ES2984739T3 - Sistema de seguimiento del desplazamiento de la zona quirúrgica - Google Patents

Abstract

Un método comprende proporcionar una imagen del estado actual y al menos una imagen de referencia, tomadas desde un rango de ángulos similar. La imagen y la al menos una imagen de referencia se superponen y se proporciona una representación visual que visualiza la relación entre la imagen y la imagen de referencia para rastrear los desplazamientos del hueso durante los pasos de operación posteriores. Se proporciona un sistema que puede utilizar los datos de imagen para rastrear los desplazamientos y determinar la desviación de un estado actual de los elementos en cuestión a un estado objetivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de seguimiento del desplazamiento de la zona quirúrgica

Antecedentes de la invención

La invención se refiere al campo de la asistencia informática a la cirugía. En particular, la invención se refiere a un sistema de procesamiento automático de imágenes que incluye una interpretación del contenido de, por ejemplo, dos imágenes de rayos X tomadas posteriormente. También se divulga un método implementado como un programa informático ejecutable en una unidad de procesamiento de un dispositivo adecuado.

En cada cirugía donde se usan imágenes intraoperatorias, es una tarea difícil realizar con precisión las etapas necesarias de un procedimiento de tratamiento de una fractura ósea. En particular, el desplazamiento de un hueso, una parte de hueso o un fragmento de hueso puede tener lugar fácilmente en las etapas quirúrgicas que requieren ejercer presión o fuerza. Dicha etapa quirúrgica puede ser, por ejemplo, la colocación final de un tornillo de tracción, que requiere ejercer una mayor fuerza por parte del cirujano a medida que aumenta la fricción entre el tornillo y el hueso.

Existe el riesgo de que un desplazamiento, tal como una traslación o una rotación de un hueso o un fragmento de hueso, no sea detectado por un cirujano.

El documento US 2014/303493 divulga un aparato de asistencia quirúrgica configurado para ayudar en una cirugía para reemplazar una articulación de un paciente con una articulación artificial, estando el aparato de asistencia quirúrgica configurado para alinear las posiciones de los objetos óseos y de las partes de los objetos en una imagen 3D de un objeto de TC (después de la inserción de las partes) con las posiciones de las partes óseas y de las partes del implante en una imagen de rayos X intraoperatoria.

El documento US 2015/257846 divulga un sistema y un método implementados por ordenador para determinar y medir la longitud de la pierna, el desplazamiento y la posición de la copa durante una cirugía de artroplastia junto con rayos X para medir variables, tales como la posición del implante de cadera para determinar la longitud relativa de la pierna y las mediciones de desviación para el implante.

El documento US 2015/117608 divulga un sistema de alineación y un método para alinear partes del cuerpo durante una cirugía, en el que un servicio de alineación y un servicio de procesamiento de imágenes ejecutan colectivamente un proceso para analizar imágenes para determinar si la pelvis de un paciente está alineada o no con un dispositivo de obtención de imágenes para eliminar el paralaje y el paralaje cruzado.

Breve sumario de la invención

Por lo tanto, puede considerarse como un objeto de la invención proporcionar un sistema para ayudar de manera más eficiente a realizar un procedimiento quirúrgico.

Los objetos mencionados se resuelven mediante la materia objeto de la reivindicación independiente. Se describen realizaciones adicionales en la reivindicación dependiente respectiva y con referencia a los dibujos.

De acuerdo con un primer aspecto de la divulgación, se proporciona un método para el seguimiento del desplazamiento durante el posicionamiento y la fijación de un implante en un hueso, por ejemplo, un hueso de la cadera. El método comprende la etapa de proporcionar una imagen del hueso y proporcionar al menos una imagen de referencia del hueso. La imagen puede ser la imagen de rayos X más actual o más reciente tomada durante el procedimiento quirúrgico. En una etapa adicional del método, la imagen y la al menos una imagen de referencia se superponen, en donde dicha superposición requiere que la imagen y la imagen de referencia se tomen desde un intervalo de ángulos similar. Posteriormente, se visualiza una relación entre la imagen y la al menos una imagen de referencia para rastrear un desplazamiento potencial del hueso o un fragmento de hueso con respecto a un implante.

Sería muy beneficioso controlar y señalar mejor los desplazamientos no deseados de un hueso o un fragmento de hueso con respecto a un implante en la colocación y fijación final del implante. Durante el posicionamiento y la fijación de un implante, se deben ejercer fuerzas para lograr una buena fijación del implante en, por ejemplo, un hueso o una porción de hueso. Sin embargo, el ejercicio de fuerza puede conducir a desplazamientos no deseados del hueso o del implante. Dicho desplazamiento puede pasarse por alto o no ser identificado por un cirujano, cuando este último solo considera una imagen del área quirúrgica, por ejemplo, después de la colocación final del tornillo de tracción. La presente invención proporciona un mejor control de los desplazamientos no deseados al proporcionar una representación visual de una relación entre una imagen y una imagen de referencia. La visualización de la relación puede ayudar a un cirujano o usuario a detectar o identificar mejor los desplazamientos no deseados, que se produjeron en una etapa de la cirugía después de tomar la imagen de referencia y antes de tomar la imagen intraoperatoria actual.

La imagen y/o la imagen de referencia pueden ser una imagen de rayos X. Además, la imagen de referencia se puede proporcionar por una base de datos y/o puede ser una imagen adquirida anteriormente del hueso tomada desde un ángulo similar al de la imagen. La etapa de superposición puede comprender una superposición interna por ordenador y/o una superposición visual de la imagen y la al menos una imagen de referencia. La superposición de la imagen y la al menos una imagen de referencia comprende una coincidencia de la escala y/o parte de la imagen y la al menos una imagen de referencia.

El concepto de "intervalo de ángulos similar" representa que las desviaciones entre los ángulos que definen la perspectiva desde la que se toma la imagen y la perspectiva desde la que se toma la al menos una imagen de referencia son pequeñas, por ejemplo, entre 0° y 5°. Para tales desviaciones pequeñas, las perspectivas o puntos de vista de la imagen y la al menos una imagen de referencia están suficientemente cerca entre sí para permitir una superposición de la imagen y la al menos una imagen de referencia. En este caso, los desplazamientos de un hueso con respecto a la posición de un implante o con respecto a una estructura de fondo se pueden detectar mediante la comparación de la imagen y la al menos una imagen de referencia. En particular, no hay necesidad adicional de procesar o ajustar la imagen o la imagen de referencia de antemano mediante una rotación. Una estructura de fondo en el contexto anterior, más generalmente en el contexto de la invención, puede ser una región anatómica o parte de una región anatómica representada/visible en la imagen y/o la imagen de referencia, que no se desplaza, por ejemplo, por una rotación o un movimiento lateral o transversal durante el posicionamiento y la fijación de un implante en un hueso.

La detección de los ángulos desde los que se toman la imagen y la imagen de referencia, respectivamente, se puede realizar de forma automática, por ejemplo, mediante un software adecuado, por ejemplo, basándose en la detección e identificación de la posición y orientación de un objeto de referencia en la imagen y la imagen de referencia. Mediante la determinación de estos ángulos se puede garantizar que la imagen y la al menos una imagen de referencia se toman de hecho desde un intervalo de ángulos similar, con desviaciones entre los ángulos correspondientes en la imagen y la al menos una imagen de referencia entre, por ejemplo, 0° y como máximo 5°. De este modo, un objeto de referencia puede ser un objeto directamente unido a una estructura anatómica, por ejemplo, que está en contacto con una superficie exterior de una parte del cuerpo de interés, o al menos parte de un implante, por ejemplo, dado por esferas radiopacas unidas a un implante o unidas a una herramienta de perforación para fijar un tornillo óseo. En lugar de o además de la detección de los ángulos de visión de las imágenes basándose en un objeto de referencia visible en la imagen respectiva, también se puede usar una parte no giratoria de la anatomía visible en las imágenes para determinar automáticamente, mediante algoritmos de procesamiento de imágenes, el uno o más ángulos bajo los que se toman las imágenes. Mediante una determinación automática de los ángulos desde los que se toman las imágenes y, en consecuencia, una determinación automática de la desviación entre los ángulos correspondientes relacionados con la imagen y la al menos una imagen de referencia, se puede garantizar automáticamente que el intervalo de ángulos de las al menos dos imágenes sea similar. Como consecuencia, si la desviación entre los ángulos correspondientes en la imagen y la al menos una imagen de referencia excede, por ejemplo, una desviación de 5°, se genera una advertencia y no se realizan etapas del método adicionales a menos que esté disponible una nueva/otra imagen con un intervalo de ángulos similar al de la imagen de referencia. De esta manera se garantiza automáticamente que la desviación entre los ángulos bajo los que se toman la imagen y la al menos una imagen de referencia sea lo suficientemente pequeña.

Como ejemplo, el desplazamiento del hueso o de un fragmento de hueso puede tener lugar en la colocación final del tornillo de tracción, es decir, durante las últimas vueltas de un tornillo de tracción antes de que el tornillo se coloque en su posición final. En este caso, la fricción entre el tornillo y el hueso puede llegar a ser tan alta que, por ejemplo, los fragmentos proximales podrían girar y, por lo tanto, desplazarse de su posición deseada. El riesgo de tal desplazamiento es mayor cuanto más inestable sea una fractura.

De acuerdo con una realización de la invención, la visualización de la relación entre la imagen y la al menos una imagen de referencia comprende representar visualmente la imagen y la al menos una imagen de referencia en yuxtaposición.

La visualización se puede realizar por una unidad de obtención de imágenes, comprendiendo la unidad de obtención de imágenes una pantalla para la representación visual. La unidad de obtención de imágenes puede formar parte de un sistema de obtención de imágenes comprendido en un dispositivo médico. Sin embargo, la unidad de obtención de imágenes también puede ser una unidad de obtención de imágenes separada a la que se proporcionan la imagen y la al menos una imagen de referencia.

De acuerdo con una realización que no forma parte de la invención, la imagen más actual y la al menos una imagen de referencia pueden representarse visualmente en una pantalla en yuxtaposición, por ejemplo una al lado de la otra o una encima de la otra.

De acuerdo con una realización de la invención, la visualización de la relación entre la imagen y la al menos una imagen de referencia comprende un cambio entre una representación visual de la imagen y una representación visual de la al menos una imagen de referencia.

Esto implica que la imagen y la al menos una imagen de referencia se visualizan, por ejemplo, se muestran en una pantalla de ordenador, una a la vez y que un cirujano o usuario puede cambiar o alternar entre las dos visualizaciones. Tal cambio o alternancia también se puede realizar automáticamente, por ejemplo, mostrando posteriormente la imagen y la al menos una imagen de referencia durante un período de tiempo predeterminado, respectivamente.

De acuerdo con la invención, la etapa de visualización comprende una representación visual combinada de la imagen actual y la al menos una imagen de referencia. En otras palabras, la imagen y la al menos una imagen de referencia se visualizan simultáneamente en superposición.

En este caso, se prefiere que la imagen y la al menos una imagen de referencia tengan una marca de color de objetos o dispositivos en la imagen respectiva. Además de o en lugar de una marca de color, la imagen y la al menos una imagen de referencia pueden tener una marca mediante sombreado o rayado. La marca de color y/o el rayado y/o el sombreado pueden ser iguales o pueden ser diferentes en la imagen y la al menos una imagen de referencia. Como ejemplo, el tornillo de tracción en la imagen puede tener un color diferente al del tornillo de tracción en la al menos una imagen de referencia. En este caso, los diferentes colores pueden ayudar a indicar a un cirujano un posible desplazamiento del tornillo de tracción en la imagen con respecto a la al menos una imagen de referencia.

De acuerdo con una realización de la invención, la etapa de visualización se realiza para una serie de imágenes del hueso, comprendiendo la serie de imágenes la imagen y un conjunto de imágenes de referencia.

Dependiendo del flujo de trabajo, puede haber más de una imagen de referencia disponible en una base de datos o pueden haberse tomado en una etapa quirúrgica anterior. En este caso, la visualización descrita antes y en lo sucesivo en el presente documento puede comprender una visualización de la imagen actual y todas las imágenes de referencia disponibles, o un subconjunto seleccionable o predeterminado de las imágenes de referencia. La selección de las imágenes de referencia que se van a visualizar se puede realizar a mano o de acuerdo con una línea de tiempo. Por ejemplo, sólo se puede seleccionar automáticamente un conjunto de las últimas imágenes de referencia tomadas o imágenes de referencia tomadas en un período de tiempo predeterminado.

De acuerdo con una realización de la invención, la imagen más actual y la al menos una imagen de referencia comprenden al menos un cuerpo de referencia. La superposición de la imagen y la al menos una imagen de referencia pueden basarse entonces en el cuerpo de referencia en la imagen y la al menos una imagen de referencia.

Un cuerpo de referencia puede ser un hueso, una porción de hueso, una forma de hueso, un implante o un objeto de referencia adicional.

Un objeto de referencia adicional puede estar directamente unido a una estructura anatómica, por ejemplo, puede estar en contacto con una superficie exterior de una parte del cuerpo de interés. El objeto de referencia también puede estar acoplado indirectamente a una estructura anatómica, por ejemplo, a través de una herramienta de manipulación para insertar un implante. Por otra parte, el objeto de referencia puede ser al menos una parte de un implante. En otras palabras, un implante que está adaptado para ser fijado a o en un hueso puede comprender elementos que pueden identificarse en una imagen del hueso o al menos una sección del hueso de modo que los aspectos geométricos puedan determinarse basándose en los elementos identificados. Por ejemplo, los elementos pueden definir puntos de modo que dos elementos puedan definir una línea o un eje, o los elementos pueden definir un contorno de modo que pueda determinarse un eje central.

De acuerdo con una realización del método divulgado, el método comprende además la etapa de detectar un contorno del hueso en la imagen y en la al menos una imagen de referencia. La etapa del método de superposición puede entonces basarse o depender del contorno detectado en las imágenes. En otras palabras, el contorno se puede usar en el proceso de superposición y coincidencia de la imagen más actual y la al menos una imagen de referencia.

Para la detección del contorno, los valores en escala de grises de los píxeles pueden, por ejemplo, identificarse y compararse con los valores en escala de grises de los píxeles adyacentes para detectar líneas de contorno o puntos en la imagen y la al menos una imagen de referencia, respectivamente. A continuación, las líneas de contorno se pueden usar para determinar o definir un contorno de un objeto, por ejemplo, un hueso o un implante, en la imagen y la al menos una imagen de referencia.

De acuerdo con una realización del método divulgado, la etapa del método de superponer la imagen y la al menos una imagen de referencia se basa en una comparación píxel por píxel de los píxeles en la imagen y la imagen de referencia. Como alternativa, se puede realizar una comparación área por área o una comparación de grupos de píxeles en la imagen y la imagen de referencia.

Por lo tanto, la etapa de superposición puede basarse generalmente en un análisis de diferencia de las imágenes.

De acuerdo con una realización del método divulgado, la etapa de superponer la imagen actual y la al menos una imagen de referencia comprende solamente un ajuste de una sección y/o una escala de la imagen y la al menos una imagen de referencia. Además, o como alternativa, el ajuste de una parte de la imagen y/o la al menos una imagen de referencia puede estar comprendido en la etapa de superponer la imagen y la al menos una imagen de referencia.

La imagen y la imagen de referencia pueden tomarse desde el mismo ángulo, pero desde diferentes distancias. En el último caso, la escala de la imagen y la imagen de referencia tiene que ajustarse antes de que se proporcione una representación visual de ambas imágenes para una comparación visual adicional por parte de un usuario. Esto puede comprender la elección de una parte de la imagen o una parte de la al menos una imagen de referencia a superponer, ya que la imagen o la al menos una imagen de referencia pueden mostrar una región más grande. En otro caso, la sección o el detalle de la imagen y la imagen de referencia pueden diferir, aunque se tomen desde el mismo ángulo y desde la misma distancia. A continuación, en la etapa de superposición se debe determinar la superposición o intersección común de ambas imágenes, y el procesamiento posterior de la imagen, que comprende la visualización, se refiere al detalle respectivo de la imagen y la imagen de referencia que está comprendido tanto en la imagen como en la imagen de referencia. La determinación de la superposición o intersección común de ambas imágenes puede basarse, en particular, en la determinación de la posición y la orientación de un cuerpo de referencia o partes de un cuerpo de referencia visibles en ambas imágenes.

De acuerdo con una realización de la invención, el intervalo de ángulos entre la imagen y la al menos una imagen de referencia está entre 0° y 5°, preferentemente 0° y 4°, más preferentemente 0° y 3°. Para este intervalo de ángulos, las perspectivas o puntos de vista de la imagen y la al menos una imagen de referencia están suficientemente próximos para permitir una superposición. En otras palabras, para un intervalo de ángulos entre 0° y 5°, la imagen actual y la al menos una imagen de referencia tienen un ángulo de visión común de un área de cirugía o región de interés. Dado el ángulo de visión común, los desplazamientos de un hueso con respecto a la posición de un implante o con respecto a una estructura de fondo, tal como el tejido circundante, se pueden detectar mediante la comparación de la imagen y la al menos una imagen de referencia sin la necesidad de procesar o ajustar previamente la imagen o la imagen de referencia mediante una rotación. Una comparación de la imagen y la al menos una imagen de referencia se basa en la superposición de la imagen y la al menos una imagen de referencia.

Un área o región de cirugía de interés en este contexto puede ser un hueso y el área circundante al hueso de un paciente.

De acuerdo con una realización del método divulgado, en una etapa adicional del método se realiza una distinción entre estructuras primarias y estructuras no primarias en la imagen y la imagen de referencia. Las estructuras no primarias se eliminan posteriormente y solo se representan o se muestran las estructuras primarias en la relación visual de la imagen y la imagen de referencia. De este modo, una estructura primaria puede ser al menos una de un hueso, una forma de hueso, un fragmento de hueso, un implante, un cuerpo de referencia y/o un objeto de referencia adicional. Un ejemplo de una estructura no primaria podría ser la estructura de tejido circundante que podría no ser de particular relevancia en la colocación del tornillo de tracción.

Además de o en lugar de cualquiera de las etapas del método mencionadas anteriormente o descritas a continuación, puede ser ventajoso detectar o determinar en una etapa del método aquellos objetos en la imagen y la al menos una imagen de referencia, que podrían potencialmente desplazarse durante el posicionamiento y la fijación de un implante en un hueso, y cuyo desplazamiento no es deseado. Por ejemplo, el desplazamiento de un hueso o parte de un hueso durante la colocación final del tornillo de tracción no es deseado y se debe visualizar un desplazamiento correspondiente para proporcionar una indicación y/o advertencia correspondiente a un cirujano. Sin embargo, también, por ejemplo, la punta de un tornillo de tracción se desplazará durante la colocación final del tornillo de tracción. El desplazamiento correspondiente del tornillo de tracción puede ser deseado y el desplazamiento solo del tornillo de tracción puede no estar particularmente marcado y/o coloreado en una visualización en la imagen y la al menos una imagen de referencia. Generalmente, pueden visualizarse los desplazamientos de partes anatómicas en las imágenes, por ejemplo, mediante una marca de color diferente o en cualquier otra de las formas descritas anteriormente y a continuación, pero un desplazamiento deseado del tornillo de tracción no estará particularmente marcado. Un desplazamiento deseado de un tornillo de tracción puede ser un desplazamiento donde la punta del tornillo de tracción se mueve hacia delante en la dirección del eje longitudinal del tornillo. Sin embargo, un desplazamiento no deseado de un tornillo de tracción puede ser un desplazamiento donde la punta del tornillo se dobla en dirección opuesta a la dada por el eje longitudinal del tornillo, y dicho desplazamiento del tornillo de tracción puede visualizarse. Para detectar automáticamente aquellos objetos en la imagen y la al menos una imagen de referencia cuyo desplazamiento se indicará a un cirujano por medio del método descrito en el presente documento, se puede proporcionar una base de datos con dichos objetos, que comprende la forma y el perfil de estos objetos, y se pueden usar técnicas de reconocimiento de imágenes para identificar dichos objetos en las imágenes. Una base de datos correspondiente que comprende dichos objetos puede, por ejemplo, comprender información sobre la forma y el perfil de un fémur, parte de un fémur o la cabeza de un fémur.

De acuerdo con una realización de la invención, la al menos una imagen de referencia es una imagen adquirida anteriormente del hueso.

De acuerdo con una realización de la invención, la imagen se adquiere después de la detección de una etapa quirúrgica relevante. Una etapa quirúrgica relevante en el contexto de la invención puede ser una etapa quirúrgica adecuada para desplazar el hueso, una parte del hueso o un implante.

Por ejemplo, durante la colocación final del tomillo de tracción, el desplazamiento del hueso, una parte del hueso o un implante puede tener lugar durante las últimas vueltas de un tornillo de tracción necesarias para llevar el tornillo a su posición final. Típicamente, la fuerza que se debe aplicar para las últimas vueltas de un tornillo de tracción se vuelve alta, de modo que pueden producirse fácilmente desplazamientos no deseados. La etapa final de colocación del tornillo de tracción se puede detectar mediante métodos de procesamiento de imágenes que detectan diversos objetos o dispositivos y su posición relativa en una imagen. De esta manera, se puede determinar el progreso y el punto en el flujo de trabajo de una cirugía, incluyendo, por ejemplo, la etapa de colocación final del tornillo de tracción. Por ejemplo, el procesador de imágenes puede determinar cuándo una porción de cabeza de un tornillo de tracción entra en contacto con el hueso o un implante en el hueso analizando la imagen y las imágenes de referencia. Como alternativa, o además, el procesador de imágenes puede determinar cuándo una porción de la punta de un tornillo de tracción comienza a penetrar o penetra el material óseo robusto analizando la imagen y la imagen de referencia. Por ejemplo, el material óseo robusto se puede identificar analizando la textura de las respectivas porciones del hueso en la imagen y la imagen de referencia. Si un tornillo de tracción comienza a penetrar en material óseo robusto, la fricción entre el tornillo y el hueso aumenta en esta región y el riesgo de una rotación de, por ejemplo, un fragmento de hueso en esta región aumenta cuando se ejerce una fuerza para girar el tornillo. Tal situación puede tener lugar en las últimas vueltas de un tornillo de tracción, cuando la porción de la punta del tornillo puede entrar en un material óseo robusto donde se fija.

Como se usa en el presente documento, la expresión "estructura anatómica" se refiere a cualquier cosa en un hueso y, en particular, a un aspecto geométrico de un hueso, es decir, un punto, una línea, un arco, un punto central, un eje, una superficie cilíndrica, una superficie esférica o similares. Por ejemplo, un aspecto geométrico de un fémur puede ser la superficie exterior de la cabeza del fémur, un eje definido por el cuello entre la diáfisis y la cabeza del fémur, un eje longitudinal de la diáfisis del fémur, el punto más distal en la superficie del hueso, una línea definida por los puntos centrales de los cóndilos, o una línea definida por los puntos más posteriores en los cóndilos. Se entenderá que los demás huesos proporcionan otros aspectos geométricos adecuados y/o comparables.

Un elemento de programa informático capaz de realizar las etapas del método puede comprender conjuntos de instrucciones para identificar un estado actual de cada uno de los elementos detectados. En este caso, "estado actual" significa en primer lugar una posición y orientación del elemento detectado. Como se describirá en detalle a continuación, la posición y orientación del cuerpo de referencia se pueden determinar debido a la distribución específica de marcadores fiduciales que forman el cuerpo de referencia. Con respecto a un instrumento, como un calibre o un taladro o una aguja de Kirschner, la posición puede detectarse en relación con el cuerpo de referencia y/o con una estructura anatómica. Un "estado actual" de un instrumento también puede incluir una deformación o flexión del instrumento. Además, un "estado actual" puede indicar la apariencia del instrumento y/o de un implante o subimplante en la imagen de proyección 2D.

Basándose en el estado identificado de los elementos detectados, puede determinarse un estado de progreso del procedimiento de tratamiento de fracturas. Por ejemplo, una unidad de procesamiento puede ejecutar conjuntos de instrucciones para comparar la información proporcionada por una base de datos con los resultados de las etapas realizadas previamente, incluyendo la base de datos los datos que definen cada etapa de una secuencia de etapas necesarias para realizar un procedimiento de tratamiento de fracturas. Por ejemplo, las etapas pueden definirse en la base de datos por el estado respectivo de los elementos que participan en la etapa en particular, de modo que la información extraída de la imagen de proyección 2D se puede comparar con la información recibida de la base de datos.

La etapa que sigue a la etapa identificada de la secuencia de etapas en la base de datos puede usarse por la unidad de procesamiento para proporcionar información sobre qué etapa debe realizarse a continuación. Dicha información puede, por ejemplo, mostrarse en un monitor como información que ayuda en el tratamiento de fracturas.

Al comparar la información de la base de datos con el estado identificado de los elementos detectados, una unidad de procesamiento, al ejecutar conjuntos de instrucciones del elemento de programa informático, puede determinar una desviación del estado actual del elemento con respecto a un estado objetivo del elemento en el que el elemento debería estar en el estado de progreso determinado. Además, puede determinarse un grado de desviación y puede compararse el grado de desviación con un valor umbral predeterminado. En un caso en el que la desviación determinada supere el valor umbral, puede proporcionarse al menos una advertencia, pero también una sugerencia para deshacer una etapa.

La desviación determinada también puede traducirse por una unidad de procesamiento en un movimiento de ajuste de un dispositivo de manipulación extracorpórea, es decir, un dispositivo de manipulación que se encuentra fuera del cuerpo de un paciente. Por ejemplo, un movimiento de ajuste puede ser un movimiento de traslación o de rotación de un mango de un instrumento en una dirección específica para desplazar un implante en una dirección longitudinal del mismo o para inclinar o rotar el implante. El tipo y grado del movimiento de ajuste pueden proporcionarse óptica o acústicamente.

De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema para el seguimiento del desplazamiento durante el posicionamiento y la fijación de un implante en un hueso, en particular un hueso de la cadera. El sistema comprende una unidad de obtención de imágenes y una unidad de procesamiento. La unidad de obtención de imágenes está configurada para proporcionar una imagen del hueso y para proporcionar al menos una imagen de referencia. De este modo, la al menos una imagen de referencia puede ser una imagen adquirida anteriormente almacenada en una unidad de almacenamiento de la unidad de obtención de imágenes, o la imagen de referencia puede proporcionarse desde una base de datos de la unidad de obtención de imágenes. La al menos una imagen de referencia también se puede proporcionar desde un dispositivo de almacenamiento externo y, en este caso, puede ser adquirida por una unidad de obtención de imágenes diferente o un sistema diferente en un punto anterior en el tiempo. La unidad de procesamiento está configurada para superponer la imagen del estado actual con la al menos una imagen de referencia. Para este fin, la imagen y la al menos una imagen de referencia se toman desde un intervalo de ángulos similar. La unidad de procesamiento está configurada además para visualizar la relación entre la imagen y la imagen de referencia con el fin de permitir el seguimiento del desplazamiento del hueso en relación con el implante.

Una unidad de obtención de imágenes puede ser un dispositivo de obtención de imágenes de un dispositivo médico, por ejemplo, un sistema de obtención de imágenes por rayos X. La unidad de obtención de imágenes puede estar configurada para adquirir imágenes de un área quirúrgica. La unidad de obtención de imágenes puede comprender una pantalla o un monitor para visualizar imágenes, información y/o texto.

Una unidad de procesamiento puede ser una unidad de procesamiento de un ordenador. El ordenador puede estar compuesto por un dispositivo médico o puede conectarse a un dispositivo médico. La unidad de procesamiento puede comprender un procesador, que puede estar configurado para procesar datos o para trabajar con datos entregados al procesador.

De acuerdo con una realización de la invención, la imagen y la imagen de referencia son imágenes intraoperatorias tomadas en momentos diferentes. De este modo, la imagen y/o la imagen de referencia pueden ser tomadas por la unidad de obtención de imágenes de un sistema descrito anteriormente.

De acuerdo con un aspecto adicional de la divulgación, se proporciona un programa informático que, cuando se ejecuta por un procesador, puede realizar las etapas del método descritas anteriormente.

De acuerdo con otro aspecto más de la divulgación, se proporciona un medio legible por ordenador en el que se almacena el programa informático descrito anteriormente.

Debe apreciarse que las realizaciones se describen con referencia a diferentes materias objeto. En particular, algunas realizaciones se describen con referencia a realizaciones del tipo método, mientras que otras realizaciones se describen con referencia a reivindicaciones del tipo aparato. Sin embargo, un experto en la técnica deducirá de lo anterior y la siguiente descripción que, a menos que se notifique lo contrario, además de cualquier combinación de características que pertenecen a un tipo de materia objeto, también se considera que se divulga con esta solicitud cualquier combinación entre características relacionadas con diferentes materias objeto.

Breve descripción de los dibujos

Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos, características y ventajas de la presente invención también se pueden obtener de los ejemplos de las realizaciones que se describirán a continuación y se explican con referencia a ejemplos y realizaciones que también se muestran en las figuras, pero a los que la invención no se limita.

La figura 1 muestra un diagrama de flujo de etapas de un método de acuerdo con una realización de la divulgación. La figura 2 muestra una ilustración esquemática de una visualización en monitor de la imagen y la al menos una imagen de referencia de acuerdo con una realización de la divulgación.

La figura 3 es otra ilustración esquemática de una visualización en monitor de la imagen y la al menos una imagen de referencia de acuerdo con una realización de la invención.

Las figuras 4A y 4B muestran ejemplos de una visualización en monitor de una imagen y una imagen de referencia de acuerdo con una realización de la divulgación.

La figura 5 muestra un ejemplo de un contorno de un hueso de acuerdo con una realización de la divulgación. La figura 6 muestra otro diagrama de flujo de etapas de un método de acuerdo con una realización de la divulgación.

La figura 7 muestra una ilustración esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la invención.

A lo largo de los dibujos, se usan los mismos números y caracteres de referencia, a menos que se indique lo contrario, para indicar características, elementos, componentes o partes similares de las realizaciones ilustradas. Además, si bien la presente divulgación se describirá ahora en detalle con referencia a las figuras, se hace en relación con las realizaciones ilustrativas y no está limitada por las realizaciones particulares ilustradas en las figuras.

Descripción detallada

El diagrama de flujo de la figura 1 ilustra las etapas del método realizadas de acuerdo con las realizaciones de la divulgación. Se entenderá que las etapas descritas pueden ser etapas principales, en donde estas etapas principales pueden diferenciarse o dividirse en varias subetapas. Además, también puede haber subetapas entre las etapas. En consecuencia, los grupos de etapas pueden estar relacionados con un aspecto principal que también puede realizarse por separado, es decir, independientemente de otras etapas o grupos de etapas.

Se observa que algunas etapas se describen como realizadas "si es necesario". Esto pretende indicar que estas etapas pueden omitirse. En particular, se observa que un elemento de programa informático de acuerdo con una realización de la invención puede comprender conjuntos de instrucciones para reconocer automáticamente si una etapa es necesaria o no, y para proceder automáticamente con la siguiente etapa realmente necesaria.

Con referencia a la figura 1, el método de ejemplo comienza proporcionando una imagen de un hueso en la etapa S1. La imagen puede ser una imagen de rayos X. Como alternativa, la imagen puede ser una imagen de ultrasonidos, una imagen de resonancia magnética o cualquier otro tipo de imagen adquirida en diagnósticos y/o terapia médica. En la etapa S1' del método se proporciona una imagen de referencia del hueso. La imagen de referencia puede ser o no del mismo tipo de imagen que la imagen del hueso proporcionada en la etapa S1.

Se pretende que la imagen y la imagen de referencia se tomen desde un intervalo de ángulos similar. Por ejemplo, la desviación entre los puntos de vista/ángulos bajo los que se toman la imagen y la imagen de referencia puede estar entre 0° y 5°, pero no debe ser significativamente mayor.

Cabe señalar que el orden temporal de provisión de la imagen y la imagen de referencia, es decir, el orden de las etapas S1 y S1', es arbitrario. La imagen se puede proporcionar primero y la imagen de referencia se puede proporcionar posteriormente, o viceversa. Si es necesario, la imagen y la imagen de referencia se procesan/analizan, respectivamente, en las etapas opcionales posteriores S2 y S2'. Cabe señalar además que la imagen es típicamente la última imagen tomada/adquirida del sitio y que la imagen de referencia puede ser una imagen adquirida anteriormente. Es decir, en lo que respecta a la adquisición de la imagen, la imagen es la última imagen tomada. Sin embargo, el orden en el que se proporcionan la imagen y la imagen de referencia dentro del método es arbitrario.

En las etapas S2 y S2', se puede detectar un contorno del hueso o de otro objeto en la imagen y en la imagen de referencia, respectivamente. La detección de un contorno en una imagen puede basarse en la identificación de valores en cala de grises de píxeles, que se comparan con valores en escala de grises de píxeles adyacentes en la imagen respectiva para detectar líneas de contorno o puntos en la imagen.

En la etapa de método S3, se superponen la imagen y la imagen de referencia. La superposición de la imagen y la imagen de referencia puede, por ejemplo, basarse en una comparación píxel por píxel de, por ejemplo, los valores en escala de grises de la imagen y la imagen de referencia. Como alternativa, se puede realizar una comparación de áreas predeterminadas o ajustables en la imagen y la imagen de referencia o una comparación de grupos de píxeles como un subetapa de la etapa S3 del método.

Como un subetapa adicional con respecto a la etapa 3 del método, opcionalmente, se ajusta la sección y/o la escala de la imagen y la imagen de referencia. Tal subetapa puede ser necesaria si el detalle en la imagen de referencia difiere del detalle en la imagen. En este caso, la imagen y/o la imagen de referencia se pueden cortar a un tamaño tal que las imágenes potencialmente "recortadas" muestren el mismo detalle. Además, o en lugar de ello, puede ser necesario ajustar una sección y/o una escala de la imagen de referencia y la imagen, lo que también puede realizarse como parte de un subetapa de la etapa S3 del método de superposición.

En la siguiente etapa S4 del método se visualiza una relación entre la imagen del hueso y la imagen de referencia, por ejemplo, en una pantalla de ordenador o en una pantalla/monitor de ordenador. Al visualizar la relación entre la imagen y la imagen de referencia, se pueden resaltar opcionalmente las diferencias.

Con referencia a la figura 2, se muestra una pantalla 3 para visualizar la imagen del hueso, así como la imagen de referencia con el fin de mostrar una relación entre estas imágenes. La imagen 1 y la imagen de referencia 2 se muestran en yuxtaposición, en particular, una al lado de la otra. Un cirujano o usuario puede entonces identificar a simple vista las diferencias entre la imagen y la imagen de referencia. Un ejemplo ilustrativo de una imagen y una imagen de referencia se analizará más adelante en el contexto de las figuras 4A y 4B.

En la figura 3, se muestra otro ejemplo de una pantalla 3, que se puede usar para visualizar la relación entre una imagen y al menos una imagen de referencia. En la pantalla 3 se muestra una representación visual combinada de una imagen y una imagen de referencia: ambas imágenes comprenden un fémur y en la representación visual combinada de las dos imágenes, la imagen del fémur 10 comprendida en la imagen se muestra con un contorno continuo. La imagen del fémur 20 comprendida en la imagen de referencia se muestra con un contorno discontinuo. En otra realización no mostrada en la figura 3, la imagen del fémur 10 comprendida en la imagen y la imagen del fémur 20 comprendida en la imagen de referencia pueden visualizarse juntas, es decir, a la vez, en la pantalla 3 con una marca de color específica. Por ejemplo, la imagen del fémur 10 se puede visualizar en un color diferente del color usado para visualizar la imagen del fémur 20. Como alternativa, o además, se puede usar un sombreado diferente y/o un rayado diferente para visualizar la imagen del fémur 10 y la imagen del fémur 20 juntas en la pantalla 3. La representación visual combinada del fémur 10 y el fémur 20 puede proporcionar ayuda a un cirujano o usuario para detectar o rastrear desplazamientos del fémur. Dicho desplazamiento puede surgir, por ejemplo, durante la colocación final del tornillo de tracción, cuando la fuerza ejercida por un cirujano para fijar finalmente el tornillo en el material óseo es típicamente mayor durante el flujo de trabajo de fijación del implante.

Con referencia a las figuras 4A y 4B, se muestra un ejemplo de una imagen de referencia y una imagen correspondiente. La figura 4A muestra una imagen de referencia con un hueso de cadera 4 y un implante, dado por un tornillo de tracción 5. Además, se muestra un cuerpo de referencia, que puede ser un conector 6 a un instrumento de direccionamiento y una pluralidad de objetos de referencia adicionales. Los objetos de referencia adicionales mostrados en la figura 4A son marcadores 7, que pueden ser de utilidad en la determinación de una disposición espacial y orientación de los objetos adicionales mostrados en las imágenes entre sí. Para este fin, se puede determinar la posición de los objetos con respecto a un marcador o un conjunto de marcadores y a partir de esto se puede deducir una disposición espacial de los objetos entre sí. Esto puede conducir, por ejemplo, a la determinación de la posición de la punta del tornillo de tracción 5 dentro del hueso 4. En la figura 4B se muestra la misma área quirúrgica, que contiene el mismo objeto que la imagen de referencia de la figura 4A. Sin embargo, la posición de la porción de punta 50 del tornillo de tracción 5 difiere en la imagen de su posición correspondiente en la imagen de referencia. La imagen se ha adquirido después de que se han realizado algunas vueltas más del tornillo en el material óseo. Esto requiere ejercer una fuerza, y la representación visual de la imagen y la imagen de referencia de acuerdo con las realizaciones de la invención pueden ayudar a un cirujano a identificar desplazamientos del implante o del hueso, que se produjeron durante las etapas de la operación realizadas en el tiempo durante la toma de la imagen de referencia y la imagen.

En la figura 5, se muestra un ejemplo de un contorno 80 de un hueso de cadera 8. Por ejemplo, mediante la identificación de valores en escala de grises de píxeles en la imagen y la imagen de referencia y la comparación con valores en escala de grises de píxeles adyacentes, se pueden detectar líneas de contorno de un hueso, por ejemplo, un hueso de cadera, en la imagen y la imagen de referencia, respectivamente. A partir de estas líneas de contorno se puede obtener un contorno del hueso, en donde el contorno se refiere a la silueta del hueso visible antes del fondo en la imagen o la imagen de referencia, respectivamente.

La figura 6 ilustra las etapas realizadas de acuerdo con las realizaciones del método de acuerdo con la invención. De manera similar a las primeras etapas descritas con referencia a la figura 1, el método ilustrado en la figura 6 comienza con la provisión de una imagen en la etapa S1 y la provisión de al menos una imagen de referencia en la etapa S1'. El orden de provisión de la imagen y la imagen de referencia, es decir, el orden temporal de las etapas S1 y S1', es arbitrario. En las siguientes etapas S1a, se analiza la imagen y se distinguen las estructuras primarias representadas en la imagen de las estructuras no primarias. Una estructura primaria en este contexto es una estructura de interés para el procedimiento quirúrgico. Por ejemplo, durante la colocación final del tornillo de tracción en un hueso de cadera, las estructuras primarias pueden ser al menos una del hueso de la cadera, el implante y el tornillo de tracción. Una estructura no primaria puede ser el tejido que rodea el área quirúrgica. Se puede pretender que un usuario o cirujano pueda identificar qué estructuras se deben tratar como estructuras primarias y qué estructuras se deben considerar como estructuras no primarias. Para este fin, se puede proporcionar una unidad de entrada, que está configurada para enviar o entregar la información correspondiente a una unidad de procesamiento, que está configurada para realizar la distinción entre estructuras primarias y no primarias. De manera similar al caso de la imagen, la imagen de referencia se puede analizar y se pueden distinguir en la misma las estructuras primarias y no primarias en la etapa S1a' del método. Las etapas S1a y S1a' se pueden realizar en paralelo o una después de la otra.

En la etapa S1b, las estructuras que se han identificado como estructuras no primarias en la imagen se eliminan de la imagen y solo las estructuras primarias se mantienen en la imagen para una representación visual posterior. Se realiza una procedimiento similar en la etapa S1b' del método para el caso de la imagen de referencia. Después de que se hayan realizado las etapas S1b y S1b' del método, la imagen resultante y la imagen de referencia se superponen en la etapa S3, y en la etapa S4 se proporciona una representación visual de la imagen y la imagen de referencia, que se usa para rastrear los desplazamientos de, por ejemplo, un hueso mostrado en ambas imágenes.

Se entiende que la imagen y la imagen de referencia se toman desde un intervalo de ángulos similar. Además, el experto en la técnica entiende que las etapas del método explicadas con referencia a la figura 6 se pueden combinar con las etapas del método descritas en relación con la figura 1.

La figura 7 muestra una realización de ejemplo de un sistema 9 de acuerdo con una realización de la invención. Básicamente, de manera necesaria para realizar las etapas del método, una unidad de procesamiento 100 forma parte del dispositivo.

Un dispositivo de obtención de imágenes o unidad de obtención de imágenes 200 de ejemplo incluye una fuente de rayos X y un detector de rayos X 260, en donde estas dos unidades están montadas en un brazo en C 220.

Además, el sistema 9 de la figura 7 incluye una unidad de entrada 300, mediante la cual, por ejemplo, se puede introducir manualmente una dirección de imagen deseada. Además, un usuario puede introducir estructuras, que se considerarán estructuras primarias en las imágenes. También se muestra una conexión a una base de datos 600, ubicada, por ejemplo, en una red. La base de datos 600 puede comprender información sobre estructuras anatómicas, por ejemplo, de exploraciones 3D de diferentes estructuras anatómicas, de modo que la estructura anatómica obtenida por imágenes pueda compararse con esta información para determinar o identificar estructuras anatómicas específicas. La base de datos puede comprender además información sobre una secuencia de etapas necesarias y/o posibles de un procedimiento quirúrgico. Además, la base de datos puede comprender un almacenamiento que comprenda al menos una o una serie de imágenes de referencia adquiridas anteriormente. Se observa que también es posible determinar automáticamente el progreso del procedimiento quirúrgico basándose en aspectos detectables en una imagen de rayos X, en donde dichos aspectos pueden estar en el instrumento y/o implante. Por ejemplo, la distancia de una porción de punta de un tornillo de tracción desde un material óseo robusto o desde un contorno de un hueso puede determinarse automáticamente analizando la imagen y la imagen de referencia. De esta manera, se puede determinar o estimar cuántas vueltas de un tornillo de tracción pueden ser necesarias todavía para poner, por ejemplo, la porción de punta del tornillo en contacto con material óseo robusto. Como alternativa, la porción de punta puede estar ya en contacto con el material óseo robusto y puede estar cerca de su posición final, que se refiere a una determinada distancia entre la punta del tornillo y un contorno de un hueso. A partir de una determinación de las distancias entre la porción de punta del tornillo y, por ejemplo, un contorno del hueso, puede determinarse el número de vueltas de tornillo necesarias para fijar una porción predeterminada de la punta en el material óseo sin llegar al contorno.

Finalmente, hay una indicación en la figura 7 de una estructura anatómica de interés 500, así como de un objeto de referencia 64 formado por una pluralidad de esferas radiopacas. Dentro de dicha estructura anatómica, por ejemplo, puede estar ubicado un hueso de un paciente que puede ser objeto de los procedimientos descritos.

Si bien se han ilustrado y descrito realizaciones en detalle en los dibujos y la descripción anterior, dichas ilustraciones y descripciones deben considerarse ilustrativas o de ejemplo y no restrictivas, la invención no se limita a las realizaciones divulgadas.

Los expertos en la técnica pueden comprender y llevar a cabo otras variaciones de las realizaciones divulgadas al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Un solo procesador u otra unidad puede cumplir las funciones de varios elementos enumerados en las reivindicaciones.

El mero hecho de que se enumeren determinadas medidas y reivindicaciones dependientes diferentes entre sí no indica que no se pueda usar una combinación de estas medidas de manera ventajosa. El programa informático puede almacenarse/distribuirse en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento óptico o un medio en estado sólido suministrado junto con o como parte de otro hardware, pero también puede distribuirse en otras formas, tal como, por ejemplo, a través de Internet u otros sistemas de telecomunicaciones por cable o inalámbricos. Ningún signo de referencia en las reivindicaciones debe interpretarse como limitante del alcance.

Aunque la invención en el presente documento se ha descrito con referencia a realizaciones particulares, debe entenderse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios y aplicaciones de la presente invención. Por lo tanto, debe entenderse que pueden realizarse numerosas modificaciones a las realizaciones ilustrativas y que pueden idearse otras disposiciones sin apartarse del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (2)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (9) para el seguimiento del desplazamiento durante el posicionamiento y la fijación de un implante en un hueso, en particular en un hueso de la cadera, que comprende:

- una unidad de obtención de imágenes (200), y

- una unidad de procesamiento (100),

en donde la unidad de obtención de imágenes está configurada para proporcionar una imagen del hueso y al menos una imagen de referencia,

en donde la unidad de procesamiento está configurada para superponer la imagen con la al menos una imagen de referencia, en donde la imagen del hueso y la al menos una imagen de referencia se toman desde una perspectiva cercana dentro de un intervalo de ángulos de 0° y 5°,

en donde la unidad de procesamiento está configurada para detectar los ángulos desde los que se toman la imagen y la imagen de referencia, determinar si una desviación del intervalo de ángulos está entre 0° y 5°, y generar una advertencia si la desviación del intervalo de ángulos supera los 5°,

en donde la unidad de procesamiento está configurada además para visualizar la imagen del hueso y la al menos una imagen de referencia, y comparar la imagen y la al menos una imagen de referencia para comparar una posición de un implante fijado al hueso,

en donde la imagen es la imagen más actual del hueso y la al menos una imagen de referencia es una imagen adquirida anteriormente del hueso, y

en donde la etapa de superposición comprende una coincidencia de la escala y/o porción de la imagen y la al menos una imagen de referencia.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde la imagen y la imagen de referencia son imágenes intraoperatorias tomadas en diferentes momentos.