ES2213133T3 - Navegacion con ayuda de rayos x, con imagenes radiograficas bidimensionales iniciales. - Google Patents
Navegacion con ayuda de rayos x, con imagenes radiograficas bidimensionales iniciales.Info
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Abstract
Procedimiento para la representación gráfica en un sistema de navegación médica asistido por radiografía en el que - mediante un aparato de radiografía previamente calibrado en el sistema de navegación se realizan gran número de radiografías de un paciente desde diferentes posiciones mientras que mediante un sistema de navegación médica se efectúa una determinación de la posición del aparato de radiografía, - se evalúan los datos recibidos del paciente a partir de las radiografías realizadas mediante su procesamiento en el sistema del aparato de radiografía sobre la base de la calibración y se transforman espacialmente, - adicionalmente a los datos del paciente evaluados y transformados también se envían al sistema de navegación las radiografías bidimensionales originales y la información de elaboración correspondiente a las radiografías y - las radiografías bidimensionales se muestran como ayuda a la navegación en una pantalla de visualización del sistema de navegación.
Description
Navegación con ayuda de rayos X, con imágenes
radiográficas bidimensionales iniciales.
La presente invención trata de la navegación
asistida por radiografías en el terreno de la medicina. Proporciona
un procedimiento para la representación de imágenes en un sistema
de navegación médico asistido por radiografías.
La cirugía moderna asistida por ordenador es
capaz de representar, con la ayuda de los sistemas de navegación
médicos, los instrumentos o implantes del cirujano en un monitor en
relación con los datos gráficos anatómicos durante la operación.
Dichos datos gráficos anatómicos de un paciente se pueden adquirir
preoperativamente o intraoperativamente y pueden estar compuestos de
diferentes modalidades (CT, MRI, PET, SPECT, radiografías o
combinaciones de las mismas).
En la cirugía asistida por ordenador también es
habitual en la actualidad extraer datos gráficos con ayuda de un
aparato de radiografía, que la mayoría de las veces se emplea como
un arco en forma de C, y aprovechar a continuación dichos datos con
ayuda de un sistema de navegación. El sistema computerizado procesa
los datos gráficos y los "registra", es decir que el sistema
determina la posición exacta de los datos gráficos en relación con
una referencia previamente definida, por ejemplo, el paciente de la
sala. Según lo anterior, es posible representar sobre dichos datos
adquiridos la posición de un instrumento, es decir navegar sobre
los datos.
La navegación basada en radiografías tiene la
ventaja de que mediante un procedimiento de registro muy sencillo
permite que el cirujano pueda recurrir de manera sencilla, rápida y
sin complicaciones a la ayuda de la navegación. De modo aislado, la
navegación por radiografías pone a disposición del cirujano una
ayuda valiosa, pero que con los procedimientos aplicados en la
actualidad tiene la desventaja de que cada imagen se tiene que
registrar individualmente y representarla a continuación en su
relación correcta con los instrumentos o aparatos.
Por otro lado, también existen sistemas que
aprovechan tanto la navegación sobre la base de conjuntos de datos
de volumen (por ejemplo, CT y MRI) como también, adicionalmente,
radiografías que hay que registrar individualmente o radiografías
reconstruidas que se reconstruyen a partir del conjunto de datos de
volumen o de los conjuntos de radiografías procesados. En este
caso, la desventaja consiste en que las radiografías proporcionan
en su estado original unos datos de imagen muy buenos con un alto
contraste y buena precisión de detalle, pero estas ventajas se
pierden parcialmente al transformarlas en un conjunto de datos de
volumen de 3D y al realizar la transformación inversa en
radiografías reconstruidas. Entonces, el cirujano tiene que navegar
con datos gráficos cuyo contenido es menos bueno que el de las
radiografías tomadas originalmente.
Por el documento WO 96/11624 se conoce un sistema
de navegación quirúrgica con un marco de referencia y localización.
El documento US 5.980.535 describe un dispositivo para un
procedimiento de exploración anatómica en el cual se procesan
señales de posición que provienen de un objeto de referencia situado
en un brazo giratorio de una pinza de cabeza.
El documento US 6.314.310 B1 describe un sistema
de localización quirúrgica dirigido por radiografías con un volumen
de mapeado ampliado en el cual se registran las radiografías
procedentes de un aparato de radiografía fluoroscópico (en forma de
arco en C) a través de unos elementos de referencia en relación con
unos instrumentos quirúrgicos. Por el documento DE 199 17 867 A1 1
se conoce un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento con
soporte de imágenes de objetivos de tratamiento con integración de
detección por radiografía y sistema de navegación. El documento US
6.048.097 muestra un dispositivo de exploración por radiografía con
un arco en forma de C en el que al menos en una posición del brazo
en C tiene lugar una radiación isocéntrica.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un procedimiento para la navegación asistida por
radiografía que solucione las desventajas anteriormente mencionadas
del estado de la técnica. En particular, se debe garantizar que se
proporcionen al cirujano unas radiografías para la navegación con
exactitud de detalle. Además de lo anterior, debe evitarse en la
medida de lo posible el laborioso registro individual
intraoperativo de las radiografías conseguidas.
Dicho objetivo se consigue, conforme a la
invención, mediante un procedimiento para la representación gráfica
en un sistema de navegación médica asistido por radiografía en el
cual, mediante un aparato de radiografía calibrado previamente en
el sistema de navegación, se toman gran número de radiografías de un
paciente desde diferentes posiciones, al mismo tiempo que mediante
un sistema de navegación médica se lleva a cabo una determinación
de la posición del aparato de radiografía, se evalúan y transforman
espacialmente los datos del paciente recibidos a través de las
radiografías tomadas mediante su procesamiento en el sistema de
radiografía sobre la base de la mencionada calibración;
adicionalmente a los datos del paciente evaluados y transformados
también se envían al sistema de navegación las radiografías
bidimensionales originales y la información de toma correspondiente
a dichas radiografías y se muestran las radiografías
bidimensionales como ayuda a la navegación sobre una pantalla de
visualización del mencionado sistema de navegación.
La ventaja del procedimiento según la invención
está basada, particularmente, en que se ponen a disposición las
radiografías bidimensionales originales. Dichas radiografías poseen
una mayor exactitud de detalle que las radiografías reconstruidas a
partir del conjunto de datos de volumen que se usaban hasta el
momento y también presentan un mejor contraste. Además, en la
actualidad a los cirujanos que están acostumbrados a interpretar
radiografías bidimensionales también les resulta más fácil
interpretar esas radiografías originales de su forma habitual
durante la navegación. Puesto que las radiografías tomadas al
paciente se registran en el sistema de navegación al mismo tiempo
que su toma y los datos gráficos están a disposición junto con las
informaciones de registro de todas las imágenes, ya no es necesario
registrar cada vez individualmente y por separado las radiografías
tomadas para hacer posible la navegación. El cirujano puede navegar,
a su elección, por las representaciones tridimensionales elaboradas
con los datos gráficos recibidos (conjunto de datos de volumen) o
por las radiografías bidimensionales habituales que ya han sido
registradas previamente. Por supuesto, la navegación también se
puede realizar de modo simultáneo en todas las representaciones
gráficas. Los datos de las radiografías bidimensionales originales
se pueden visualizar por separado por lo que, por ejemplo, es
posible que el cirujano, por así decir, "hojee" dichas
imágenes hasta que encuentre la imagen que desee, la más expresiva,
para la navegación. En particular, también representa una ventaja
que se pueda navegar sin un registro adicional con ayuda de las
radiografías bidimensionales.
Para llevar a cabo la calibración del aparato de
radiografía se puede determinar ventajosamente su posición en
relación con un modelo de calibración captado por el sistema de
navegación. Según una forma de realización preferida de la
invención, durante la calibración del aparato de radiografía se
elaboran unas matrices de transformación acerca de la posición
espacial de las radiografías tomadas. Al hacerlo, con la
transmisión de las radiografías bidimensionales originales al
sistema de navegación también se pueden transmitir, preferentemente,
las matrices de transformación asociadas a cada una de las
radiografías.
En una configuración preferida se emplea como
aparato de radiografía con el procedimiento según la invención un
aparato de radiografía en forma de arco en C que toma las
radiografías en diferentes posiciones de giro, en particular, series
de radiografías isocéntricas.
La invención trata además de un programa
almacenado en un sistema de memoria susceptible de ser leído por un
ordenador que, cuando se ejecuta o se carga en un ordenador, hace
que dicho ordenador realice uno de los procedimientos arriba
mencionados.
A continuación, se describe con mayor detalle la
invención con ayuda de las figuras adjuntas y mediante un ejemplo de
realización. Las figuras siguientes muestran:
Figura 1 un aparato de radiografía en forma de
arco en C, un procedimiento de calibración;
Figura 2 el aparato de radiografía en forma de
arco en C de la figura 1 en el momento de la captura; y
Figura 3 una representación gráfica tal y como se
puede preparar mediante el procedimiento según la invención.
La figura 1 muestra un aparato de radiografía en
forma de arco en C 1 cuyo arco puede girar para la captura de
radiografías alrededor del eje 2, de modo que puede realizar una
serie de radiografías isocéntricas. En la parte superior del arco
en C 1 está representada la fuente de radiación 3 y enfrente de la
misma el capturador de imagen 4 que lleva un suplemento de
calibración que presenta, a su vez, una geometría de marcado 5. De
forma esquemática, se ha dibujado el sistema de navegación 9 que
capta y persigue, por ejemplo, mediante unas cámaras, las posiciones
del arco en forma de C (a través de la geometría de marcado 5) y de
los objetos que se encuentren dentro del campo de radiación (por
ejemplo, el modelo de calibración 10 con la geometría de marcado 6
de la figura 1 o el paciente 8 con la geometría de marcado 7 en la
figura 2). Mediante una conexión de datos no representada se pueden
transmitir al sistema de navegación 9 los datos que han sido
captados por el aparato de radiografía en forma de arco en C y que
probablemente ya han sido procesados.
En la figura 1 se ha representado el aparato de
radiografía en forma de arco en C 1 durante el proceso de
calibración, insertándose en este caso en la trayectoria de los
rayos el modelo de calibración 10 que presenta la geometría de
marcado 6 que, a su vez, puede ser reconocida por el sistema de
navegación 9. En la figura 2, se muestra el aparato de radiografía
en forma de arco en C de la figura 1 durante la captura de
radiografías de un paciente, estando situado en este caso en la
trayectoria de los rayos dicho paciente 8 que, a su vez, lleva la
geometría de marcado 7 que puede detectar el sistema de navegación
9.
A continuación, se explicará el desarrollo de un
procedimiento según la invención conforme a un ejemplo de
realización en el que se usan datos precalibrados para permitir una
navegación simultánea a partir de datos bidimensionales y
tridimensionales:
En un primer paso se calibra el arco en forma de
C 1 usado para la navegación en relación con el modelo de
calibración 10. Para ello, se graba la posición del arco en forma
de C 1 en relación con la posición del modelo 10 mediante el sistema
de cámaras del sistema de navegación 9. Dicha calibración permite
transformar los datos bidimensionales adquiridos mediante la
radiografía del paciente y, concretamente, relacionarlos mutuamente
por medio de unas matrices de transformación y usarlos para la
navegación tridimensional.
Después de la calibración se puede realizar la
captura de datos del paciente 8 (figura 2). Para ello, se graba la
posición del arco en forma de C 1 en relación con el paciente 8
mediante el sistema de cámaras del sistema de navegación 9. Después
de determinar la posición de esta manera se realiza la captura de un
número determinado de radiografías bidimensionales que, con ayuda
de la calibración, se ponen en relación entre sí y con el arco en
forma de C 1 y, por consiguiente, también con el paciente 8.
Después de terminar la captura de los datos
bidimensionales, estos se transforman en datos tridimensionales con
ayuda de las matrices de transformación determinadas mediante la
calibración. Dichos datos tridimensionales se transmiten al sistema
de navegación 9 y, a continuación, se pueden aplicar a la cirugía
asistida por ordenador, puesto que ya están registrados en relación
con el paciente 8 mediante la determinación de posición del arco en
forma de C 1.
Pero, por ejemplo, en un dispositivo de memoria
del arco en forma de C se conservan los datos de las radiografías
bidimensionales en su forma original, es decir con las matrices de
transformación correspondientes. Según la invención, a partir de
ahora no sólo se envían, como hasta el momento, las informaciones
sobre la posición (la matriz de transformación) de los datos
tridimensionales al sistema de navegación 9, sino que también se
realiza la transmisión de los datos bidimensionales y la matriz de
transformación individual correspondiente a cada radiografía. De
este modo, dichos datos originales, que en cualquier caso están a
disposición del cirujano junto con las informaciones necesarias de
posición en el espacio, se pueden aprovechar para la navegación con
su contenido gráfico original y, por ejemplo, se pueden representar
tal y como se muestra en la figura 3.
Esta figura 3 muestra un ejemplo de pantalla de
visualización para un sistema de navegación que contiene cuatro
imágenes. Concretamente, por un lado la representación habitual en
3D A que se consigue a partir del conjunto de datos de volumen
tridimensionales transformados y, por otro lado, tres
representaciones bidimensionales B (axial), C (lateral) y D
(frontal). Pero en este caso, las representaciones bidimensionales
no son las reconstrucciones habituales de imágenes en 2D a partir
del conjunto de datos en 3D que también se usan para realizar la
representación A, sino las radiografías realizadas originalmente
por el arco en forma de C 1, que ya fueron registradas previamente
durante su elaboración y que están a disposición en el sistema de
navegación en el momento de la elaboración para cada una de las
matrices de transformación porque han sido enviadas por separado con
la representación en 2D. Ahora, el cirujano puede trabajar durante
la operación tanto sobre las radiografías bidimensionales
originales como también sobre la representación tridimensional y en
una combinación de estas dos posibilidades de navegación. Las
ventajas de esto son, en particular, la mejor calidad de
representación de las radiografías bidimensionales originales en
comparación con los datos transformados tridimensionales,
especialmente en lo que se refiere a su mejor contraste y su mejor
exactitud de detalle. Además de lo anterior, al cirujano le resulta
más sencillo navegar por dichas radiografías detalladas, ya que
está más acostumbrado por su formación a interpretar esta clase de
imágenes. De manera ventajosa, se realiza un registro automático de
los datos bidimensionales y tridimensionales y es posible conseguir
modos de visualización especiales; por ejemplo, es posible, por así
decir, "hojear" la serie de radiografías a través de las
imágenes B, C y D; es decir que se puede llamar a la imagen
siguiente hasta que el cirujano haya encontrado la imagen óptima
para la navegación.
Claims (6)
1. Procedimiento para la representación gráfica
en un sistema de navegación médica asistido por radiografía en el
que
- -
- mediante un aparato de radiografía previamente calibrado en el sistema de navegación se realizan gran número de radiografías de un paciente desde diferentes posiciones mientras que mediante un sistema de navegación médica se efectúa una determinación de la posición del aparato de radiografía,
- -
- se evalúan los datos recibidos del paciente a partir de las radiografías realizadas mediante su procesamiento en el sistema del aparato de radiografía sobre la base de la calibración y se transforman espacialmente,
- -
- adicionalmente a los datos del paciente evaluados y transformados también se envían al sistema de navegación las radiografías bidimensionales originales y la información de elaboración correspondiente a las radiografías y
- -
- las radiografías bidimensionales se muestran como ayuda a la navegación en una pantalla de visualización del sistema de navegación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que para la calibración del aparato de radiografía se determina su
posición en relación con un modelo de calibración detectable por el
sistema de navegación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el cual durante la calibración del aparato de radiografía se
elaboran unas matrices de transformación acerca de la posición
espacial de las radiografías realizadas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el
que con la transmisión de las radiografías bidimensionales
originales al sistema de navegación también se envían las matrices
de transformación correspondientes a cada una de dichas
radiografías.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que se usa como aparato de
radiografía un aparato de radiografía en forma de arco en C que
realiza radiografías en diferentes posiciones de giro y, en
particular, series de radiografías isocéntricas.
6. Programa memorizado en un dispositivo de
memoria susceptible de ser leído por un ordenador que cuando se
ejecuta o se carga en un ordenador hace que dicho ordenador ejecute
un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5.
Applications Claiming Priority (1)
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