1,610, 710) comprende posicionar un segundo objeto de posición (404, 414) con relación a la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, que comprende ajustar la posición de al menos uno del objeto de posición (404, 414) con relación a la primera vista 2D (2a) de datos de exploración para generar la primera información de posición y el objeto de posición (404, 414) con relación a la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración para generar la segunda información de posición, donde este ajuste se bloquea preferentemente para el ajuste en una dimensión individual en cada vista 2D de datos de exploración.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende mostrar una tercera vista 2D (2c) de los datos de exploración generados a partir del volumen 3D de los datos de exploración, donde la tercera vista 2D (2c) de los datos de exploración se proporciona a partir del volumen 3D de los datos de exploración en un ángulo con relación a la primera vista 2D (2a) de los datos de exploración y la segunda vista 2D (2b) de los datos de exploración, y donde la tercera vista 2D (2c) de los datos de exploración comprende una tercera porción de la anatomía ósea;

definir, con relación a la tercera vista 2D (2c) de datos de exploración, la tercera información de posición para el componente de implante virtual (1,610, 710), preferentemente al posicionar un objeto de posición (404, 414) con relación a la tercera vista 2D (2c) de datos de exploración; y proporcionar información de posición en 3D para el componente de implante virtual (1,610, 710) con relación al volumen 3D de datos de exploración por la primera información de posición, la segunda información de posición, y la tercera información de posición, donde esta información de posición en 3D para el componente de implante virtual (1,610, 710) es preferentemente con base en una combinación de las coordenadas de al menos un objeto de posición (404, 414) posicionado en las vistas 2D (2a, 2b, 2c) de datos de exploración.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende

mostrar una representación 3D del componente de implante virtual (1, 610, 710) en una posición definida por la primera y segunda informaciones de posición, que se define al posicionar el al menos un objeto de posición (404, 414); y preferentemente mostrar un objeto de ajuste de posición asociado con el componente de implante virtual (1,610, 710) y que se puede mover en una dimensión individual en ese momento, donde cada dimensión está paralela a al menos una de la primera y la segunda vistas 2D (2a, 2b) de datos de exploración.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde definir la primera y segunda informaciones de posición para el componente de implante virtual (1, 610, 710) comprende definir la información de posición para al menos una de una cabeza femoral afectada, eje femoral afectado, cabeza femoral no afectada, eje femoral no afectado, una copa del implante virtual, un vástago del implante virtual, y un implante de rodilla.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dividir el volumen 3D de datos de exploración en un primer subvolumen 3D de datos de exploración y un segundo subvolumen de datos de exploración con base en la primera y segunda informaciones de posición, y opcionalmente también con base en al menos una sección del componente de implante virtual (1,610, 710).

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde muestra un primer componente de implante virtual (610, 710) en una posición con relación a los datos de exploración 3D con base en la primera y la segunda información de posición, y un segundo componente de implante virtual (710), que se rastrea usando un sistema de navegación quirúrgica, y que es una representación virtual de la posición de un implante real con relación a la anatomía ósea real del paciente.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde generar la primera vista 2D (2a) de datos de exploración y la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 5 la tercera vista 2D (2c) de datos de exploración, comprende usar técnicas de reformateo, por ejemplo, métodos de proyección tal como proyección de máxima intensidad y/o proyección de mínima intensidad, para proporcionar al menos uno de los fragmentos reformateados y reconstruidos, donde las vistas en 2D (2a, 2b, 2c) de datos de exploración comprenden al menos una de las imágenes reformateadas y reconstruidas a partir del volumen en 3D de datos de exploración, y donde las vistas en 2D (2a, 2b, 2c) de datos de exploración comprenden opcionalmente valores de gris mostrados como datos de píxel obtenidos de al menos un vóxel del volumen en 3D de datos de exploración, y que comprende preferentemente generar la primera vista 2D (2a) de datos de exploración y la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 5 la tercera vista 2D (2c) de datos de exploración, en un ángulo con relación entre sí para estar ortogonal.

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde definir la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 4, la tercera información de posición, para el componente de implante virtual se restringe a definir en máximo dos grados de libertad, opcionalmente en un grado de libertad individual, para al menos una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 4, la tercera información de posición, y preferentemente donde la primera información de posición se define en las dimensiones de la primera vista 2D (2a) de datos de exploración y la segunda información de posición se define en las dimensiones de la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 5, la tercera información de posición se define en las dimensiones de la tercera vista 2D (2c) de datos de exploración.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, que comprende ajustar la posición de este al menos un objeto de posición (404, 414) para generar al menos una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 5, la tercera información de posición, y donde preferentemente el objeto de posición (404, 414) se introduce en una de la primera vista 2D (2a) de datos de exploración y la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, que proporciona esta primera información de posición, y su posición se ajusta en la otra de la primera vista 2D (2a) de datos de exploración y la segunda vista 2D (2b) de datos de exploración, que proporciona esta segunda información de posición.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, donde el ajuste de al menos una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 5, la tercera información de posición, para el componente de implante virtual se guía por un desplazamiento para una anatomía afectada con relación a una anatomía no afectada, y que comprende preferentemente alinear los datos de exploración 3D con un plano de planificación de al menos una de estas vistas 2D (2a, 2b, 2c) de datos de exploración al posicionar objetos de orientación con relación a esta al menos una vista 2D de datos de exploración antes de que se proporcione este desplazamiento.

14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende definir cada una de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 4, la tercera información de posición, para comprender información de coordenadas en una o dos dimensiones, donde la combinación de la primera información de posición y la segunda información de posición, y opcionalmente cuando depende de la reivindicación 3, la tercera información de posición, comprende información de coordenadas en tres dimensiones diferentes.

15. Sistema de computadora que comprende un dispositivo programable adaptado para realizar el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-14.

16. Un producto de programa de computadora almacenado en un medio leíble por computadora, que comprende: segmentos de código de programa leíble por computadora para provocar que una computadora ejecute el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-14.