ES3033232T3 - System and methods for interventional image navigation and image registration refinement - Google Patents

System and methods for interventional image navigation and image registration refinement

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ES3033232T3
ES3033232T3 ES17873801T ES17873801T ES3033232T3 ES 3033232 T3 ES3033232 T3 ES 3033232T3 ES 17873801 T ES17873801 T ES 17873801T ES 17873801 T ES17873801 T ES 17873801T ES 3033232 T3 ES3033232 T3 ES 3033232T3
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ES17873801T
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Philipp Jakob Stolka
Ehsan Basafa
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Clear Guide Medical Inc
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Clear Guide Medical Inc
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Abstract

Se describe un sistema y un método para la guía de imágenes quirúrgicas. El sistema incluye un primer dispositivo de imagen y un sistema de procesamiento de imágenes conectado operativamente al primer dispositivo. El sistema de procesamiento de imágenes está configurado para recibir datos de imágenes en tiempo real del primer dispositivo; recibir datos de imágenes secundarias de un segundo dispositivo; y producir datos de imágenes compuestas mejoradas mediante la mejora de la alineación de las estructuras físicas en una imagen en tiempo real. El sistema de procesamiento de imágenes está configurado para operar en modo desbloqueado, donde la imagen en tiempo real puede moverse libremente con respecto a la imagen secundaria, y en modo bloqueado, donde la imagen en tiempo real y la imagen secundaria están bloqueadas entre sí para evitar el movimiento relativo entre ellas. El dispositivo de imagen está configurado para proporcionar información al sistema de procesamiento de imágenes cuando este opera en modo desbloqueado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y métodos para la navegación de imágenes intervencionistas y perfeccionamiento del registro de imágenesREFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente solicitud de patente reivindica el beneficio prioritario de la Solicitud de patente provisional estadounidense n.º 62/426.024 presentada el 23 de noviembre de 2016.
ANTECEDENTES
1. Campo técnico
La presente divulgación se refiere en general a sistemas de imágenes para la navegación de dispositivos médicos quirúrgicos. Más concretamente, la presente divulgación se refiere a sistemas y métodos para la navegación de instrumental de intervención, tal como agujas quirúrgicas, y el perfeccionamiento del registro entre modalidades de imagen.
2. Debate sobre técnicas afines
En el curso de la realización de una operación o intervención quirúrgica, un facultativo médico (por ejemplo, un cirujano) puede utilizar diversos instrumentos de operación para realizar diversas operaciones tales como biopsias con aguja, ablaciones tumorales, inserción de catéteres, intervenciones ortopédicas, etc. Estos instrumentos pueden utilizar varios tipos de datos de imagen para ayudar al médico u operador a insertar el instrumento en el lugar deseado dentro del cuerpo del paciente. Normalmente, el médico inserta estos instrumentos en el cuerpo del paciente en localizaciones, orientaciones y profundidades muy específicas para llegar a áreas objetivo predeterminadas con el fin de realizar una acción o función específica del instrumento, que puede incluir la toma de muestras de tejido, el calentamiento, la refrigeración, la deposición de líquidos, la succión o servir de canal para otros objetos.
Los sistemas de navegación médica basados en una variedad de tecnologías de seguimiento diferentes (mecánicas, infrarrojas-ópticas, electromagnéticas, etc.) existen desde hace mucho tiempo, y ayudan a alinear al paciente, los datos de imagen, los objetivos y los instrumentos. Sin embargo, los sistemas de navegación médica conocidos siguen siendo imprecisos, incómodos e ineficaces a la hora de proporcionar datos y orientación en tiempo real para insertar y mover los instrumentos de intervención.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de sistemas y métodos mejorados para la navegación de imágenes intervencionistas y el refinamiento del registro de imágenes. El documento US 2007/083117 divulga un método de registro de datos de imagen por ultrasonidos de un objeto (3) y datos de segunda imagen (SD) del objeto (3), en el que los datos de segunda imagen (SD) son datos de imagen tridimensionales (3-D).
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La invención se define por las reivindicaciones adjuntas. Un aspecto de la presente divulgación consiste en proporcionar un sistema de guiado de imágenes quirúrgicas. El sistema incluye: un dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos capaz de obtener imágenes en tiempo real del cuerpo de un paciente, una cámara de seguimiento montada en el dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos, un sistema de seguimiento y un sistema de procesamiento de imágenes conectado operativamente al dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos y al sistema de seguimiento. El sistema de seguimiento está configurado para recibir datos de imágenes ópticas de la cámara de seguimiento y determinar una posición del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente, basándose en una pluralidad de marcadores fiduciales unidos al cuerpo del paciente y visibles en los datos de imágenes ópticas. El sistema de procesamiento de imágenes está configurado para: 1) recibir una imagen por ultrasonidos en tiempo real del paciente desde el dispositivo de imágenes por ultrasonidos y un conjunto de datos de imágenes tridimensionales (3D) del paciente desde otro dispositivo de imágenes, dicha pluralidad de marcadores fiduciales también visibles en el conjunto de datos de imágenes 3D; 2) determinar una posición de cada uno de la pluralidad de marcadores fiduciales en relación con el conjunto de datos de imágenes 3D; 3) realizar un registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, con base en la posición del dispositivo de imágenes por ultrasonidos en relación con el cuerpo del paciente y en la posición de los marcadores fiduciales en relación con el conjunto de datos de imágenes 3D; 4) con base en el registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, extraer una imagen espacialmente correspondiente del conjunto de datos de imágenes 3D; 5) producir una imagen compuesta basada en una superposición de la imagen en tiempo real con la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; 6) proporcionar un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real sea libre de moverse con relación a la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; 7) refinar el registro al recibir al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional en la que las estructuras físicas en la imagen extraída se superpongan con las estructuras físicas correspondientes en la al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional; y 8) proporcionar medios automáticos o manuales para ingresar a un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real y la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D estén bloqueadas entre sí para evitar el movimiento relativo entre ellas. El sistema comprende adicionalmente un dispositivo de visualización configurado para recibir la imagen compuesta del sistema de procesamiento de imágenes y mostrar la imagen compuesta.
Otro aspecto de la presente divulgación es proporcionar un método para la guía de imágenes quirúrgicas. El método incluye recibir una imagen por ultrasonidos en tiempo real de un paciente desde un dispositivo de imágenes por ultrasonidos, un conjunto de datos de imágenes tridimensionales (3D) del paciente desde otro dispositivo de imágenes, y una posición del dispositivo de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente, en el que una pluralidad de marcadores fiduciales son visibles en el conjunto de datos de imágenes 3D; determinar una posición de cada uno de la pluralidad de marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imágenes 3D; realizar un registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, basándose en la posición del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente y en la posición de los marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imágenes 3D; basándose en el registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, extraer una imagen correspondiente espacialmente del conjunto de datos de imágenes 3D; producir una imagen compuesta basada en una superposición de la imagen en tiempo real con la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes en 3D; proporcionar un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real pueda moverse libremente con respecto a la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes en 3D; refinar el registro recibiendo al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional en la que las estructuras físicas de la imagen extraída se solapen con las estructuras físicas correspondientes de la imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional; proporcionando medios automáticos o manuales para entrar en un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real y la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes en 3D estén bloqueadas entre sí para prevenir el movimiento relativo entre ellas. El método incluye adicionalmente la visualización de la imagen compuesta en un dispositivo de visualización.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La presente divulgación, así como los métodos de operación y funciones de los elementos de estructura relacionados y la combinación de partes y economías de fabricación, se harán más evidentes al considerar la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas con referencia a los dibujos adjuntos, todos los cuales forman parte de esta memoria descriptiva. Los números de referencia semejantes designan las partes correspondientes en las distintas figuras. Los dibujos tienen únicamente propósitos ilustrativos y descriptivos y no pretenden definir los límites de la invención. La figura 1 representa un ejemplo de sistema de ultrasonidos (sistema Clear Guide SCENERGY) con una sonda de ultrasonidos montada sobre un dispositivo de posicionamiento (por ejemplo, una o más cámaras) para seguir la posición de la sonda de ultrasonidos en el cuerpo de un paciente;
La figura 2 representa la inserción de una aguja en el cuerpo de un paciente por un médico utilizando un sistema de ultrasonidos (sistema "SCENERGY" de Clear Guide Medical) que tiene una o más cámaras para seguir el posicionamiento de la aguja en relación con el cuerpo del paciente; el sistema de ultrasonidos proporciona una imagen que muestra información sobre el recorrido de la inserción de la aguja en el cuerpo del paciente;
La figura 3 muestra una pluralidad de VisiMARKER que se aplican de forma irregular alrededor del área de intervención en el cuerpo de un paciente;
La figura 4 representa un barrido de cámara en el que la cámara captura una pluralidad de imágenes que incluyen los VisiMARKER;
La figura 5 ilustra una posición de los marcadores en el cuerpo del paciente, y muestra imágenes correspondientes a una modalidad de imagen (por ejemplo, modalidad de imagen de escáner CT) superpuesta a la pista de un dispositivo quirúrgico (por ejemplo, una aguja) siendo insertada en el cuerpo del paciente y otra modalidad de imagen (por ejemplo, modalidad de imagen de escáner de ultrasonido) superpuesta a la pista de un dispositivo quirúrgico (por ejemplo, una aguja) siendo insertada en el cuerpo del paciente;
La figura 6A representa un ejemplo de dos modalidades de imagen superpuestas, una modalidad de imagen que representa una tomografía computarizada y la otra modalidad de imagen que representa un escáner de ultrasonido, de acuerdo con una realización de la presente divulgación; y
La figura 6B representa un ejemplo de superposición óptima de las dos modalidades de imagen superpuestas, de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La presente divulgación describe sistemas y métodos de dispositivos médicos que permiten a los operadores realizar intervenciones asistidas por navegación utilizando ciertos tipos de instrumentos de intervención, tales como instrumentos similares a agujas, y los correspondientes métodos de optimización del registro entre modalidades de imagen utilizando criterios de terminación visuales o automáticos. Ejemplos de aplicaciones pueden incluir biopsias con aguja, ablaciones tumorales, inserción de catéteres, intervenciones ortopédicas y otros instrumentos, todos los cuales pueden utilizar varios tipos de datos de imagen. Normalmente, estos instrumentos se insertan en el cuerpo de un paciente en localizaciones, orientaciones y profundidades muy específicas para alcanzar áreas objetivo predeterminadas, donde realizan una acción o función específica del instrumento, que puede incluir la toma de muestras de tejido, el calentamiento, el enfriamiento, la deposición de líquidos, la succión o servir de canal para otros objetos.
Clear Guide Medical ha desarrollado previamente una novedosa plataforma de tecnología de seguimiento visual basada en visión por ordenador en tiempo real con cámara, y ha incorporado la plataforma de seguimiento en productos para sistemas basados en ultrasonidos y sistemas basados en tomografía computarizada (TC) para el guiado de imágenes/instrumentos y la fusión multimodal. Ciertos aspectos de esta tecnología ya se han descrito en la solicitud de patente de EE. UU. n.º 13/648.245, la solicitud de patente de EE. UU. n.º 14/092.755 y la solicitud de patente de EE. UU. n.º de serie 14/092.843, solicitud de patente de EE. UU. número de serie 14/508.223, solicitud de patente de EE. UU. número de serie 14/524.468, solicitud de patente de EE. UU. número de serie 14/524.570 y la solicitud de patente de EE. UU. número de serie 14/689.849, a las que se hace referencia en el presente documento. Las figuras 1 y 2 muestran ejemplos de los sistemas mencionados. La figura 1 muestra un ejemplo de sistema de ultrasonidos (sistema Clear Guide SCENERGY) con una sonda de ultrasonidos montada sobre un dispositivo de seguimiento (por ejemplo, una o más cámaras) para seguir el posicionamiento de la sonda de ultrasonidos en el cuerpo de un paciente. Una o varias cámaras toman imágenes de objetos en su campo de visión, detectan y localizan características de referencia para su registro y seguimiento, reconstruyen sus posturas en el espacio de la cámara y las registran con las posturas de los objetos correspondientes en otros conjuntos de datos de imágenes. Como se describirá con más detalle en los párrafos siguientes, el sistema de ultrasonidos puede configurarse de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación para navegar por los instrumentos de intervención, tales como agujas quirúrgicas, y refinar el registro entre las modalidades de imagen.
La figura 2 representa a un profesional de la salud insertando una aguja en el cuerpo de un paciente mientras utiliza un sistema de ultrasonidos (sistema "SCENERGY" de Clear Guide Medical) que tiene una o más cámaras para seguir el posicionamiento de la aguja en relación con el cuerpo del paciente, el sistema de ultrasonidos proporciona una imagen que muestra información sobre el recorrido de la inserción de la aguja dentro del cuerpo del paciente. El sistema Clear Guide "SCENERGY" permite fusionar imágenes de registro de dispositivos de ultrasonidos y TC basadas en fiduciales "VisiMARKER" unidos a la piel. Estos marcadores multimodales comprenden una capa radiopaca que se segmenta automáticamente a partir de imágenes radiográficas basándose en su alta intensidad conocida, y un patrón de superficie visible similar a un tablero de ajedrez que permite a las cámaras de observación localizar el marcador en seis grados de libertad en coordenadas de cámara (véase también Olson E., AprilTag: Un sistema fiducial visual robusto y flexible, IEEE-ICRA 2011, cuyo contenido completo se incorpora aquí por referencia). La figura 3 muestra una pluralidad de VisiMARKER 30 que se aplican de forma irregular alrededor del área de intervención 32 en un cuerpo 34 de un paciente. Los VisiMARKER 30 se visualizan junto con el cuerpo 34 del paciente. El operador o profesional sanitario mueve el cabezal de la cámara de mano 36 con un movimiento de barrido por encima de la superficie del paciente, recogiendo así observaciones del marcador.
La figura 4 representa un barrido de cámara en el que la cámara captura una pluralidad de imágenes que incluyen los VisiMARKER 30. Las observaciones consecutivas de las parejas de marcadoresn-(paran≥2) permiten insertar sucesivamente esos marcadores y sus poses relativas en una malla tridimensional (3D). A continuación, esta malla de observación se registra automáticamente en las localizaciones de los marcadores autosegmentados a partir de la TC comparando todas las alineaciones posibles de ambos conjuntos de puntos y eligiendo la transformaciónMmás plausible (véase, Solicitud de patente de EE.UU. número de serie 14/689.849 de Stolka et al.). Esto permite al sistema localizar la cámara 36 con respecto al paciente 34 (mediante observaciones directas de los marcadores 30), la cámara 36 con respecto a los datos de imagen del paciente (mediante el registro con la malla de marcadores), el ultrasonido con respecto a la cámara 36 (mediante la calibración intrínseca predeterminada del dispositivo) y, por lo tanto, el ultrasonido con respecto a los datos del paciente.
A continuación, el sistema puede extraer continuamente cortes de los datos del paciente que se correspondan espacialmente con el corte ecográfico actual, y mostrar ambos superpuestos en pantalla en una vista de fusión, como se muestra en la figura 5. La figura 5, en la esquina inferior derecha, ilustra un posicionamiento de los marcadores 30 en el cuerpo 34 del paciente. Cuando la sonda de mano con la cámara 36 se mueve por el área de intervención 32, todas las modalidades de imagen muestran las correspondientes vistas fusionadas en tiempo real. La esquina superior derecha e inferior izquierda de la figura 5 se muestran imágenes correspondientes a una modalidad de imagen (por ejemplo, la modalidad de imagen de tomografía computarizada) superpuestas a una pista de un dispositivo quirúrgico (por ejemplo, una aguja) que está siendo insertado en el cuerpo del paciente. En la esquina superior izquierda de la figura 5 se muestra otra modalidad de imagen (por ejemplo, una modalidad de imagen de escáner por ultrasonidos) superpuesta a una pista de un dispositivo quirúrgico (por ejemplo, una aguja) que se inserta en el cuerpo del paciente.
Refinamiento manual del registroSin embargo, el proceso anterior para realizar un registro de "barrido visual" basado en la posición de los marcadores 30 está sujeto a ruido, incluidos los artefactos de la respiración del paciente durante la obtención inicial de imágenes o el barrido visual, la deriva del marcador o el desplazamiento de la piel entre la obtención de imágenes y el registro, las observaciones imperfectas del marcador, el desplazamiento interno del tejido, etc. Estas fuentes de ruido pueden deteriorar la calidad del registro, dando lugar a un desplazamiento perceptible entre los datos de imagen registrados y las características anatómicas reales pertinentes vistas mediante imágenes en tiempo real, tales como ultrasonidos o fluoroscopia.
La figura 6A representa un ejemplo de dos modalidades de imagen superpuestas, una modalidad de imagen 60 que representa una tomografía computarizada y la otra modalidad de imagen 62 que representa un escáner por ultrasonidos, de acuerdo con una realización de la presente divulgación. Como se muestra en la figura 6A, las características mostradas en la imagen de TC 60 no se alinean con las características correspondientes mostradas en la imagen por ultrasonidos 62. Por ejemplo, un perfil 64 de una columna vertebral (que simula la columna vertebral de un paciente) mostrado en la imagen de TC 60 no coincide con un perfil 66 de la misma columna vertebral mostrado en la imagen por ultrasonidos 62. Los dos perfiles 64 y 66 parecen estar desplazados entre sí.
El término obtención de imágenes "en tiempo real" se utiliza en el presente documento para significar (a) que las imágenes se capturan mientras se obtienen imágenes del paciente con el sistema(s) de obtención de imágenes, (b) el tiempo que el paciente está dispuesto a esperar en la mesa de obtención de imágenes, (c) que las imágenes se visualizan en aproximadamente un minuto (por ejemplo, menos de 30 segundos) desde la captura de la imagen por una sonda (por ejemplo, una sonda de ultrasonidos), o (d) las imágenes se visualizan en menos de un segundo desde la captura de las imágenes (es decir, de forma relativamente instantánea).
Por lo tanto, puede ser deseable ajustar la matriz de registro inicial determinada automáticamente M para lograr una mejor alineación de características. En una realización, un posible procedimiento para corregir la desalineación es permitir que un operador (por ejemplo, un médico) realice un "refinamiento manual del registro", como se indica a continuación:
1. El operador observa la desalineación de características relevante entre dos modalidades de imagen fusionadas o superpuestas. Por ejemplo, el operador puede observar la desalineación del perfil 64 y el perfil 66 de la columna vertebral, como se muestra en la figura 6A.
2. El operador "desbloquea" la modalidad de imagen en tiempo real mientras mantiene la modalidad de imagen estática "congelada" en un mismo posicionamiento. Por ejemplo, el operador puede desbloquear la modalidad de imagen por ultrasonidos 62 mientras que la modalidad de imagen por TC 60 permanece estática en su posicionamiento. Por ejemplo, esto puede realizarse activando un botón, interruptor u otra característica del sistema de escáner por ultrasonidos para permitir que la imagen de ultrasonidos capturada 62 se refresque o actualice en tiempo real y se mueva con respecto a la modalidad de imagen de TC capturada 60 que permanece fija en su posicionamiento.
3. El operador mueve sistemáticamente la imagen en tiempo real (por ejemplo, moviendo la sonda de ultrasonidos) de tal forma que las características relevantes se solapen de forma óptima con las características de la modalidad de imagen congelada. Por ejemplo, el operador puede mover la sonda de ultrasonidos hasta que el perfil 66 mostrado en la modalidad de imagen de ultrasonidos capturada 62 coincida o se solape con el perfil 64 mostrado en la modalidad de imagen de TC capturada 60. La figura 6B representa un ejemplo de superposición óptima de las dos modalidades de imagen superpuestas 60 y 62, de acuerdo con una realización de la presente divulgación. El término "óptimamente superpuesto" se utiliza aquí para significar que las modalidades de imagen 60 y 62 parecen coincidir con la mejor capacidad de evaluación visual del operador.
4. A continuación, el operador "vuelve a bloquear" la modalidad en tiempo real (por ejemplo, la modalidad de imagen por ultrasonidos 62) en la modalidad de imagen estática (por ejemplo, la modalidad de imagen por TC 60). Por ejemplo, en una realización, las modalidades de imagen 60 y 62 pueden reanudarse moviéndose juntas al unísono mientras permanecen bloqueadas en posicionándose una con respecto a la otra.
Utilizando el procedimiento anterior, el operador puede guiar la optimización del registro de imágenes tanto buscando manualmente la pose de alineación óptima, como evaluando visualmente la calidad de la alineación.
Terminación automáticaEn otra realización, el procedimiento de refinamiento manual descrito anteriormente puede adolecer de subjetividad, ya que depende de una evaluación visual de alineación del operador. Además, la alineación manual descrita anteriormente también puede presentar deficiencias de usabilidad en el sentido de que pueden ser necesarios múltiples tipos de interacción durante acciones diestras de gran precisión. Como resultado, para remediar las deficiencias anteriores y mejorar aún más el procedimiento de refinamiento manual/visual descrito anteriormente, se emplea aquí un procedimiento de alineación adicional que extrae la evaluación visual subjetiva del operador. En una realización, el procedimiento de alineación incluye:
1. El operador observa la desalineación de características relevante entre dos modalidades de imagen fusionadas o superpuestas.
2. El operador "desbloquea" la modalidad de imagen en tiempo real (por ejemplo, desbloquea la modalidad de imagen de ultrasonidos 62) mientras que la modalidad de imagen estática (por ejemplo, la modalidad de imagen de tomografía computarizada 60) permanece "congelada" en su sitio.
3. El operador mueve sistemáticamente la imagen en tiempo real (por ejemplo, se mueve la modalidad de imagen por ultrasonidos 62 moviendo la sonda de ultrasonido) tal que las características relevantes se superponen óptimamente con las correspondientes en la modalidad congelada (por ejemplo, la modalidad de imagen de tomografía computarizada 60).
4. El sistema calcula automáticamente una métrica de calidad de registro de imagen (IRQ) en tiempo real y muestra el valor calculado de la métrica IRQ al operador como información de retorno. El operador puede utilizar la métrica IRQ como guía en la búsqueda de una alineación óptima. En una realización, cuanto mayor sea el valor de IRQ alcanzado, mejor será la alineación lograda entre las dos modalidades de imágenes (por ejemplo, la modalidad de imagen de TC 60 y la modalidad de imagen por ultrasonidos 62). El sistema almacena continuamente el valor IRQ máximo alcanzado hasta la fecha, y la pose de alineación correspondiente que permitió este valor IRQ máximo.
5. El sistema compara un primer valor IRQ obtenido en un primer intento de alineación y un segundo valor IRQ obtenido con un segundo intento de alineación posterior y selecciona una alineación entre el primer intento de alineación y el segundo intento de alineación que tenga el mayor valor IRQ entre el primer y segundo valores IRQ como la mejor alineación hasta la fecha.
6. El sistema repite este procedimiento y selecciona la mejor alineación que consiga un mayor valor de IRQ. 7. Si el sistema determina que, después de un cierto número de iteraciones, ya no es posible ninguna mejora, o ya no se espera ninguna mejora basada en la tendencia de la métrica IRQ (por ejemplo, el valor IRQ se estancó o cayó constantemente en intentos posteriores de alineación), o después de que el valor IRQ haya alcanzado un cierto valor umbral (por ejemplo, seleccionado por el usuario), el refinamiento de la alineación se termina automáticamente. Se selecciona como alineación óptima una pose previamente almacenada que tenga el valor IRQ máximo alcanzado hasta la fecha (o el registro inicial si no se ha encontrado ninguna mejora).
8. El sistema "vuelve a bloquear" automáticamente la modalidad en tiempo real (por ejemplo, la modalidad de imagen por ultrasonidos 62) a la modalidad de imagen estática (por ejemplo, la modalidad de imagen de tomografía computarizada 60). Por ejemplo, en una realización, las modalidades de imagen 60 y 62 pueden reanudarse moviéndose juntas al unísono mientras permanecen bloqueadas en posicionándose una con respecto a la otra. El término "automáticamente" se utiliza aquí para indicar que el sistema realiza una determinada función sin interferencia manual del usuario u operador.
9. Alternativamente, el sistema proporciona una retroalimentación sonora o visual al operador para informarle de que se ha alcanzado la alineación óptima. A continuación, el operador puede "volver a bloquear" manualmente la modalidad en tiempo real (por ejemplo, la modalidad de imagen por ultrasonidos 62) a la modalidad de imagen estática (por ejemplo, la modalidad de imagen por TC 60). Por ejemplo, en una realización, las modalidades de imagen 60 y 62 pueden reanudarse moviéndose juntas al unísono mientras permanecen bloqueadas en posicionándose una con respecto a la otra.
En los párrafos anteriores, se describe que el valor máximo del IRQ determina la mejor u óptima alineación entre las modalidades de imágenes. Sin embargo, como puede apreciarse, en otra realización, también puede seleccionarse o generarse otro tipo de métrica IRQ tal que cuanto menor sea el valor de IRQ alcanzado, mejor sea la alineación lograda entre las dos modalidades de imágenes (por ejemplo, la modalidad de imagen de TC 60 y la modalidad de imagen por ultrasonidos 62). En este caso, en lugar de rastrear o seguir el valor máximo de la métrica IRQ, el valor mínimo de la métrica IRQ proporciona la indicación de cuándo se alcanza la alineación óptima entre las modalidades de imagen.
Este enfoque tiene la ventaja de aliviar al operador de la carga de evaluación de la alineación. El sistema calcula la métrica de calidad de registro de imágenes (IRQ) correlacionando las respectivas imágenes de la modalidad actual (en tiempo real y cortes estáticos "congelados"). Dependiendo de la combinación de modalidades de imagen, la función IRQ puede ser una correlación de imágenes directa para modalidades idénticas, pero puede requerir procesamiento previo en otros casos. Por ejemplo, el escáner por ultrasonidos es una modalidad basada en los límites, mientras que la TC es una modalidad basada en el volumen. Inicialmente, puede calcularse la imagen de gradiente vertical del escáner de TC (para aproximar la insonificación descendente de los ultrasonidos y el resaltado resultante de las interfaces tisulares horizontales con grandes saltos de impedancia acústica). Entonces, una correlación o mejor basado en la información mutua (véase, también Wells et al., "Multi-Modal Volume Registration by Maximization of Mutual Information," Medical Image Analysis, 1996, cuyo contenido completo se incorpora aquí por referencia) se puede utilizar para estimar la calidad de la alineación.
Dado que un registro inicial de barrido visual está casi garantizado que resulte en un registro muy cercano al óptimo global de la función IRQ, se puede asumir que el muestreo manual del espacio de pose por parte del operador resulta consistentemente en valores más altos más cercanos al óptimo global, y en valores más bajos más alejados. Esto permite que el sistema finalice automáticamente la optimización y devuelva como resultado la pose óptima actualizada.
Este enfoque también puede aplicarse en casos en los que la modalidad de imagen en tiempo real se sustituye o combina por una o más modalidades de imagen o conjuntos de datos (tales como otros volúmenes de TC, CBCT, RM, etc.). El refinamiento manual puede realizarse con imágenes en tiempo real contra cualquier otro operador o volúmenes estáticos seleccionados automáticamente (por ejemplo, eligiendo automáticamente el conjunto de datos coincidentes de menor calidad para el desbloqueo), así como con volúmenes estáticos contra otros volúmenes estáticos, utilizando enfoques de interacción y cálculo similares a los descritos anteriormente.
Como puede apreciarse a partir de los párrafos anteriores, en una realización de la presente divulgación, se proporciona un sistema para la guía de imágenes quirúrgicas. El sistema incluye un primer dispositivo de formación de imágenes y un sistema de procesamiento de imágenes conectado operativamente al primer dispositivo de formación de imágenes. El sistema de procesamiento de imágenes está configurado para: 1) recibir datos de imágenes en tiempo real de un paciente desde el primer dispositivo de formación de imágenes; 2) recibir datos de imágenes secundarias desde un segundo dispositivo de formación de imágenes; 3) producir datos de imágenes compuestas basados en los datos de imágenes en tiempo real y los datos de imágenes secundarias; y 4) producir datos de imágenes compuestas mejorados mejorando la alineación de las estructuras físicas en una imagen en tiempo real basada en los datos de imágenes en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes en una imagen secundaria basada en los datos de imágenes secundarias. El sistema de procesamiento de imágenes está configurado adicionalmente para operar en un modo desbloqueado en el que la imagen en tiempo real es libre de moverse con respecto a la imagen secundaria y un modo bloqueado en el que la imagen en tiempo real y la imagen secundaria están bloqueadas entre sí para prevenir el movimiento relativo entre ellas. El dispositivo de formación de imágenes está configurado para ser capaz de proporcionar información al sistema de procesamiento de imágenes para hacer que el sistema de procesamiento de imágenes opere en el modo desbloqueado para permitir el movimiento de la imagen en tiempo real en relación con la imagen secundaria.
En una realización, el sistema puede incluir adicionalmente un dispositivo de visualización configurado para recibir y visualizar los datos de imagen compuesta. En una realización, el primer dispositivo de formación de imágenes puede ser un dispositivo de ultrasonidos y el segundo dispositivo de formación de imágenes puede ser un dispositivo de tomografía computarizada o un dispositivo de resonancia magnética o un dispositivo de formación de imágenes médicas tridimensionales.
En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para permitir la corrección de una desalineación entre los datos de imagen en tiempo real relativos a los datos de imagen secundarios hasta que un operador determina que los datos de imagen en tiempo real coinciden con los datos de imagen secundarios.
En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede incluir un dispositivo de entrada configurado para recibir una entrada de un operador para poner el sistema de procesamiento de imágenes en el modo desbloqueado para permitir que la imagen en tiempo real se actualice y se mueva en posicionamiento con respecto a la imagen secundaria. En una realización, el dispositivo de entrada puede configurarse adicionalmente para recibir una entrada del operador para poner el sistema de procesamiento de imágenes en el modo bloqueado para prevenir el movimiento relativo entre la imagen en tiempo real y la imagen secundaria.
En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para calcular una métrica de calidad de registro de imágenes (IRQ) de forma continua. La métrica IRQ cuantifica el grado de alineación de las estructuras físicas de la imagen en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes de la imagen secundaria. En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para determinar si la métrica IRQ cumple un valor umbral predeterminado o un valor umbral determinado dinámicamente, y proporcionar, basándose en la determinación, una señal de retroalimentación a un operador o para poner automáticamente el sistema de procesamiento de imágenes en el modo bloqueado para prevenir el movimiento relativo entre la imagen en tiempo real y la imagen secundaria. En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para mostrar la métrica IRQ como retroalimentación. En una realización, el valor umbral determinado dinámicamente es un valor IRQ máximo o mínimo. En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para almacenar la métrica IRQ y una pose de alineación correspondiente que logró la métrica IRQ. En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para comparar una primera métrica IRQ obtenida en una primera pose de intento de alineación con una segunda métrica IRQ obtenida con una segunda pose de intento de alineación, y para almacenar como pose de alineación la primera pose de intento de alineación o la segunda pose de intento de alineación que logró un mejor valor IRQ entre la primera métrica IRQ y la segunda métrica IRQ. Por ejemplo, la mejor métrica IRQ corresponde a una métrica IRQ más alta en la primera y segunda métricas IRQ, una métrica IRQ más baja en la primera y segunda métricas IRQ, o una métrica IRQ entre la primera y segunda métricas IRQ que es la más cercana al valor umbral predeterminado.
En una realización, el sistema de procesamiento de imágenes puede configurarse para bloquear automáticamente una alineación entre las estructuras físicas en la imagen en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes en la imagen secundaria, si, después de un cierto número de iteraciones de comparación, ya no es posible ninguna mejora en la alineación, o ya no se espera ninguna mejora en la alineación basándose en una tendencia de la métrica IRQ, o después de que la métrica IRQ haya alcanzado el valor umbral predeterminado, y seleccionar una pose de alineación almacenada previamente que tenga una métrica IRQ mejor conseguida como una pose de alineación óptima. Por ejemplo, la métrica IRQ puede determinarse realizando una correlación bidimensional entre los datos de la imagen en tiempo real y los correspondientes datos de la imagen secundaria. La correlación cruzada bidimensional entre los datos de la imagen en tiempo real y los correspondientes datos de la imagen secundaria puede realizarse de acuerdo con la siguiente ecuación:
dondef(m,n)yg(m,n)son valores de píxel de imagen respectivos en los datos de imagen en tiempo real y los correspondientes datos de imagen secundarios en localizacionesm,n,coni=j=0para determinar dicha correlación en la pose de alineación actual.
Como puede apreciarse a partir de los párrafos anteriores, en una realización de la presente divulgación, también se proporciona un método para la guía de imágenes quirúrgicas. El método incluye 1) recibir, mediante un sistema de procesamiento de imágenes, datos de imágenes en tiempo real de un paciente desde el primer dispositivo de imágenes; 2) recibir, mediante el sistema de procesamiento de imágenes, datos de imágenes secundarias desde un segundo dispositivo de imágenes; 3) producir, mediante el sistema de procesamiento de imágenes, datos de imágenes compuestas basados en los datos de imágenes en tiempo real y los datos de imágenes secundarias; y 4) producir, mediante el sistema de procesamiento de imágenes, datos de imágenes compuestas mejorados mejorando la alineación de las estructuras físicas en una imagen en tiempo real basada en los datos de imágenes en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes en una imagen secundaria basada en los datos de imágenes secundarias. El método también incluye la recepción, por parte del sistema de procesamiento de imágenes, de un comando que permite mover la imagen en tiempo real con respecto a la imagen secundaria cuando el sistema de procesamiento de imágenes está operando en un modo desbloqueado en el que la imagen en tiempo real es libre de moverse con respecto a la imagen secundaria. El método incluye adicionalmente la recepción, por parte del sistema de procesamiento, de una orden para poner el sistema de procesamiento en un modo de operación bloqueado, de modo que se prevenga el movimiento relativo entre la imagen en tiempo real y la imagen secundaria.
En una realización, el método incluye además permitir la corrección, por el sistema de procesamiento, de una desalineación entre los datos de imagen en tiempo real relativos a los datos de imagen secundarios hasta que un operador determina que los datos de imagen en tiempo real coinciden con los datos de imagen secundarios. En una realización, el método incluye computar, por el sistema de proceso, una métrica de la calidad del registro de la imagen (IRQ) continuamente, la métrica de IRQ que cuantifica un grado de la alineación de las estructuras físicas en la imagen en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes en la imagen secundaria. En una realización, el método incluye además determinar si la métrica IRQ cumple un valor umbral predeterminado o un valor umbral determinado dinámicamente; y suministrar, basándose en la determinación, una señal de retroalimentación a un operador o para poner automáticamente el sistema de procesamiento de imágenes en el modo bloqueado para prevenir el movimiento relativo entre la imagen en tiempo real y la imagen secundaria. El método también puede incluir proporcionar la métrica IRQ como retroalimentación al operador. En una realización, el valor umbral determinado dinámicamente puede ser un valor IRQ máximo o mínimo. El método también incluye almacenar la métrica IRQ y una pose de alineación correspondiente que logró la métrica IRQ.
En una realización, el método también puede incluir comparar una primera métrica de IRQ obtenida en una primera pose de alineación intentada con una segunda métrica de IRQ obtenida en una segunda pose de alineación intentada, y almacenar como una pose de alineación la primera pose de alineación intentada o la segunda pose de alineación intentada que logró un mejor valor de IRQ entre la primera métrica de IRQ y la segunda métrica de IRQ. Por ejemplo, la mejor métrica IRQ puede corresponder a una métrica IRQ más alta en la primera y segunda métricas IRQ, una métrica IRQ más baja en la primera y segunda métricas IRQ, o una métrica IRQ entre la primera y segunda métricas IRQ que esté más cerca del valor umbral predeterminado.
En una realización, el método también puede incluir bloquear automáticamente una alineación entre las estructuras físicas en la imagen en tiempo real con las estructuras físicas correspondientes en la imagen secundaria, si, después de un cierto número de iteraciones de comparación, ya no es posible ninguna mejora en la alineación, o ya no se espera ninguna mejora en la alineación basándose en una tendencia de la métrica IRQ, o después de que la métrica IRQ haya alcanzado el valor umbral predeterminado, y seleccionar una pose de alineación almacenada previamente que tenga una métrica IRQ mejor alcanzada como una pose de alineación óptima.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, también se proporciona un medio no transitorio legible por procesador que tiene instrucciones almacenadas en el mismo, que cuando se ejecutan por uno o más procesadores, hacen que el uno o más procesadores implementen el método anterior.
La anterior descripción detallada de realizaciones incluye referencias a los dibujos o figuras, que muestran ilustraciones de acuerdo con realizaciones de ejemplo. Las realizaciones aquí descritas pueden combinarse, pueden utilizarse otras realizaciones o pueden hacerse cambios estructurales, lógicos y de operación sin salirse del ámbito de lo reivindicado. Por lo tanto, la descripción detallada anterior no debe tomarse en sentido limitativo, y su ámbito queda definido por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes. Debe ser evidente que se pueden hacer varias modificaciones y cambios a estas realizaciones sin apartarse del espíritu y ámbito más amplios de la presente divulgación. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse en sentido ilustrativo y no restrictivo.
Las presentes enseñanzas pueden implementarse utilizando diversas tecnologías. Por ejemplo, ciertos aspectos de esta divulgación pueden implementarse utilizando hardware electrónico, software informático o cualquier combinación de estos. El hecho de que dichos elementos se implementen como hardware o software depende de la aplicación específica y las restricciones de diseño impuestas sobre el sistema general. A modo de ejemplo, el hardware electrónico, o cualquier porción de este, puede implementarse con un sistema de procesamiento que incluya uno o más procesadores. Entre los ejemplos de procesadores se incluyen microprocesadores, microcontroladores, unidades centrales de procesamiento (CPU), procesadores de señales digitales (DSP), matrices de puertas programables en campo (FPGA), dispositivos lógicos programables (PLD), máquinas de estado, lógica de compuerta, circuitos de hardware discretos y otro hardware adecuado configurado para realizar diversas funciones descritas a lo largo de esta divulgación. Uno o más procesadores del sistema de procesamiento pueden ejecutar software, firmware o middleware (denominados colectivamente "software"). El término "software" se interpretará en sentido amplio para referirse a instrucciones, conjuntos de instrucciones, código, segmentos de código, código de programa, programas, subprogramas, componentes de software, aplicaciones, aplicaciones de software, paquetes de software, rutinas, subrutinas, objetos, ejecutables, hilos de ejecución, procedimientos, funciones, etc., tanto si se denominan software, firmware, middleware, microcódigo, lenguaje de descripción de hardware o de otro modo. En ciertas realizaciones, el hardware electrónico también puede incluir circuitos integrados diseñados para aplicaciones específicas (ASIC), dispositivos lógicos programables o diversas combinaciones de estos. El sistema de proceso puede referirse a un ordenador (por ejemplo, un ordenador de sobremesa, una tableta, un ordenador portátil), un teléfono móvil, un teléfono inteligente, etc. El sistema de proceso también puede incluir uno o más dispositivos de entrada, uno o más dispositivos de salida (por ejemplo, una pantalla), memoria, interfaz de red, etc.
Si ciertas funciones descritas en el presente documento se implementan en software, las funciones pueden almacenarse o codificarse como una o más instrucciones o código en un medio no transitorio legible por ordenador. Los soportes legibles por ordenador incluyen soportes de almacenamiento informático. Los medios legibles por ordenador pueden ser cualquier medio disponible al que se pueda acceder desde un ordenador. A título de ejemplo, y no limitativo, tales medios legibles por ordenador pueden comprender una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de sólo lectura (ROM), una memoria ROM programable eléctricamente borrable (EEPROM), un disco compacto ROM (CD-ROM) u otro almacenamiento en disco óptico, un almacenamiento en disco magnético, una memoria de estado sólido, o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de datos, combinaciones de los tipos de medios legibles por ordenador antes mencionados, o cualquier otro medio que pueda utilizarse para almacenar código ejecutable por ordenador en forma de instrucciones o estructuras de datos a las que pueda acceder un ordenador. Para los propósitos de este documento de patente, los términos "o" y "y" significarán "y/o" a menos que se indique lo contrario o se pretenda claramente lo contrario por el contexto de su uso. El término "un" significará "uno o más" a menos que se indique lo contrario o cuando el uso de "uno o más" sea claramente inadecuado. Los términos "comprende", "comprendiendo", "incluye" e "incluyendo" son intercambiables y no pretenden ser limitativos. Por ejemplo, el término "incluido" se interpretará como "incluido, pero no limitado a".
Aunque las realizaciones se han descrito con referencia a realizaciones de ejemplo específicas, será evidente que pueden hacerse diversas modificaciones y cambios a estas realizaciones de ejemplo sin apartarse del espíritu y ámbito más amplios de la presente solicitud. Por consiguiente, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse en sentido ilustrativo y no restrictivo.
Las realizaciones ilustradas y discutidas en la presente memoria descriptiva están destinadas únicamente a enseñar a los expertos en la técnica cómo hacer y utilizar la invención. Al describir las realizaciones de la divulgación, se emplea terminología específica en aras de la claridad. Sin embargo, la divulgación no pretende limitarse a la terminología específica así seleccionada. Las realizaciones de la divulgación descritas anteriormente pueden modificarse o variarse, sin apartarse de la invención, según aprecien los expertos en la técnica a la luz de las enseñanzas anteriores, siempre que el resultado siga estando dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, debe entenderse que, dentro del ámbito de las reivindicaciones y sus equivalentes, la invención puede practicarse de forma distinta a la descrita específicamente. Por ejemplo, debe entenderse que la presente divulgación contempla que, en la medida de lo posible, una o más características de cualquier realización pueden combinarse con una o más características de cualquier otra realización.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de guiado por imagen quirúrgico, comprendiendo: una cámara de seguimiento (36); un dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos capaz de obtener imágenes en tiempo real del cuerpo de un paciente (34), dicho dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos montado en la cámara de seguimiento; un sistema de seguimiento configurado para recibir datos de imágenes ópticas de la cámara de seguimiento y determinar una posición del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente, basándose en una pluralidad de marcadores fiduciales (30) unidos al cuerpo del paciente y visibles en los datos de imágenes ópticas; un sistema de procesamiento de imágenes conectado operativamente al dispositivo de imágenes por ultrasonidos y al sistema de seguimiento, el sistema de procesamiento de imágenes configurado para: recibir una imagen por ultrasonidos en tiempo real (62) del paciente desde el dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos y un conjunto de datos de imágenes tridimensionales, 3D, (60) del paciente desde otro dispositivo de formación de imágenes, dicha pluralidad de marcadores fiduciales también visibles en el conjunto de datos de imágenes 3D; determinar una posición de cada uno de la pluralidad de marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imagen 3D; realizar un registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, basándose en la posición del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente y en la posición de los marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imágenes 3D; basándose en el registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, extraer una imagen espacialmente correspondiente del conjunto de datos de imágenes 3D; producir una imagen compuesta basada en una superposición de la imagen en tiempo real con la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; proporcionar un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real pueda moverse libremente con respecto a la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; refinar el registro recibiendo al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional en el que las estructuras físicas (64, 66) de la imagen extraída se solapan con las correspondientes estructuras físicas (64, 66) de la al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional; y proporcionar medios automáticos o manuales para entrar en un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real y la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D están bloqueadas una respecto a la otra para prevenir el movimiento relativo entre ellas; y un dispositivo de visualización configurado para recibir la imagen compuesta del sistema de procesamiento de imágenes y mostrar la imagen compuesta.
  2. 2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el registro puede refinarse en un modo manual en el que un operador del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos determina visualmente que las estructuras físicas de la imagen extraída se solapan con las estructuras físicas correspondientes de la imagen adicional en tiempo real, utilizando la imagen compuesta que se muestra en el dispositivo de visualización.
  3. 3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el registro se puede refinar en un modo automático en el que el sistema de procesamiento de imágenes está configurado adicionalmente para: calcular una métrica de calidad de registro de imagen, IRQ, que cuantifique la calidad de la alineación de las estructuras físicas de la imagen extraída con las estructuras físicas correspondientes de la imagen adicional en tiempo real; y proporcionar en el dispositivo de visualización la métrica IRQ como información en tiempo real a un operador del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos, en la que la determinación de que las estructuras físicas (64, 66) de la imagen extraída se solapan con las estructuras físicas correspondientes de la imagen adicional en tiempo real se basa en un valor optimizado de la métrica IRQ calculada.
  4. 4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el sistema de procesamiento de imágenes está configurado adicionalmente para: determinar si la métrica IRQ cumple un valor umbral predeterminado o un valor umbral determinado dinámicamente; y basándose en la determinación, configurar automáticamente el sistema de procesamiento de imágenes para que la al menos una imagen adicional en tiempo real se corresponda espacialmente con la imagen extraída.
  5. 5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el valor umbral determinado dinámicamente es uno de un valor IRQ máximo y un valor IRQ mínimo, o el sistema de procesamiento de imágenes está configurado para almacenar la métrica IRQ y una pose de alineación correspondiente que logró la métrica IRQ, o bien el sistema de procesamiento de imágenes está configurado para comparar una primera métrica IRQ obtenida en una primera pose de intento de alineación con una segunda métrica IRQ obtenida en una segunda pose de intento de alineación y para almacenar como pose de alineación la primera pose de alineación o la segunda pose de intento de alineación que logró un mejor valor IRQ entre la primera métrica IRQ y la segunda métrica IRQ.
  6. 6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la mejor métrica IRQ corresponde a una de una métrica IRQ más alta en la primera y segunda métricas IRQ, una métrica IRQ más baja en la primera y segunda métricas IRQ, y una métrica IRQ entre la primera y segunda métricas IRQ que está más cerca del valor umbral predeterminado, y opcionalmente, el sistema de procesamiento de imágenes está configurado para: bloquear automáticamente un alineación entre las estructuras físicas de la al menos una imagen en tiempo real adicional con las estructuras físicas correspondientes de la imagen extraída cuando, tras un cierto número de iteraciones de comparación, no sea posible mejorar más la alineación, o no se espera mejorar más la alineación basándose en una tendencia de la métrica IRQ, o después de que la métrica IRQ haya alcanzado el valor umbral predeterminado, y seleccionar una pose de alineación previamente almacenada que tenga una métrica IRQ mejor lograda como pose de alineación óptima.
  7. 7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de procesamiento de imágenes comprende un dispositivo de entrada configurado para recibir una primera entrada de un operador para configurar el sistema de procesamiento de imágenes para permitir que la al menos una imagen adicional en tiempo real se actualice sin corresponderse espacialmente con la imagen extraída, y recibir adicionalmente una segunda entrada del operador para configurar el sistema de procesamiento de imágenes para requerir que la al menos una imagen adicional en tiempo real se corresponda espacialmente con la imagen extraída.
  8. 8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la métrica IRQ se calcula realizando una correlación cruzada bidimensional entre la imagen adicional en tiempo real y la imagen extraída.
  9. 9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la correlación cruzada bidimensional entre la imagen adicional en tiempo real y la imagen extraída se realiza de acuerdo con la siguiente ecuación:
    dondef(m,n)yg(m,n)son los respectivos valores de píxel de la imagen en tiempo real adicional y de la imagen extraída en las localizacionesm,n,coni=j=0para determinar dicha correlación.
  10. 10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el otro dispositivo de formación de imágenes es uno de los siguientes: un dispositivo de tomografía computarizada (TC), un dispositivo de resonancia magnética (RM) y un dispositivo de formación de imágenes médicas tridimensionales.
  11. 11. Un método de guiado por imagen quirúrgico que comprende: recibir mediante un sistema de procesamiento de imágenes una imagen por ultrasonidos en tiempo real (62) de un paciente desde un dispositivo de imágenes por ultrasonido, un conjunto de datos de imágenes tridimensionales (3D) (60) del paciente desde otro dispositivo de imágenes, y una posición del dispositivo de imágenes por ultrasonido con relación al cuerpo del paciente desde un sistema de seguimiento que recibe datos de imágenes ópticas desde una cámara de seguimiento, en el que una pluralidad de marcadores fiduciales son visibles en el conjunto de datos de imágenes 3D y visibles en los datos de imágenes ópticas; determinar una posición de cada uno de la pluralidad de marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imagen 3D; realizar un registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes en 3D, basándose en la posición del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos con respecto al cuerpo del paciente y en la posición de los marcadores fiduciales con respecto al conjunto de datos de imágenes en 3D; basándose en el registro de la imagen por ultrasonidos en tiempo real con el conjunto de datos de imágenes 3D, extraer una imagen espacialmente correspondiente del conjunto de datos de imágenes 3D; producir mediante el sistema de procesamiento de imágenes una imagen compuesta basada en una superposición de la imagen en tiempo real con la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; proporcionar un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real es libre de moverse en relación con la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D; refinar el registro recibiendo al menos una imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional en la que las estructuras físicas (64, 66) de la imagen extraída se solapen con las correspondientes estructuras físicas (64, 66) de la imagen por ultrasonidos en tiempo real adicional; proporcionar medios automáticos o manuales para entrar en un modo en el que la imagen por ultrasonidos en tiempo real y la imagen extraída del conjunto de datos de imágenes 3D están bloqueadas una respecto a la otra para prevenir el movimiento relativo entre ellas; y visualizar la imagen compuesta en un dispositivo de visualización.
  12. 12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el registro se refina en un modo manual en el que un operador del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos determina visualmente que las estructuras físicas de la imagen extraída se solapan con las estructuras físicas correspondientes de la imagen adicional en tiempo real utilizando la imagen compuesta que se muestra en el dispositivo de visualización.
  13. 13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el registro se refina en un modo automático en el que el método comprende adicionalmente calcular una métrica de calidad de registro de imagen, IRQ, que cuantifica una calidad de una alineación de las estructuras físicas en la imagen extraída con las estructuras físicas correspondientes en la imagen adicional en tiempo real; y proporcionar en el dispositivo de visualización la métrica IRQ como información en tiempo real a un operador del dispositivo de formación de imágenes por ultrasonidos, en el que la determinación de que las estructuras físicas (64, 66) de la imagen extraída se solapan con las estructuras físicas correspondientes de la imagen adicional en tiempo real se basa en un valor optimizado de la métrica IRQ calculada.
  14. 14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, que además comprende: determinar si la métrica IRQ cumple un valor umbral predeterminado o un valor umbral determinado dinámicamente; y basándose en la determinación, requerir que la al menos una imagen adicional en tiempo real se corresponda espacialmente con la imagen extraída.
  15. 15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el valor umbral determinado dinámicamente es uno de un valor IRQ máximo y un valor IRQ mínimo, y opcionalmente, el método comprende adicionalmente almacenar la métrica IRQ y una pose de alineación correspondiente que logró la métrica IRQ, y opcionalmente, el método comprende adicionalmente comparar una primera métrica IRQ obtenida en una primera pose de intento de alineación con una segunda métrica IRQ obtenida en una segunda pose de intento de alineación, y almacenar como pose de alineación la primera pose de intento de alineación o la segunda pose de intento de alineación que haya logrado un mejor valor IRQ entre la primera métrica IRQ y la segunda métrica IRQ; o bien en el que la mejor métrica IRQ corresponde a una de las métricas IRQ más altas de la primera y segunda métricas IRQ, una métrica IRQ más baja de la primera y segunda métricas IRQ, y una métrica IRQ entre la primera y segunda métricas IRQ que es la más cercana al valor umbral predeterminado, y opcionalmente, el método comprende además bloquear automáticamente una alineación entre las estructuras físicas de la al menos una imagen en tiempo real adicional con las estructuras físicas correspondientes de la imagen extraída cuando, tras un cierto número de iteraciones de comparación, no es posible mejorar más la alineación, o no se espera mejorar más la alineación basándose en una tendencia de la métrica IRQ, o después de que la métrica IRQ haya alcanzado el valor umbral predeterminado, y seleccionar una pose de alineación previamente almacenada que tenga una métrica IRQ mejor lograda como pose de alineación óptima.
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