ES2231185T3

ES2231185T3 - Aparatos y metodos para cirugia guiada por imagenes.

Info

Publication number: ES2231185T3
Application number: ES00923554T
Authority: ES
Inventors: Anthony J. Melkent; Thomas A. Carls; David A. Simon; Kevin Foley
Original assignee: Surgical Navigation Technologies Inc
Current assignee: Medtronic Navigation Inc
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-04-22
Publication date: 2005-05-16
Anticipated expiration: 2020-04-22
Also published as: DE60015320T2; AU4365600A; WO2000064367A1; EP1504726A1; EP1173105A1; DE60015320D1; ATE280541T1; EP1173105B1

Abstract

Aparato (2000) que está destinado a ser usado en un procedimiento quirúrgico de colocación de dispositivos de fusión intercorporal, estando el aparato destinado a ser usado con un sistema quirúrgico (100) guiado por imágenes, incluyendo el sistema un procesador (120) de ordenador, un dispositivo de visualización (121) acoplado al procesador, y una memoria (2018, 2026) que está asociada al procesador y tiene almacenadas instrucciones de ordenador que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador visualice en el dispositivo de visualización al menos una imagen anteroposterior o una imagen lateral correspondiente a la parte de una espina dorsal en la cual debe ser ejecutado el procedimiento de colocación (2082); estando el aparato caracterizado por comprender: una interfaz (2010, 2020) para introducir en el procesador uno o varios puntos (2012, 2018) y para generar una referencia (2016) del plano de la línea media; adicionales instrucciones de ordenador que están almacenadas en la memoria y, alser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice en el dispositivo de visualización en registro con al menos una de las imágenes anteroposteriores y laterales visualizadas un plano de la línea media (2016) correspondiente a dicho punto o a dichos varios puntos; y adicionales instrucciones para generar puntos desviados de implantación referidos a dicho plano de la línea media sobre la base de los valores de punto desviado introducidos.

Description

Aparatos y métodos para cirugía guiada por imágenes.

La presente invención está dirigida en general a la cirugía guiada por imágenes, y más en particular a aparatos y métodos para usar la cirugía guiada por imágenes para procedimientos quirúrgicos dependientes de referencias, tales como la colocación de dispositivos de fusión intercorporal.

Descripción de la técnica afín

Muchos procedimientos quirúrgicos requieren que el cirujano establezca con cierta precisión una "referencia" en la anatomía del paciente como punto de referencia para aspectos del procedimiento. Éste es particularmente el caso que se da, por ejemplo, en la cirugía espinal que requiere la implantación de dispositivos de fusión intercorporal, entre los que se incluyen los dispositivos tipo jaula y los dispositivos tipo clavija ósea, para los que el sitio de implantación deseado es referido a un plano hipotético que está orientado con respecto a la columna vertebral y al que se denomina el "plano de la línea media". El cirujano usará típicamente este plano como referencia para el sitio de implantación del dispositivo de fusión, y los fabricantes de estos dispositivos a menudo especifican los sitios de implantación preferidos con referencia a esta referencia o figura.

La práctica corriente para la colocación de dispositivos de fusión intercorporal supone determinar un plano de la línea media de la columna vertebral tomando múltiples imágenes fluoroscópicas. Una vez determinado esto, se marca una línea media con una pluma de tinta o un utensilio equivalente directamente en el cuerpo vertebral y/o disco intervertebral del paciente, y dicha línea media es usada por el cirujano para determinar la "desviación", es decir, el sitio a la derecha o a la izquierda de la línea media en el cual será centrado el dispositivo de fusión intercorporal. Esto se lleva a cabo habitualmente a base de colocar en este punto instrumentos que tienen desviaciones incorporadas que son dependientes de la talla de los dispositivos de fusión, y se marca con la pluma la situación desviada del dispositivo de fusión intercorporal.

El cirujano tiene que construir entonces mentalmente el plano de la línea media que pasa por la línea media marcada a fin de establecer la trayectoria que pasa por el punto desviado. Esto puede ser difícil de hacer y es dependiente del cuidadoso posicionamiento del paciente (esto quiere decir que si el paciente no está acostado con total horizontalidad sobre la mesa, el cirujano puede inducir este error rotacional en su imagen mental del plano de la línea media). La instrumentación de implantación del dispositivo de fusión es entonces posicionada manualmente en el punto desviado marcado. La orientación de la trayectoria del instrumento es llevada a cabo usando múltiples vistas fluoroscópicas a tomar. Esto puede someter al paciente, al cirujano y al personal de quirófano a una excesiva exposición a la radiación.

Son conocidas técnicas mediante las cuales son usadas imágenes radiográficas para localizar la posición en tiempo real de instrumentos quirúrgicos en la anatomía del paciente representada por la imagen radiográfica sin que tengan que ser tomadas repetidamente radiografías. Rastreando el instrumento, es determinada la posición en tiempo real del instrumento en la anatomía representada por la imagen radiográfica, y es visualiza una correspondiente representación del instrumento en la imagen radiográfica. Esto permite al cirujano observar continuamente el progreso de la cirugía sin necesitar adicionales imágenes radiográficas, siendo con ello reducida la exposición total del paciente y del personal de quirófano.

La Patente US Nº 5.868.675 describe un sistema quirúrgico intracraneal que obtiene imágenes del cráneo del paciente y visualiza una representación tridimensional del mismo. La descripción se refiere a la optimización de la transferencia de marcos de referencia a base de reducir a un mínimo las desviaciones entre las coordenadas de la imagen del paciente en la pantalla y los puntos básicos en el propio paciente. Los puntos básicos pueden ser marcas especiales unidas al paciente o puntos notables en el paciente.

Breve exposición de la invención

Es objeto de la presente invención eliminar la necesidad de que el cirujano marque referencias anatómicas tales como el plano de la línea media directamente en el paciente.

Es también objeto de la presente invención reducir el número de imágenes, y por consiguiente la cantidad de radiación y/o el tiempo, que son necesarios para situar correctamente los instrumentos con respecto a una referencia.

Es un objeto adicional el de reducir el error de posicionamiento de los instrumentos quirúrgicos con respecto a tales referencias anatómicas.

Es otro objeto adicional el de proporcionar información de la posición de los instrumentos casi en tiempo real con respecto a tales referencias anatómicas.

Es otro objeto adicional el de utilizar y mejorar las capacidades de los sistemas quirúrgicos guiados por imágenes tales como los descritos en la solicitud afín anteriormente mencionada para la colocación de dispositivos de fusión intercorporal.

Según la presente invención, de acuerdo con las realizaciones que aquí se presentan y con la extensa descripción que se hace en la presente, se prevé un aparato que está destinado a ser usado con un sistema quirúrgico basado en imágenes para visualizar referencias anatómicas superpuestas sobre una imagen de la anatomía en la que debe operarse. En un aspecto, la presente invención aporta un aparato que está destinado a ser usado en un procedimiento quirúrgico de colocación de un dispositivo de fusión intercorporal, estando el aparato destinado a ser usado con un sistema quirúrgico guiado por imágenes, incluyendo el sistema un procesador de ordenador, un dispositivo de visualización acoplado al procesador y una memoria que está asociada al procesador y tiene almacenadas instrucciones de ordenador que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador visualice en el dispositivo de visualización al menos una imagen anteroposterior o una imagen lateral que corresponde a la parte de una espina dorsal en la cual debe ser ejecutado el procedimiento de colocación (2082); estando el aparato caracterizado por comprender una interfaz (2010, 2020) para introducir uno o varios puntos en el procesador y para generar una referencia del plano de la línea media; adicionales instrucciones de ordenador que están almacenadas en la memoria y, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice en el dispositivo de visualización en registro con al menos una de las imágenes anteroposterior y lateral visualizadas un plano de la línea media correspondiente a dicho punto o a dichos puntos; y adicionales instrucciones para generar puntos de implantación desviados con respecto a dicho plano de la línea media sobre la base de los valores de punto desviado introducidos. La interfaz puede ser seleccionada de entre los miembros del grupo que consta de un teclado, un ratón o un lápiz fotosensible. Cuando el sistema quirúrgico es un sistema quirúrgico guiado por imágenes, la interfaz incluye una sonda quirúrgica rastreable. Asimismo, cuando el sistema quirúrgico es un sistema quirúrgico guiado por imágenes que tiene uno o varios instrumentos rastreables, las instrucciones adicionales incluyen instrucciones que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice un icono que indica la orientación y posición relativa de un instrumento rastreado con respecto a la referencia anatómica o a un punto referido a la referencia. El procesador puede también sobreponer representaciones icónicas de los instrumentos sobre la referencia y la imagen visualizada.

Cuando el sistema es un sistema de cirugía guiada por imágenes, el paso de introducción puede incluir la aplicación de una sonda quirúrgica rastreada a la anatomía sobre la que hay que operar. Asimismo, cuando el sistema es un sistema de cirugía guiada por imágenes que tiene uno o varios instrumentos quirúrgicos rastreables, la memoria incluye instrucciones que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice en el dispositivo de visualización un icono que representa la orientación y posición relativa de un instrumento rastreado con respecto a la referencia anatómica visualizada o a un punto referido a la referencia. El procesador puede también generar y visualizar representaciones icónicas de los instrumentos sobrepuestas en registro con la referencia e imagen visualizada.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos acompañantes, que se incorporan a esta descripción y constituyen parte de la misma, ilustran varias realizaciones de esta invención, y junto con la descripción ayudan a explicar los principios de la invención. En los dibujos:

La Fig. 1 es un esquema del aparato según la presente invención en uso con un sistema de cirugía guiada por imágenes;

las Figs. 2A y 2B son imágenes radiográficas esquemáticas que ilustran una imagen real y una imagen distorsionada, respectivamente;

las Figs. 3A y 3B ilustran una transformación proyectiva en un dispositivo de obtención de imágenes fluoroscópicas montado en brazo en C;

la Fig. 4 es un diagrama de flujo que ilustra métodos para llevar a cabo el guiamiento navegacional bidimensional usando el sistema de obtención de imágenes;

las Figs. 5A y 5B son ejemplos de imágenes radiográficas fluoroscópicas que ilustran la superposición gráfica icónica de un instrumento quirúrgico;

la Fig. 6 es una imagen fluoroscópica que incluye una superposición gráfica con "cruces filares" de un instrumento;

las Figs. 7A-7C ilustran imágenes de vistas complementarias y un eje geométrico que las relaciona;

la Fig. 8 es una imagen de una vista lateral de un disco intervertebral de un paciente;

la Fig. 9 es una imagen de una vista lateral de una vértebra espinal;

la Fig. 10 es un esquema que ilustra un sistema para especificar una trayectoria planeada de un instrumento quirúrgico;

la Fig. 11 es un diagrama de flujo que ilustra un método para especificar una trayectoria planeada de un instrumento quirúrgico;

las Figs. 12A a 12C son imágenes de una fractura de un fémur que contiene dos fragmentos óseos;

la Fig. 13 es un diagrama de flujo que ilustra métodos para alinear fragmentos óseos usando el sistema de obtención de imágenes;

las Figs. 14A y 14B son imágenes que ilustran la implantación de una caja intervertebral en la columna vertebral de un paciente;

las Figs. 15A a 15C son imágenes usadas en la adquisición de una vista radiográfica del eje medial de un pedículo vertebral;

las Figs. 16A y 16B son imágenes usadas para ilustrar la medición de ángulos de fuera de plano sobre la base de imágenes fluoroscópicas.

La Fig. 17A muestra el propio aparato que incorpora la presente invención para la colocación de dispositivos de fusión intercorporal, y las Figs. 17B y 17C muestran correspondientes imágenes radiográficas anteroposterior y lateral obtenidas mediante el sistema de cirugía guiada por imágenes usado con el aparato de la Fig. 17A;

las Figs. 18A y 18B corresponden a la imagen anteroposterior de la Fig. 17B y muestran dos puntos de referencia anatómica introducidos y el plano de la línea media generado a partir de los puntos introducidos, respectivamente, visualizados en registro con la imagen;

la Fig. 19A muestra una sonda quirúrgica rastreada para introducir puntos de referencia anatómica directamente desde la anatomía del paciente, y la Fig. 19B muestra un plano de la línea media generado a partir de los puntos introducidos en la Fig. 19A y visualizado en registro con la imagen anteroposterior;

las Figs. 20A-20E son dibujos esquemáticos de instrumentos rastreables que pueden ser usados con el aparato de la Fig. 17A y son en concreto un distractor, un conducto de trabajo, un escariador, un macho de roscar y un instrumento de inserción de implantes, respectivamente;

las Figs. 21A y 21B hasta las Figs. 25A y 25B corresponden a las imágenes radiográficas anteroposterior y lateral de las Figs. 17B y 17C con iconos que representan la posición del distractor en registro con la imagen y un icono que representa la distancia relativa al punto desviado, durante sucesivos momentos en el paso de colocación del distractor;

las Figs. 26A y 26B hasta las Figs. 29A y 29B corresponden a las imágenes radiográficas anteroposterior y lateral de las Figs. 17B y 17C con iconos que representan la posición del conducto de trabajo en registro con la imagen y un icono que representa la distancia relativa al punto desviado, durante una sucesión de momentos para el paso de colocación de un conducto de trabajo;

las Figs. 30A y 30B hasta las Figs. 34A y 34B corresponden a las imágenes radiográficas anteroposterior y lateral de las Figs. 17B y 17C con iconos que representan la respectiva posición del instrumento en registro con la imagen y un icono que representa la distancia relativa al punto desviado, durante los pasos de escariado, roscado con macho y colocación del dispositivo de fusión intercoporal; y

la Fig. 35 es un diagrama de flujo de un procedimiento de colocación de un dispositivo de fusión intercorporal usando un método según la presente invención.

Se hará ahora referencia en detalle a realizaciones de la invención de las cuales se ilustran ejemplos en los dibujos acompañantes. Siempre que sea posible, en todos los dibujos se usarán los mismos números de referencia para aludir a los elementos iguales o equivalentes.

Descripción detallada

Haciendo inicialmente referencia a la Fig. 1, está ilustrado en la misma esquemáticamente un aparato hecho de acuerdo con la presente invención para la colocación de dispositivos de fusión intercorporal guiada por imágenes y designado en general con el número de referencia 2000. El aparato 2000 le permite a un cirujano que usa un sistema quirúrgico basado en imágenes generar y visualizar en un monitor o en otro dispositivo de visualización referencias anatómicas sobrepuestas o superpuestas en registro con la visualización de una imagen adquirida o preadquirida proporcionada por el sistema quirúrgico, de la parte de la columna vertebral del paciente en la cual debe ser ejecutado el procedimiento de colocación del cuerpo de fusión. Usado en conjunción con un sistema de cirugía guiada por imágenes que pueda proporcionar indicaciones en tiempo real del posicionamiento de instrumentos quirúrgicos "rastreados", el aparato 2000 le permite también al cirujano posicionar los instrumentos con respecto a la referencia visualizada (en este caso, un plano de la línea media) o a un punto referido a la línea media (como p. ej. un punto desviado para la cirugía de colocación del dispositivo de fusión) así como a la imagen real visualizada. Si bien la presente invención que se describe más detalladamente a continuación es ejemplificada mediante un sistema que es usado para la colocación de dispositivos de fusión intercorporal, la invención no queda limitada a sistemas de este tipo.

Sinopsis del sistema guiado por imágenes

El aparato 2000 está ilustrado en la Fig. 1 en uso con un sistema quirúrgico 100 guiado por imágenes preferido. El sistema 100, que será descrito de aquí en adelante en detalle suficiente para permitir una comprensión y apreciación de la presente invención, está explicado más detalladamente en la Solicitud de Patente U.S. Nº 09/274.972 de David A. Simon et al., presentada el 23 de marzo de 1999 y titulada "Guiamiento Navegacional Mediante Obtención de Imágenes Fluoroscópicas Asistida por Ordenador". Sin embargo, debe entenderse que la invención no queda limitada al uso con este específico sistema quirúrgico guiado por imágenes.

Está ilustrado esquemáticamente en la Fig. 1 un esquema de un sistema 100 basado en la obtención de imágenes y usado para adquirir y visualizar imágenes radiográficas apropiadas para el procedimiento quirúrgico, tales como imágenes anteroposteriores ("A-P") e imágenes laterales de un tramo de una espina dorsal para un procedimiento de colocación de un dispositivo de fusión intercorporal. El sistema 100 de obtención de imágenes incluye un dispositivo 101 de obtención de imágenes radiográficas fluoroscópicas montado en brazo en C, incluyendo dicho dispositivo además el brazo en C 103, la fuente de rayos X 104, el elemento 105 receptor de rayos X, un blanco de calibración y rastreo 106, y sensores de radiación 107. El blanco de calibración y rastreo 106 incluye reflectores de infrarrojos (o bien como alternativa emisores de infrarrojos) 109 y marcadores de calibración 111. El sistema 100 incluye el ordenador 115 de control del brazo en C, que le permite al médico controlar el funcionamiento del dispositivo 101 de obtención de imágenes, tal como mediante el ajuste de los parámetros de obtención de imágenes.

Una apropiada implementación del dispositivo 101 de obtención de imágenes es el "Sistema de Obtención de Imágenes Digitales Móviles de la Serie 9600" de la OEC Medical Systems, Inc., de Salt Lake City, Utah, a pesar de que el blanco de calibración y rastreo 106 y los sensores de radiación 107 no están típicamente incluidos en el Sistema de Obtención de Imágenes Digitales Móviles de la Serie 9600 y pueden tener que ser añadidos. El "Sistema de Obtención de Imágenes Digitales Móviles de la Serie 9600" es por lo demás estructuralmente similar al sistema 100 de obtención de imágenes.

En funcionamiento, la fuente de rayos X 104 genera rayos X que se propagan a través del paciente 110 y del blanco de calibración 106 y al interior del elemento 105 receptor de rayos X. El elemento receptor 105 genera una imagen que representa las intensidades de los rayos X recibidos. Típicamente, el elemento receptor 105 comprende un intensificador de imagen que convierte los rayos X en luz visible y una cámara de vídeo de dispositivo acoplado por carga (CCD) que convierte la luz visible en imágenes digitales. El elemento receptor 105 puede ser también un dispositivo que convierta los rayos X directamente en imágenes digitales, evitando así potencialmente la distorsión introducida por la primera conversión en luz visible.

Las imágenes fluoroscópicas tomadas por el dispositivo 101 de obtención de imágenes son transmitidas al ordenador 115, donde pueden ser adicionalmente enviadas al ordenador 120. El ordenador 120 dispone de medios para visualizar (en el monitor 121), archivar o manipular digitalmente las imágenes recibidas, o efectuar una salida impresa de las mismas. Pueden ser también manipuladas por ordenador 120 y visualizadas por el monitor 121 imágenes tridimensionales tales como un conjunto 124 de datos de imágenes obtenidas por tomografía computerizada/resonancia magnética preadquirido y específico del paciente, o un conjunto 126 de datos de atlas tridimensional (que se describe más detalladamente más adelante). En lugar o además de ser visualizadas en el monitor 121, las imágenes pueden ser también presentadas al médico mediante un visualizador instalado a la altura de la cabeza.

A pesar de que los ordenadores 115 y 120 están ilustrados como dos ordenadores separados, los mismos podrían estar como alternativa implementados de varias maneras como ordenadores múltiples o bien como un solo ordenador que ejecutase las funciones que son ejecutadas por los ordenadores 115 y 120. En este caso, el ordenador único recibiría las entradas tanto del dispositivo 100 de obtención de imágenes montado en brazo en C como del sensor de rastreo 130.

Los sensores de radiación 107 detectan la presencia de radiación, lo cual es usado para determinar si el dispositivo 100 de obtención de imágenes está obteniendo imágenes activamente. El resultado de su detección es transmitido al ordenador de procesamiento 120. Como alternativa, una persona puede indicar manualmente cuándo el dispositivo 100 está obteniendo imágenes activamente, o bien esta función puede estar incorporada en la fuente de rayos X 104, en el elemento 105 receptor de rayos X, o en el ordenador de control 115.

En funcionamiento, el paciente está posicionado entre la fuente de rayos X 104 y el elemento 105 receptor de rayos X. En respuesta a una orden introducida por el operador en el ordenador de control 115, rayos X emanan de la fuente 104 y pasan a través del paciente 110 y del blanco de calibración 106 y al interior del elemento receptor 105, el cual genera una imagen bidimensional del paciente.

El brazo en C 103 es capaz de girar con respecto al paciente 110, permitiendo que sean tomadas imágenes del paciente 110 en múltiples direcciones. Por ejemplo, el médico puede hacer que el brazo en C 103 gire en la dirección de las flechas 108 o en torno al eje geométrico largo del paciente. Cada una de estas direcciones de movimiento supone una rotación en torno a un eje geométrico mecánico del brazo en C. En este ejemplo, el eje geométrico largo del paciente está alineado con el eje geométrico mecánico del brazo C.

Las imágenes en bruto generadas por el elemento receptor 105 tienden a adolecer de distorsión indeseable ocasionada por una serie de factores entre los que se incluyen la distorsión de imagen inherente en el intensificador de imagen y los campos electromagnéticos externos. Se muestran en la Fig. 2 dibujos que representan una imagen ideal y una imagen distorsionada. El tablero de ajedrez 202 representa la imagen ideal de un objeto con forma de tablero de ajedrez. La imagen tomada por el elemento receptor 105, sin embargo, puede adolecer de considerable distorsión, como ilustra la imagen distorsionada 204.

El proceso de formación de imágenes en un sistema tal como el dispositivo 100 de obtención de imágenes fluoroscópicas montado en brazo en C es gobernado por una transformación proyectiva geométrica que transforma líneas en el campo de visión del fluoroscopio en puntos en la imagen (es decir, dentro del elemento 105 receptor de rayos X). Este concepto está ilustrado en las Figs. 3A y 3B. La imagen 300 (y toda imagen generada por el fluoroscopio) se compone de elementos de imagen discretos (pixels) un ejemplo de los cuales está referenciado con el número 302. Cada pixel dentro la imagen 300 tiene una correspondiente línea tridimensional en el campo de visión del fluoroscopio. Por ejemplo, la línea correspondiente al pixel 302 está referenciada con el número 304. La correspondencia completa entre los pixels de imagen y las correspondientes líneas gobierna la proyección de objetos dentro del campo de visión en la imagen. El valor de intensidad en el pixel 302 viene determinado por las densidades de los elementos de objeto (es decir, de las partes de la anatomía del paciente, de la mesa de quirófano, etc.) que son intersecados por la línea 304. A efectos del guiamiento navegacional asistido por ordenador, es necesario calcular la transformación proyectiva que transforma líneas en el campo de visión en pixels en la imagen, y viceversa. La transformación proyectiva geométrica es perfectamente conocida en la técnica.

La calibración intrínseca, que es el proceso de corregir la distorsión de imagen en una imagen recibida y establecer la transformación proyectiva para esa imagen, supone colocar "marcadores de calibración" en el recorrido de los rayos X, siendo un marcador de calibración un objeto que es opaco o semiopaco a los rayos X. Los marcadores de calibración 111 son dispuestos fijamente según disposiciones predeterminadas en uno o varios planos en la trayectoria de los rayos X, y son visibles en las imágenes registradas. Blancos de rastreo, tales como emisores o reflectores 109, son fijados en una posición fija y conocida con respecto a los marcadores de calibración 111.

Debido al hecho de que son conocidas las situaciones relativas reales de los marcadores de calibración 111 en las imágenes registradas, el ordenador 120 es capaz de calcular una cantidad de distorsión de cada pixel en la imagen (siendo un pixel un solo punto en la imagen). En consecuencia, el ordenador 120 puede compensar digitalmente la distorsión de la imagen y generar una imagen exenta de distorsión, o al menos una imagen con distorsión mejorada. Si bien no se prefiere hacerlo, puede dejarse la distorsión en la imagen, y las subsiguientes operaciones en la imagen, tales como la superposición de una representación icónica de un instrumento quirúrgico sobre la imagen (que será descrita más detalladamente más adelante), pueden ser distorsionadas para casar con la distorsión de imagen determinada por los marcadores de calibración. Los mismos marcadores de calibración pueden ser también usados para calcular la transformación de la perspectiva geométrica, puesto que las situaciones de estos marcadores son conocidas con respecto a los emisores o reflectores 109 del blanco de rastreo y en última instancia con respecto al sensor de rastreo 130. Una explicación más detallada de los métodos para llevar a cabo la calibración intrínseca está descrita en las referencias de B. Schuele et al., "Correction of Image Intensifier Distortion for Three-Dimensional Reconstruction", presentada en el SPIE Medical Imaging 1995, San Diego, CA, 1995, y G. Champleboux et al., "Accurate Calibration of Cameras and Range Imaging Sensors: the NPBS Method", Minutas de la Conferencia Internacional del IEEE (IEEE = Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) de 1992 Sobre Robótica y Automatización, Niza, Francia, mayo de 1992, y en la Solicitud U.S. Nº 09/106.109, presentada el 29 de junio de 1998 por la presente cesionaria.

El blanco de calibración y rastreo 106 puede estar unido al elemento 105 receptor de rayos X del brazo en C. Como alternativa, el blanco 106 puede ser mecánicamente independiente del brazo C, en cuyo caso debería estar posicionado de forma tal que los marcadores de calibración 111 incluidos sean visibles en cada imagen fluoroscópica a usar en el guiamiento navegacional. El elemento 106 está al servicio de dos funciones. La primera, como se ha descrito anteriormente, es la de sostener los marcadores de calibración 111 usados en la calibración intrínseca. La segunda función, que es descrita más detalladamente más adelante, es la de sostener los reflectores o emisores de infrarrojos 109, que actúan como blanco de rastreo para el sensor de rastreo 130. El sensor de rastreo 130 es un sensor de rastreo por infrarrojos en tiempo real que está conectado al ordenador 120. Pueden ser detectados y localizados en el espacio tridimensional instrumentos quirúrgicos especialmente construidos y otros marcadores en el campo del sensor de rastreo 130. Por ejemplo, un instrumento quirúrgico 140, tal como una barrena, tiene reflectores o emisores de infrarrojos 141 embebidos en su mango. El sensor de rastreo 130 detecta la presencia y la situación de los reflectores o emisores de infrarrojos 141. Debido al hecho de que son conocidas las situaciones espaciales relativas de los emisores o reflectores del instrumento 140, el sensor de rastreo 130 y el ordenador 120 son capaces de localizar el instrumento 140 en el espacio tridimensional utilizando transformaciones matemáticas que son perfectamente conocidas. En lugar de utilizar el sensor de rastreo por infrarrojos 130 y los correspondientes reflectores o emisores de infrarrojos, son conocidos en la técnica y pueden ser usados otros tipos de dispositivos de localización posicional. Por ejemplo, un dispositivo de localización posicional puede estar también basado en campos magnéticos, emisiones sónicas u ondas de radio.

El marcador 150 del marco de referencia, al igual como el instrumento quirúrgico 140, tiene embebidos reflectores o emisores de infrarrojos que están identificados con el número de referencia 151. Al igual como sucede en el caso del instrumento 140, el sensor de rastreo 130 detecta análogamente la situación espacial de los emisores/reflectores 151, mediante lo cual el sensor de rastreo 130 y el ordenador 120 determinan la posición tridimensional del marcador 150 del marco de referencia dinámico. La determinación de la posición tridimensional de un objeto con respecto a un paciente es conocida en la técnica y está descrita, por ejemplo, en las referencias siguientes: Publicación al amparo del PCT (PCT = Tratado de Cooperación en Materia de Patentes) WO 96/11624 concedida a Bucholz et al., publicada el 25 de abril de 1996; Patente U.S. Nº 5.384.454 concedida a Bucholz; Patente U.S. Nº 5.851.183 concedida a Bucholz, y Patente U.S. Nº 5.871.445 concedida a Bucholz.

Durante una operación, el marcador 150 del marco de referencia dinámico está unido en una posición fija con respecto a la parte del paciente en la que hay que operar. Por ejemplo, cuando se inserta un tornillo en la columna vertebral del paciente 110, el marcador 150 del marco de referencia dinámico puede estar físicamente unido a una parte de la espina dorsal del paciente. Debido al hecho de que el marco de referencia dinámico 150 está en una posición fija con respecto a la anatomía del paciente, y de que el instrumento 140 puede ser localizado con precisión en el espacio tridimensional con respecto al marco de referencia dinámico 150, el instrumento 140 puede ser también localizado con respecto a la anatomía del paciente.

Como se ha expuesto anteriormente, el blanco de calibración y rastreo 106 incluye también reflectores o emisores de infrarrojos 109 que son similares a los del instrumento 140 o del marco de referencia dinámico 150. En consecuencia, el sensor de rastreo 130 y el ordenador 120 pueden determinar la posición tridimensional del blanco de calibración 106 con respecto al instrumento 140 y/o al marco de referencia dinámico 150 y por consiguiente a la posición del paciente.

En general, el sistema 100 de obtención de imágenes que está ilustrado en la Fig. 1 ayuda a los médicos que ejecutan la cirugía visualizando imágenes en tiempo real o preadquiridas, tales como imágenes radiográficas fluoroscópicas, del paciente 110 en el visualizador 121. Las representaciones de los instrumentos quirúrgicos 140 son sobrepuestas sobre las imágenes fluoroscópicas preadquiridas del paciente 110 sobre la base de la posición de los instrumentos determinada por el sensor de rastreo 130. De esta manera, el médico puede ver la situación del instrumento con respecto a la anatomía del paciente, sin necesidad de adquirir imágenes fluoroscópicas en tiempo real, con lo cual se ve reducida en gran medida la exposición del paciente y del equipo quirúrgico a la radiación. En el sentido en el que se le utiliza en la presente, el vocablo "preadquirida(s)" no implica que tenga que mediar un requerido espacio de tiempo mínimo entre la recepción de las señales radiográficas y la visualización de la imagen correspondiente. El momentáneo almacenamiento de la correspondiente señal digital en la memoria del ordenador mientras se visualiza la imagen fluoroscópica constituye una preadquisición de la imagen.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo que ilustra métodos para llevar a cabo el guiamiento navegacional bidimensional usando el sistema 100 de la Fig. 1. El médico empieza adquiriendo una o varias imágenes radiográficas fluoroscópicas del paciente 110 usando el dispositivo 101 de obtención de imágenes (paso 400). Como se ha mencionado anteriormente, la adquisición de una imagen radiográfica activa los sensores de radiación 107, lo cual informa al ordenador 120 del comienzo y final del ciclo de radiación usado para generar la imagen. Para que una imagen radiográfica fluoroscópica adquirida con el dispositivo 101 de obtención de imágenes pueda ser usada para el guiamiento navegacional, al adquirir la imagen el dispositivo 101 de obtención de imágenes deberá estar estacionario con respecto al paciente 110. Si se mueve el brazo en C 103 o el paciente 110 durante la adquisición de la imagen, la posición del fluoroscopio no será determinada con precisión con respecto al marco de referencia del paciente. Por consiguiente, es importante que la posición registrada del dispositivo 101 de obtención de imágenes refleje la posición real del dispositivo de obtención de imágenes en el instante de adquisición de la imagen. Si el dispositivo 101 de obtención de imágenes se mueve durante el proceso de adquisición de la imagen, o si el dispositivo 101 de obtención de imágenes se mueve después de la adquisición de la imagen pero antes de que sea registrada su posición, la calibración será errónea, redundando por consiguiente en unas superposiciones gráficas incorrectas. Para evitar este tipo de imagen errónea, el ordenador 120 puede examinar la información de posición del sensor de rastreo 130 mientras los sensores de radiación 107 están indicando detección de radiación. Si el blanco de calibración y rastreo 106 se mueve con respecto al marco de referencia dinámico 150 durante la adquisición de imagen, esta imagen es marcada como errónea. (Pasos 401 y 402).

Al final del ciclo de radiación, el ordenador 120 recupera la imagen adquirida del ordenador 115 de control del brazo en C y recupera la información de situación del marcador del blanco 106 y del marco de referencia dinámico 150 del sensor de rastreo 130. El ordenador 120 calibra la imagen adquirida, como se ha descrito anteriormente, para combinar su transformación proyectiva y para corregir opcionalmente la distorsión de la imagen, (paso 403), y almacena entonces la imagen junto con su información posicional (paso 404). El proceso de los pasos 400-404 es repetido para cada imagen que se adquiere (paso 405).

Debido al hecho de que las imágenes adquiridas son almacenadas con la información posicional del blanco de calibración y rastreo 106 y del marco de referencia dinámico 150, la posición del brazo en C 103, de la fuente 104 de rayos X y del elemento receptor 105 para cada imagen, con respecto al paciente 110, puede ser computada sobre la base de la transformación proyectiva identificada en el proceso de calibración.

Durante la cirugía, el sensor de rastreo 130 y el ordenador 120 detectan la posición del instrumento 140 con respecto al marco de referencia dinámico 150, y por consiguiente con respecto al paciente 110. Con esta información, el ordenador 120 calcula dinámicamente en tiempo real la proyección del instrumento 140 en cada imagen fluoroscópica al ser el instrumento movido por el médico. Puede ser entonces sobrepuesta sobre las imágenes fluoroscópicas una representación gráfica del instrumento 140 (paso 406). La representación gráfica del instrumento 140 es una representación icónica de dónde el instrumento quirúrgico propiamente dicho aparecería dentro de la imagen radiográfica fluoroscópica adquirida si el dispositivo 101 de obtención de imágenes estuviese adquiriendo continuamente nuevas imágenes según la misma vista como la de la imagen original. No hay un límite teórico para el número de imágenes fluoroscópicas sobre las cuales pueden ser sobrepuestas simultáneamente las representaciones gráficas del instrumento 140.

Las Figs. 5A y 5B son ejemplos de imágenes radiográficas fluoroscópicas que ilustran la superposición gráfica icónica de un instrumento quirúrgico. La imagen fluoroscópica 500 que está ilustrada en la Fig. 5A es una imagen de una vista lateral de la espina dorsal lumbar. La superposición gráfica 502 es la superposición icónica de un instrumento quirúrgico, tal como una barrena, dentro de la imagen 500. Al mover el médico la barrena, el ordenador 120 calcula de nuevo y visualiza la nueva ubicación de la superposición gráfica 502. El extremo de forma rómbica de la superposición 502, identificado como zona 503, representa la punta del instrumento. El médico puede usar la imagen 500 y la superposición 502 para ver la posición y orientación de la herramienta quirúrgica con respecto a la anatomía del paciente.

En determinadas situaciones, el médico puede desear saber dónde estaría la punta del instrumento si se hiciese que el instrumento avanzase a lo largo de una línea dada por la trayectoria actual del instrumento. Usando el sistema 100 a la orden del médico, el ordenador 120 puede calcular y visualizar esta proyección. La zona 505 en la Fig. 5B es una proyección de la superposición gráfica 502. Como se ilustra, la trayectoria "prevista" 505 de la superposición 502 es visualizada con un estilo de línea distinto del de la superposición 502. El ordenador 120 puede variar la longitud de la trayectoria prevista 505 según ordene el médico mediante un adecuado dispositivo de interfaz de ordenador, tal como un teclado numérico, un ratón o un panel táctil. De esta manera, el ordenador 120 ayuda al médico a ver dónde estaría el instrumento en el paciente si se hiciese que dicho instrumento avanzase recorriendo una distancia predeterminada en el paciente.

A pesar de que la técnica de representación de la trayectoria "prevista" anteriormente descrita proyecta la representación gráfica del instrumento en la imagen, no hay necesidad de que la representación gráfica del instrumento esté en el espacio de la imagen para que la trayectoria prevista 505 sea proyectada en la imagen. Por ejemplo, el médico puede estar sosteniendo el instrumento encima del paciente y fuera del espacio de la imagen, para que la representación del instrumento no aparezca en la imagen. Sin embargo, puede seguir siendo deseable proyectar la parte prevista 505 en la imagen para facilitar la planificación de un procedimiento quirúrgico.

Cuando el instrumento quirúrgico 140 es perpendicular al plano de la imagen fluoroscópica, la superposición gráfica del instrumento quirúrgico se concentra prácticamente en un punto, lo cual hace que sea difícil la visión. Para paliar este problema, el ordenador 120 puede opcionalmente usar una distinta representación gráfica del instrumento 140 cuando la distancia en el plano de la imagen entre la punta y la cola del instrumento 140 deviene menor que una distancia fija (p. ej. de 15 pixels).

La Fig. 6 es una imagen fluoroscópica que incluye la superposición gráfica 601 de un instrumento que se extiende desde una pequeña "imagen de cruz filar" que representa la punta 602 hasta una cruz filar de mayor tamaño que representa la cola 603 del instrumento. El ordenador 120 pasa automáticamente de la representación mediante cruces filares que está ilustrada en la Fig. 6 a la representación en forma de "línea recta" que está ilustrada en la Fig. 5, y viceversa.

Frecuentemente, el médico desearía adquirir dos imágenes fluoroscópicas complementarias del paciente, tales como imágenes de una vista anteroposterior y de una vista lateral de los discos intervertebrales. Las vistas complementarias están relacionadas entre sí por una determinada cantidad de rotación en torno a un eje geométrico. Por ejemplo, una vista anteroposterior está relacionada con una vista lateral por una rotación de 90 grados en torno al eje geométrico que discurre paralelamente a la extensión longitudinal del paciente. Cuando el eje geométrico mecánico de rotación del brazo en C 103 está alineado con el eje geométrico que relaciona las vistas complementarias (como p. ej. cuando el eje geométrico mecánico está alineado con el eje geométrico que discurre a lo largo de la extensión longitudinal del paciente), el médico puede pasar rápidamente y con precisión de una a otra de las vistas complementarias haciendo simplemente que el brazo en C 103 gire describiendo el ángulo que separa a las vistas complementarias (que es habitualmente de 90 grados). Generalmente, sin embargo, el eje geométrico de rotación del brazo en C 103 no está inherentemente alineado con el eje geométrico que relaciona las vistas complementarias, con lo cual el médico se ve obligado a llevar a cabo una serie de ajustes de la posición del fluoroscopio realizados a base de pruebas y errores y consumiendo gran cantidad de tiempo mediante dos o más ejes de rotación.

En el sistema 100, el soporte lógico informático del ordenador 120 permite al cirujano ajustar fácilmente la posición del fluoroscopio para que uno de sus ejes geométricos de rotación mecánica tal como el eje de rotación que está indicado mediante las flechas 108 en la Fig. 1 esté alineado con el eje de rotación que relaciona las vistas complementarias. El cirujano puede entonces adquirir la segunda imagen del conjunto de imágenes complementarias simplemente a base de hacer que el brazo C 103 gire efectuando una determinada cantidad de rotación, de típicamente 90 grados en torno al eje alineado.

Están ilustrados en las Figs. 7A-7C imágenes de vistas complementarias y el eje geométrico que las relaciona. La imagen de la Fig. 7A ilustra una vista lateral del disco intervertebral de un paciente en la cual la dirección de la vista (es decir, la dirección del rayo central del dispositivo 101 de obtención de imágenes fluoroscópicas) es aproximadamente paralela a las dos placas extremas vertebrales que están identificadas como la placa extrema 705 y la placa extrema 706. La línea 702 es la proyección del plano que es prácticamente paralelo a las placas extremas 705 y 706. Análogamente, la imagen que está ilustrada en la Fig. 7B es una vista anteroposterior del disco intervebral de un paciente en la cual la dirección de la vista es paralela al plano 702. El eje de rotación 704 que relaciona espacialmente la vista de la imagen de la Fig. 7A y la vista de la imagen de la Fig. 7B es una línea perpendicular al plano 702. Esto significa que girando la vista de la imagen de la Fig. 7A noventa grados en torno a la línea perpendicular al plano 702 se obtendrá como resultado de ello la vista de la imagen que está ilustrada en la Fig. 7B. La Fig. 7C es una representación tridimensional de la anatomía ilustrada en las Figs. 7A y 7B. La línea perpendicular al plano 702 está ilustrada por el eje de rotación 704.

La Fig. 8 es una imagen de una vista lateral del disco intervertebral de un paciente que es similar a la Fig. 7A. En la Fig. 8, sin embargo, el ordenador 120 ha trazado la línea 802, que representa la proyección de un plano que es perpendicular a uno de los ejes mecánicos del brazo en C. La línea 804 representa el plano que relaciona espacialmente las vistas complementarias. Con la línea 802 visible, el médico puede ajustar la posición del dispositivo 101 de obtención de imágenes fluoroscópicas de forma tal que la línea 802 quede alineada con la línea 804. En este punto, el pasar de una a otra de las vistas complementarias supone simplemente hacer que el brazo en C 103 gire en torno a un solo eje mecánico.

A pesar de que, como se ha expuesto anteriormente, la alineación de las líneas 802 y 804 ha sido ilustrada usando ambas líneas 802 y 804 trazadas sobre la imagen fluoroscópica, en la práctica puede ser tan sólo necesario visualizar la línea 802 en la imagen. En este caso, la línea 804 es visualizada mentalmente por el médico. Adicionalmente, a pesar de que la relación de las vistas complementarias ha sido descrita usando el ejemplo de la espina dorsal, pueden ser obtenidas análogamente mediante la aplicación de los conceptos anteriormente expuestos imágenes fluoroscópicas complementarias de otras regiones anatómicas, tales como, por ejemplo, la pelvis, el fémur o el cráneo.

Antes de la cirugía o durante la misma, el médico puede considerar deseable introducir un "plan" de operación en el ordenador 120. El plan puede por ejemplo especificar una deseada trayectoria de un instrumento quirúrgico superpuesta sobre una imagen fluoroscópica. Durante el proceso de navegación quirúrgica, el objetivo del cirujano sería el de alinear el icono gráfico que representa la ubicación en tiempo real del instrumento quirúrgico con la superposición gráfica que representa la trayectoria planeada.

La Fig. 9 es una imagen de una vista lateral de una vértebra espinal. Supóngase que el objetivo del plan de operación es el de definir una línea que pase por una deseada trayectoria dentro de la imagen de la vértebra. Un método para alcanzar este objetivo es el de introducir directamente la información de la trayectoria deseada en el ordenador 120 utilizando tradicionales dispositivos de introducción en ordenador. Si bien este método de interactuar directamente con el ordenador 120 es posible, el mismo puede resultar incómodo y desbaratador durante la cirugía. En consonancia con un aspecto de la presente invención, un método alternativo para lograr esto es el de que el médico sitúe el instrumento quirúrgico sobre la superficie del hueso o de la piel en la orientación deseada y haga entonces que la punta del instrumento avance utilizando la técnica de visualización de la trayectoria prevista que ha sido descrita anteriormente. Más específicamente, la trayectoria deseada es especificada a base de (1) ajustar la posición y orientación del instrumento cerca del paciente con la previsión virtual activa, y (2) ajustar la longitud del recorrido en la trayectoria prevista virtual. La Fig. 9 ilustra la representación icónica del instrumento 901 y la proyección prevista virtual del instrumento 902. Una vez que se ha logrado la trayectoria deseada, el médico puede ordenar al ordenador 120 que "congele" la trayectoria planeada en el visualizador 121. La trayectoria deseada puede ser obtenida usando una o varias imágenes fluoroscópicas en brazo en C, siendo dos o más necesarias para definir una trayectoria tridimensional específica, que puede ser entonces visualizada en toda vista fluoroscópica en brazo en C. La orden de congelar la trayectoria planeada puede ser introducida en el ordenador 120 por ejemplo a través de un sencillo dispositivo de introducción tal como un pedal. El médico puede continuar entonces con la operación, usando la superposición del blanco planeado como guía.

Está ilustrado en las Figs. 10 y 11 otro método adicional según la presente invención para especificar una trayectoria planeada de un instrumento quirúrgico, cuyo método adicional, a diferencia del método anteriormente expuesto, no requiere el posicionamiento del instrumento quirúrgico sobre el hueso del paciente o cerca del mismo.

Como se muestra en la Fig. 10, durante la adquisición de una imagen el paciente 1001 es posicionado entre la fuente de rayos X 1004 del brazo en C y el elemento 1006 receptor de rayos X. Imágenes fluoroscópicas del paciente 1001 son creadas por los rayos X emitidos desde la fuente de rayos X 1004 al propagarse dichos rayos X a través del paciente 101 siguiendo la trayectoria perfilada en general mediante el cono 1010. La línea 1011, en el centro del cono 1010, corresponde al origen (es decir, al punto central) en las imágenes fluoroscópicas adquiridas. El médico 1020, que está de pie dentro del alcance del sensor de rastreo 1030 pero alejado del paciente 1001, ordena al ordenador que cree una correspondencia explícita entre el cono de obtención de imágenes 1010 del fluoroscopio y un cono "virtual" 1012 localizado en un sitio arbitrario en el espacio (que es visible para el sensor de rastreo). Una vez definido este cono virtual, el instrumento quirúrgico 1040 puede ser proyectado de este cono virtual a una o varias imágenes fluoroscópicas preadquiridas de la misma manera como si el instrumento estuviese situado en el cono real 1010 correspondiente a una imagen determinada. De esta manera, el médico 1020 puede planear la trayectoria del instrumento quirúrgico 1040 simplemente moviendo el instrumento en el sistema de coordenadas establecido por el cono virtual.

Para definir la correspondencia entre los conos real y virtual, es necesario que el médico defina la posición del cono virtual con respecto al sensor de rastreo. En general, hay muchas maneras de definir un cono en el espacio. Por ejemplo, la posición y orientación de un cono pueden ser definidas mediante tres puntos, correspondiendo uno de ellos a su vértice, correspondiendo otro de ellos a un segundo punto a lo largo de su eje geométrico central, y correspondiendo un tercero a la rotación del cono en torno al eje geométrico central. Por consiguiente, una manera de definir el cono sería la de usar la punta del instrumento quirúrgico para definir estos tres puntos en el espacio con respecto al sensor de rastreo. Otra manera de definir esta correspondencia es la de usar una sola medición de un instrumento quirúrgico. Usando este método, el eje geométrico del instrumento corresponde al eje geométrico del cono, la punta del instrumento corresponde a un punto fijo a lo largo del eje geométrico del cono (el cual podría ser el vértice, pero podría ser también otro punto a lo largo del eje geométrico central), y la orientación del instrumento en torno a su eje geométrico corresponde a la orientación del cono en torno a su eje geométrico. En general, para establecer la correspondencia entre los conos real y virtual puede usarse todo conjunto de mediciones que defina la posición y orientación de un cono determinado.

Las operaciones que se ilustran en la Fig. 10 están indicadas en el diagrama de flujo de la Fig. 11. Para empezar, el médico sostiene el instrumento quirúrgico 1040 en la posición que define el cono virtual como se ha perfilado en el párrafo anterior (paso 1101). El ordenador 120 localiza la posición del instrumento 1040, lo cual pone efectivamente a la posición y orientación del cono virtual en correspondencia con las del cono real (paso 1102). El ordenador 120 proyecta los adicionales movimientos del instrumento 1040 en una o varias imágenes fluoroscópicas previamente adquiridas como si el instrumento estuviese siendo movido en el cono real correspondiente a una imagen determinada (paso 1103). De esta manera, el médico puede alinear el instrumento con determinados puntos o trayectorias dentro de imágenes previamente adquiridas. A la orden del médico, el ordenador 120 "congela" la posición y/u orientación del instrumento en la(s) imagen(es) fluoroscópica(s) visualizada(s), y las utiliza para el subsiguiente procesamiento y para la generación del plan (paso 1104). Está también en consonancia con esta invención el permitir una planificación automatizada utilizando técnicas de análisis informático para definir una trayectoria "óptima" en las imágenes obtenidas mediante el dispositivo de obtención de imágenes montado en brazo en C. Una vez determinada la trayectoria óptima, el ordenador 120 sobrepone la trayectoria óptima en la imagen fluoroscópica. Por ejemplo, usando técnicas informáticas pueden ser generados planes automatizados para reducir una cantidad especificada de lordosis en cirugía espinal.

Un problema clínico común, especialmente en trauma ortopédico, es la realineación (reducción) de fragmentos de hueso rotos o desalineados. La Fig. 12A es una imagen fluoroscópica de una fractura del fémur que contiene dos fragmentos de hueso 1201 y 1202. El trabajo del médico es el de realinear los fragmentos de hueso para que el fémur pueda curarse correctamente.

La Fig. 13 es un diagrama de flujo que ilustra métodos para alinear fragmentos de hueso. En general, uno de los fragmentos óseos 1201 ó 1202 es usado como marco de referencia fijo, y el otro es usado como marco de referencia dinámico. Cuando el médico mueve el fragmento óseo que corresponde al marco de referencia dinámico, el sensor de rastreo 130 detecta el movimiento y actualiza la imagen radiográfica para reflejar la nueva situación del fragmento óseo en el paciente.

Para comenzar el procedimiento de alineación, el médico coloca un marcador para el sensor de rastreo en cada uno de los fragmentos óseos 1201 y 1202 (paso 1301) y adquiere las imágenes fluoroscópicas (paso 1302) tales como la imagen ilustrada en la Fig. 12A. El ordenador 120 procesa la imagen adquirida para obtener información de situación posicional y para calibrar la imagen (paso 1303, siendo este paso idéntico a los pasos 401-403 que se ilustran en la Fig. 4).

Tras la adquisición de la(s) imagen(es) fluoroscópica(s), el ordenador 120 utiliza técnicas de detección y extracción de imágenes para delinear los límites de los fragmentos óseos en las imágenes (paso 1304). Los adecuados algoritmos de detección de bordes para generar los contornos son perfectamente conocidos en la técnica y pueden ser, por ejemplo, el detector de bordes de Canny, el detector de bordes de Shen-Casten o el detector de bordes de Sobel. Está ilustrada en la Fig. 12B una versión de bordes detectados de la Fig. 12A, en la cual el contorno resultante correspondiente al fragmento óseo 1201 está identificado con el número de referencia 1203 y el contorno que corresponde al fragmento óseo 1202 está identificado con el número de referencia 1204. Como se muestra en la Fig. 12B, los contornos 1203 y 1204 pueden ser superpuestos gráficamente por el ordenador 120 sobre la(s) imagen(es) adquirida(s).

La superposición de los contornos de imagen detectados sobre la imagen fluoroscópica le permite al médico identificar fácilmente la correspondencia entre los contornos de imagen 1203-1204 y los fragmentos óseos 1201-1202. El médico introduce esta correspondencia en el ordenador 120 (paso 1305). Como alternativa, el ordenador 120 puede identificar automáticamente la correspondencia entre los contornos de imagen y los fragmentos óseos. Una vez establecida la correspondencia, el médico especifica qué contorno debe permanecer fijo y cuál debe ser reposicionado. Al marcador que es para el sensor de rastreo y es unido al fragmento que debe ser reposicionado se le denomina el marcador de referencia dinámico, y al marcador que es para el sensor de rastreo y es unido al fragmento fijo se le denomina el marcador del marco de referencia fijo, si bien el marcador de referencia dinámico y el marcador del marco de referencia fijo pueden ser físicamente idénticos.

Durante la navegación quirúrgica, el médico mueve el fragmento óseo que tiene el marcador de referencia dinámico (paso 1306). El sensor de rastreo 1030 detecta la posición del marcador del marco de referencia dinámico y del marcador del marco de referencia fijo. Con esta información y con la información de situación posicional previamente generada, el ordenador 120 calcula y visualiza la nueva posición del marco de referencia dinámico, y por consiguiente de su correspondiente fragmento óseo, en la imagen fluoroscópica (paso 1307). La Fig. 12C ilustra una versión actualizada del contorno 1203 de la imagen fluoroscópica correspondiente al fragmento óseo fijo y del contorno 1204 correspondiente a la nueva situación del marcador de referencia dinámico y de su fragmento óseo.

Los métodos anteriormente descritos para alinear fragmentos óseos pueden ser también aplicados a la correcta alineación de múltiples cuerpos vertebrales, por ejemplo en la reducción de la escoliosis.

El sistema 100 de guiamiento navegacional que es usado por la presente invención no queda limitado a proporcionar guiamiento navegacional quirúrgico con imágenes fluoroscópicas bidimensionales. Representaciones gráficas de un instrumento quirúrgico pueden ser también sobrepuestas sobre conjuntos de datos volumétricos tridimensionales. Los conjuntos de datos tridimensionales (tales como los datos de imágenes obtenidas por tomografía computerizada o bien los datos de imágenes obtenidas por resonancia magnética) pueden ser preadquiridos o bien adquiridos durante la operación.

Se usan típicamente en navegación quirúrgica dos tipos de conjuntos de datos tridimensionales: datos de imágenes específicos del paciente y datos no específicos del paciente, o de atlas. Las imágenes tridimensionales específicas del paciente son típicamente adquiridas antes de la cirugía usando tomografía computerizada (CT), resonancia magnética (MR) u otras conocidas modalidades de obtención de imágenes tridimensionales, si bien es también posible la adquisición intraoperatoria. Los datos de atlas son datos tridimensionales no específicos de un paciente que describen un paciente "genérico". Los datos de atlas pueden ser adquiridos a partir de un paciente determinado usando tomografía computerizada, resonancia magnética u otras modalidades de adquisición de imágenes; y pueden incluso comprender imágenes de varias modalidades que estén registradas espacialmente (como p. ej. imágenes obtenidas por tomografía computerizada e imágenes obtenidas por resonancia magnética juntas en un sistema de coordenadas común). Junto a los datos de atlas puede anotarse información suplementaria que describa información de la anatomía, de la fisiología, de la patología o de la planificación "óptima" (como por ejemplo las colocaciones de tornillos, los ángulos de lordosis, los planes de corrección escoliótica, etc.).

En la Fig. 1 está ilustrado como conjunto de datos 124 un conjunto de datos de tomografía computerizada o de resonancia magnética tridimensional de un paciente, y en la Fig. 1 está ilustrado como conjunto de datos 126 un conjunto de datos de atlas. Antes de sobreponer representaciones gráficas de instrumentos quirúrgicos sobre una imagen tridimensional, debe ser determinada la correspondencia entre los puntos de la imagen tridimensional y los puntos del marco de referencia del paciente. En las publicaciones de Bucholz anteriormente mencionadas está descrito un método para llevar a cabo el registro de imágenes. Las imágenes tridimensionales específicas de un paciente pueden ser puestas en registro con el paciente sobre la mesa del quirófano (el espacio quirúrgico) usando múltiples proyecciones de imágenes bidimensionales. Este proceso, al que a menudo se llama registro bidimensional/tridimensional, usa dos transformaciones espaciales que pueden ser establecidas. La primera transformación es entre las imágenes fluoroscópicas adquiridas y el conjunto de datos de imágenes tridimensionales (como p. ej. imágenes obtenidas por tomografía computerizada o imágenes obtenidas por resonancia magnética) correspondiente al mismo paciente. La segunda transformación es entre el sistema de coordenadas de las imágenes fluoroscópicas y un sistema de referencia mensurable externamente unido al dispositivo de obtención de imágenes fluoroscópicas. Una vez establecidas estas transformaciones, es posible relacionar directamente el espacio quirúrgico con el espacio de las imágenes tridimensionales.

Al llevar a cabo el registro tridimensional, al igual como con el registro bidimensional, el dispositivo 101 de obtención de imágenes, al adquirir la imagen, deberá estar estacionario con respecto al paciente 110. Si durante la adquisición de la imagen se mueve el brazo en C 103 o el paciente 110, la posición del fluoroscopio no será determinada con precisión con respecto al marco de referencia del paciente. En consecuencia, al adquirir imágenes fluoroscópicas que vayan a ser usadas en registro bidimensional/tridimensional puede usarse la técnica anteriormente descrita para detectar el movimiento del dispositivo 101 de adquisición de imágenes durante el proceso de adquisición de imágenes. Esto quiere decir que, como se ha descrito, el ordenador 120 puede examinar la información de posición del sensor de rastreo 130 mientras los sensores de radiación 107 están indicando detección de radiación. Si el blanco de calibración y rastreo 106 se mueve con respecto al marco de referencia dinámico 150 durante la adquisición de imagen, esta imagen es marcada como errónea.

Puede ser necesario adquirir vistas fluoroscópicas complementarias (como p. ej. vistas lateral y anteroposterior) para facilitar el registro bidimensional/tridimensional. Pueden ser aplicadas aquí las técnicas anteriormente expuestas con referencia a las Figs. 7-8 y relativas a la adquisición de vistas complementarias.

Una vez efectuado el registro, el ordenador 120 puede usar la información posicional del instrumento 140 para sobreponer representaciones gráficas del instrumento en la imagen tridimensional así como en las imágenes fluoroscópicas bidimensionales.

Uso híbrido de datos de imágenes tridimensionales y bidimensionales

Las imágenes bidimensionales generadas por el dispositivo 101 de obtención de imágenes no siempre son capaces de representar adecuadamente la estructura ósea del paciente. Por ejemplo, las imágenes radiográficas fluoroscópicas no resultan eficaces cuando son tomadas en la dirección longitudinal del paciente (es decir, mirando hacia abajo desde la cabeza del paciente o mirando hacia arriba desde los pies del paciente) porque dado el gran número de huesos que son atravesados por los rayos X dichos huesos se tapan unos a otros en la imagen final. Sin embargo, de un conjunto de datos de imágenes tridimensionales tal como un conjunto de datos de imágenes obtenidas por tomografía computerizada u obtenidas por resonancia magnética puede sacarse la información que es necesaria para planear un procedimiento quirúrgico y de la que no se dispone de otro modo tan sólo sobre la base de datos de imágenes bidimensionales. La información sacada puede ser entonces transferida a las imágenes radiográficas bidimensionales generadas por el dispositivo 101 de obtención de imágenes, y puede ser usada en navegación quirúrgica. Los ejemplos siguientes describen métodos adicionales para usar datos tridimensionales y bidimensionales en navegación quirúrgica.

Ejemplo 1

Importación de especificaciones tridimensionales de implantes quirúrgicos en imágenes bidimensionales

Las Figs. 14A y 14B son imágenes que ilustran la implantación de una jaula intervertebral en la espina dorsal de un paciente usando el sistema 100 (pero sin usar la presente invención). Una jaula intervertebral es un implante espinal más o menos cilíndrico que es insertado en el espacio discal entre vértebras espinales adyacentes. Al médico puede resultarle difícil, cuando no imposible, elegir la apropiada longitud de una jaula intervertebral sobre la base de imágenes bidimensionales tales como la imagen de la Fig. 14A.

El rectángulo 1401 representa la proyección de la jaula intervertebral cilíndrica en el interior de la imagen. Si bien el eje geométrico largo del cilindro parece estar completamente dentro del hueso en esta imagen, éste puede no ser el caso debido a la curvatura del aspecto anterior de las vértebras 1402. La Fig. 14B es una imagen de una sección transversal por tomografía computerizada axial tridimensional de las vértebras. La esquina 1403 del rectángulo 1401 sobresale del hueso, la cual constituye una situación muy indeseable que no puede ser detectada con fiabilidad en imágenes radiográficas tales como la de la Fig. 14A. En consecuencia, frente a esta situación la apropiada longitud de la jaula deberá ser elegida sobre la base de una o varias imágenes de tomografía computerizada axial tales como la de la Fig. 14B. La selección de la longitud de la jaula puede ser efectuada automáticamente por el ordenador 120 o bien semiautomáticamente con la intervención del médico.

Una vez que la longitud de la jaula ha sido determinada por el médico e introducida en el ordenador 120, el valor de la longitud puede ser entonces usado por el ordenador 120 para visualizar correctamente la superposición gráfica en la correspondiente imagen bidimensional. La posición del instrumento quirúrgico usado para sostener la jaula durante el proceso de inserción, según la detección efectuada por el sensor de rastreo 130, es usada para calcular la posición de la jaula en la Fig. 14A durante el proceso navegacional bidimensional.

A pesar de que el ejemplo anteriormente expuesto era relativo a un implante espinal cilíndrico, en general los conceptos descritos podrían ser aplicados a cualquier implante quirúrgico.

Ejemplo 2

Adquisición de una vista radiográfica a lo largo del eje medial de un pedículo vertebral

En determinados procedimientos clínicos puede ser deseable adquirir una vista de imagen radiográfica fluoroscópica mirando prácticamente a lo largo del eje medial de un pedículo vertebral. A los efectos de este ejemplo, puede pensarse en un pedículo vertebral como en un cilindro, y el eje medial corresponde al eje geométrico central del cilindro.

La Fig. 15A es una imagen radiográfica en la cual la dirección de la vista del dispositivo de obtención de imágenes está alineada con el eje medial del pedículo (es decir que el eje medial del pedículo entra en el plano de la imagen). En esta vista llamada "de ojo de lechuza", el pedículo aparece como el círculo 1501 dentro de la imagen. A menudo es difícil adquirir con precisión esta vista usando solamente imágenes radiográficas fluoroscópicas, al ser difícil alinear la dirección de la vista del dispositivo 101 de obtención de imágenes con el eje medial del pedículo usando solamente imágenes fluoroscópicas.

Dada una vista de imagen fluoroscópica anteroposterior de la espina dorsal, tal como la ilustrada en la Fig. 15B, y dado que el eje geométrico mecánico del fluoroscopio esté alineado con el eje geométrico largo del paciente (es decir, con el eje geométrico 704 de la Fig. 7C), puede usarse una sección transversal de tomografía computerizada axial de una vértebra para adquirir rápidamente y con facilidad una vista de ojo de lechuza de alta calidad tal como la vista de la Fig. 15A.

La Fig. 15C es una imagen de una sección transversal de tomografía computerizada axial de una vértebra. Con esta imagen, el ordenador 120 o el médico puede medir el ángulo 1504 entre el eje anteroposterior 1502 y la proyección del eje medial 1503 del pedículo 1501 en el plano axial. El médico puede entonces hacer que el dispositivo 101 de obtención de imágenes gire recorriendo el ángulo medido en torno al eje mecánico de rotación que está alineado con el eje geométrico largo 704 del paciente. Debido al hecho de que los dispositivos de obtención de imágenes tales como el dispositivo 101 de obtención de imágenes tienen en su mayoría indicadores de ángulos, es trivial la rotación recorriendo el ángulo deseado. Sin embargo, si el médico requiere adicional precisión en la rotación, puede usarse para medir con mayor precisión el ángulo de rotación el sensor de rastreo 130, porque el mismo detecta la posición del brazo en C 103.

Ejemplo 3

Uso de radiografía reconstruida digitalmente en la colocación de un implante quirúrgico

En la adquisición convencional de imágenes radiográficas fluoroscópicas, la radiación pasa a través de un medio físico para crear una imagen de proyección en una película sensible a la radiación o en un intensificador de imagen electrónico. Dado un conjunto de datos de tomografía computerizada tridimensional, puede ser también generada una imagen radiográfica simulada usando una técnica conocida como radiografía reconstruida digitalmente (DRR). La radiografía reconstruida digitalmente es perfectamente conocida en la técnica y está descrita, por ejemplo, por L. Lemieux et al., "A Patient-to-Computed-Tomography Image Registration Method Based on Digitally Reconstructed Radiographs", Medical Physics 2 1 (11), pp. 1749-1760, noviembre de 1994.

Cuando se crea una imagen de radiografía reconstruida digitalmente, se forma una imagen fluoroscópica proyectando informáticamente elementos de volumen (voxels) del conjunto de datos de tomografía computerizada tridimensional sobre un plano de imagen seleccionado. Usando un conjunto de datos de tomografía computerizada tridimensional de un paciente determinado, es posible crear una imagen de radiografía reconstruida digitalmente que parezca muy similar a una correspondiente imagen radiográfica del mismo paciente. Un requisito para esta similitud es el de que el "dispositivo informático de obtención de imágenes radiográficas" y el dispositivo real de obtención de imágenes radiográficas usen similares parámetros intrínsecos de obtención de imágenes (como p. ej. las transformaciones de proyección y la corrección de la distorsión) y parámetros extrínsecos de obtención de imágenes (como p. ej. la dirección de la vista). Los parámetros intrínsecos de obtención de imágenes pueden sacarse del proceso de calibración.

Una imagen de radiografía reconstruida digitalmente puede ser usada para proporcionar un guiamiento al cirujano en el problema expuesto en el Ejemplo 1 de colocar adecuadamente una jaula intervertebral en el paciente. Dado un conjunto de datos de tomografía computerizada tridimensional de dos vértebras adyacentes, el médico, interactuando con el ordenador 120, puede posicionar manualmente un modelo de diseño tridimensional asistido por ordenador de una jaula intervertebral en una posición clínicamente deseada en la vista tridimensional de las vértebras. El médico puede entonces usar la técnica de radiografía reconstruida digitalmente para sintetizar una vista radiográfica anteroposterior, lateral o de otro tipo de las vértebras que muestre el modelo de diseño tridimensional asistido por ordenador de la jaula intervertebral. Así, puede crearse una imagen radiográfica fluoroscópica sintética que simule cómo se vería tras la implantación una jaula correctamente colocada.

Las imágenes radiográficas simuladas pueden ser comparadas con las imágenes reales tomadas por el dispositivo 101 de obtención de imágenes durante la cirugía. El objetivo del cirujano es el de posicionar el implante de forma tal que las imágenes intraoperatorias coincidan con las imágenes de radiografía reconstruida digitalmente. Para esta comparación pueden usarse preferiblemente dos tipos de imágenes intraoperatorias. Primeramente, podría usarse fluoroscopia convencional para adquirir una imagen tras haber sido implantada la jaula intervertebral. En segundo lugar, las imágenes adquiridas antes de la colocación de la jaula podrían ser suplementadas con iconos gráficos superpuestos que representen la posición de la jaula medida. En cualquier caso, la imagen fluoroscópica sintética puede ser usada como una plantilla para ayudar a guiar al cirujano a colocar correctamente la jaula intervertebral.

A pesar de que el ejemplo anterior ha sido descrito dentro del contexto de la implantación de una jaula intervertebral, podrían también usarse implantes distintos de la jaula intervertebral.

Ejemplo 4

Obtención de una determinada dirección de vista bidimensional usando imágenes de radiografía reconstruida digitalmente

La técnica de la radiografía reconstruida digitalmente puede ser usada para proporcionar un guiamiento al médico al adquirir una vista de ojo de lechuza de un pedículo vertebral. Dado un conjunto de datos de tomografía computerizada tridimensional que contiene una vértebra y el correspondiente pedículo, el médico puede usar el ordenador 120 para localizar manualmente una representación tridimensional del eje medial del pedículo con respecto a las imágenes tridimensionales de las vértebras. Una vez lograda esta localización, es posible sintetizar una vista de ojo de lechuza de las vértebras sobre la base de la dirección de la vista especificada por la selección del eje medial tridimensional por parte del médico. Esta imagen sintética puede ser entonces presentada al cirujano durante la cirugía y puede ser usada para guiar la adquisición de una vista de ojo de lechuza real usando el fluoroscopio. Comparando visualmente las imágenes fluoroscópicas tomadas mientras se posiciona el fluoroscopio con la vista de ojo de lechuza sintética, el médico puede adquirir una imagen fluoroscópica con una dirección de la vista aproximadamente igual al eje medial seleccionado manualmente. De esta manera puede adquirirse una vista de ojo de lechuza de alta calidad.

A pesar de que el ejemplo anterior ha sido descrito en el contexto de sintetizar una vista de ojo de lechuza bidimensional, en general puede seleccionarse cualquier dirección de vista tridimensional y puede sintetizarse y usarse para adquirir una imagen bidimensional fluoroscópica una correspondiente imagen bidimensional.

Ejemplo 5

Medición de los ángulos de fuera de plano sobre la base de imágenes fluoroscópicas

Puede ser deseable medir el ángulo entre la trayectoria de un instrumento quirúrgico y el plano de una imagen fluoroscópica (tal como un plano alineado con la línea media de la espina dorsal 1502) durante la cirugía usando una imagen fluoroscópica preadquirida. Esto es útil por cuanto que a menudo es deseable posicionar o implantar un instrumento quirúrgico a un determinado ángulo con respecto al plano de la imagen fluoroscópica. Por ejemplo, el instrumento quirúrgico puede tener que ser implantado en la dirección alineada con el eje medial del pedículo 1503.

Considérese la sección transversal vertebral que está ilustrada como una imagen de tomografía computerizada axial en la Fig. 15C. Como se ha descrito anteriormente, el ángulo 1504 entre el eje anteroposterior de la espina dorsal 1502 y el eje medial 1503 del pedículo puede ser medido a partir de esta imagen de tomografía computerizada. La alineación del instrumento quirúrgico con el eje medial puede ser llevada a cabo midiendo dinámicamente el ángulo entre la trayectoria del instrumento quirúrgico y el plano definido por la línea media 1502 de la espina dorsal. Cuando el ángulo medido dinámicamente coincide con el ángulo previamente obtenido de la imagen de tomografía computerizada, el instrumento quirúrgico está alineado.

Las Figs. 16A y 16B son figuras que ilustran respectivamente una imagen fluoroscópica anteroposterior de la espina dorsal y una correspondiente vista tridimensional de la espina dorsal. De la manera que se expone más detalladamente a continuación, el médico define dos puntos a lo largo de la línea media de la espina dorsal, tales como los puntos 1601 dibujados sobre los procesos espinosos en la Fig. 16A (en anatomía no patológica un proceso espinoso define típicamente la línea media). El ordenador 120 del sistema 100 usa estos puntos para definir una línea 1602 en la imagen, o más concretamente, el ordenador define el plano 1603 (ilustrado en la Fig. 16B) que incluye los dos puntos y las proyecciones lineales de estos dos puntos determinadas por la transformación de calibración. Más intuitivamente, una aproximación de primer orden del plano 1603 puede ser considerada como el plano que pasa por los dos puntos perpendicularmente al plano de la imagen.

El plano 1603 define la línea media de la espina dorsal en el espacio tridimensional. Durante el guiamiento navegacional, la ecuación de este plano puede ser expresada en el sistema de coordenadas del marco de referencia dinámico 150 o del sensor de rastreo 130.

Usando el sensor de rastreo 130 para medir la posición y orientación (es decir, la trayectoria) del instrumento 140, el ordenador 120 proyecta entonces matemáticamente esta trayectoria sobre el plano 1603. Esta proyección definirá una línea que pasa por el plano 1603. El ángulo entre esta línea en el plano 1603 y la trayectoria del instrumento corresponde al ángulo a medir. En otras palabras, el ángulo a medir corresponde al ángulo mínimo que está presente entre la trayectoria del instrumento y el plano 1603. El ángulo a medir puede ser calculado por el ordenador 120 y visualizado para el médico en formato gráfico o de texto.

En resumen, como se describe en este ejemplo, una sola imagen fluoroscópica puede ser usada durante la cirugía para posicionar un instrumento quirúrgico según una deseada trayectoria con respecto al plano de la imagen fluoroscópica. Más en general, los métodos que se describen en este ejemplo se refieren a la medición del ángulo entre la trayectoria de un instrumento quirúrgico 140 y un plano (como p. ej. el 1603) definido por dos o más puntos (como p. ej. los 1601) que han sido seleccionados manual o automáticamente en una imagen fluoroscópica. Si bien la explicación usa una tomografía computerizada en aras de la claridad del ejemplo, la medición y visualización del ángulo pueden lograrse sin usar datos de imagen tridimensional.

A pesar de que los cinco ejemplos anteriores usaban datos tridimensionales específicos de un paciente y no datos de atlas, en determinadas situaciones puede ser posible usar un plan de registro bidimensional/tridimensional que ponga datos de atlas no específicos de un paciente en registro con imágenes fluoroscópicas específicas de un paciente usando métodos de registro deformable que no mantengan la rigidez de la estructura anatómica durante el proceso de registro. De esta manera, las imágenes fluoroscópicas específicas de un paciente pueden ser usadas para deformar los datos de atlas para establecer una mejor correspondencia con el paciente y transferir con ello los conocimientos derivados del atlas a las imágenes fluoroscópicas específicas del paciente.

Generación y visualización de referencias anatómicas

Según la presente invención, el aparato incluye una interfaz con el procesador del ordenador del sistema para introducir uno o varios puntos de referencia a usar por parte del procesador para generar y visualizar la referencia. Según las realizaciones de la presente, y haciendo de nuevo referencia a la Fig. 1, la interfaz puede incluir dispositivos de introducción estándar previstos por separado tales como el dispositivo 2010 conectado operativamente al ordenador 120. El dispositivo de entrada 2010 puede comprender, por ejemplo, un teclado, un ratón o un lápiz fotosensible. Si el sistema guiado por imágenes está ya equipado con un dispositivo de entrada, la interfaz requerida puede entonces comprender adecuadas instrucciones de entrada almacenadas en la memoria 2018 asociada al ordenador 120 o en un dispositivo de memoria previsto por separado y conectado operativamente tal como el dispositivo de memoria 2026 ilustrado en la Fig. 1. El dispositivo de memoria 2026 puede ser una cinta, un disco o un ordenador aparte con la correspondiente memoria. Como alternativa o bien adicionalmente, la interfaz requerida puede incluir un instrumento rastreable tal como la sonda táctil 2020 que está ilustrada esquemáticamente en la Fig. 1 y se ve en la Fig. 19A. La sonda 2020 incluye el conjunto de LED's 2022 (LED's = diodos emisores de luz) para el rastreo por parte del sensor 130. Al tocar físicamente el cirujano los deseados puntos de referencia en la anatomía del paciente, el aparato 2000 puede determinar automáticamente los puntos de referencia en el deseado marco de referencia de coordenadas por medio de los datos proporcionados por el sensor 130. Debido al hecho de que el sistema 100 guiado por imágenes puede ser configurado para situar un punto específico en la sonda 2020 (es decir, la punta 2024), puede lograrse la precisión requerida.

Asimismo según la presente invención, el aparato incluye también adicionales instrucciones de ordenador que están almacenadas en un dispositivo de almacenamiento que es accesible para el ordenador del sistema quirúrgico guiado por imágenes y que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador del ordenador genere y visualice los puntos de referencia anatómica en el dispositivo de visualización en registro con una imagen anatómica visualizada, o sea en el mismo marco de referencia de coordenadas como la imagen. Según las realizaciones de la presente, y haciendo de nuevo referencia a la Fig. 1, el aparato 2000 incluye apropiadas instrucciones adicionales de ordenador que están almacenadas en la memoria 2018 del sistema o en el dispositivo de almacenamiento aparte 2026.

Como se ha expuesto anteriormente, las adicionales instrucciones de ordenador almacenadas en la memoria 2018 del ordenador (o en el dispositivo de almacenamiento 2026) hacen que el ordenador 120 genere y visualice la referencia deseada, y concretamente el "plano" de la línea media 2016 en las Figs. 18B y 19B. Las instrucciones también incluyen preferiblemente instrucciones para visualizar iconos u otras representaciones de los puntos reales introducidos usados para generar la referencia visualizada, tales como los puntos icónicos 2012 y 2014 que están ilustrados en la Fig. 18A. Asimismo, las instrucciones adicionales pueden incluir instrucciones para almacenar los puntos de referencia introducidos, por ejemplo, en la memoria 2018 del sistema o en el dispositivo de almacenamiento 2026, para hacer referencia a los mismos en el futuro o para llevar un registro.

Como se ha expuesto anteriormente, el sistema 100 de cirugía guiada por imágenes tiene la ventaja de ser capaz de rastrear los distintos instrumentos (adecuadamente equipados con conjuntos de emisores de LED) que pueden ser necesarios para un procedimiento quirúrgico, y de generar y visualizar en el monitor 121 iconos que representen los instrumentos o partes de los mismos, como p. ej. las partes de la punta y de la cola, en registro con una imagen anatómica visualizada. Por consiguiente, para un procedimiento de implantación de un dispositivo de fusión intercorporal pueden ser usados con el sistema 100 instrumentos rastreables tales como los ilustrados en las Figs. 20A-20E para implantar un dispositivo de fusión intercorporal tal como el dispositivo de fusión 2032 que se ilustra montado en el instrumento 2034 de inserción de implantes (Fig. 20E) como se expone más detalladamente a continuación.

La correcta colocación del dispositivo 2032 requiere que el cirujano sitúe los instrumentos con respecto al plano de la línea media 2016 de forma tal que pueda ser formada una cavidad adecuada en la columna vertebral con una cantidad de desviación predeterminada hacia la derecha o hacia la izquierda. La distancia de desviación es a menudo especificada por el fabricante sobre la base del tamaño, y p. ej. del diámetro, del dispositivo 2032, pero puede ser seleccionada por el cirujano. El aparato 2000 le permite también al cirujano introducir por medio de una interfaz tal como el dispositivo de entrada 2010 la desviación deseada o aceptar por defecto uno de los valores de desviación del fabricante, que pueden ser almacenados en la memoria 2018 del sistema (o en el dispositivo de almacenamiento 2026) junto con apropiadas instrucciones para calcular el punto desviado en el sistema de coordenadas de la imagen. Esto permite que sean localizados los instrumentos rastreados y que sean visualizadas apropiadas representaciones icónicas relativas no tan sólo a la referencia sino también a la propia ubicación del punto desviado que está referida a la referencia.

En el presente aparato 2000, en la memoria 2018 del sistema (o en el dispositivo de almacenamiento 2026) están previstas adicionales instrucciones de ordenador para generar y visualizar en el monitor 121 un icono 2036 de doble corredera que indica las posiciones de la punta y la cola del instrumento rastreado con respecto al deseado punto desviado. Como se muestra p. ej. en la Fig. 21A, el icono de corredera 2036 presenta representaciones icónicas de las posiciones relativas tanto de la punta 2038 (pista superior) como de la cola 2040 del instrumento (pista inferior) del distractor 2050 (véase la Fig. 20A) con respecto a la representación 2042 del punto desviado. El icono de corredera 2036 proporciona una conveniente valoración en tiempo real de las posiciones relativas mientras el cirujano está moviendo el instrumento. El icono 2036 presenta preferiblemente las posiciones relativas en campo ampliado o aumentado para facilitar la visión e incrementar la precisión, y puede también incluir una representación 2044 del plano de la línea media. Las instrucciones adicionales en la memoria 2018 del sistema (o en el dispositivo de almacenamiento 2026) pueden también incluir instrucciones para generar y visualizar en registro con la imagen iconos correspondientes a uno o ambos de los miembros del grupo que consta de la punta y la cola (el icono 2046 que está ilustrado en la Fig. 21A representa la punta del instrumento). Naturalmente, según la presente invención pueden usarse iconos distintos del icono del tipo de un icono de corredera para visualizar la información de posición relativa que es necesaria para el procedimiento de colocación.

A pesar de que ello no está ilustrado, las instrucciones en la memoria 2018 del sistema (o en el dispositivo de almacenamiento 2026) pueden servir como alternativa para la generación y visualización de representaciones icónicas del instrumento o de partes representativas del mismo, tales como la punta y la cola, y del propio punto desviado, en registro con la imagen visualizada y con la referencia visualizada. Un experto en la materia entendería, por ejemplo, que cuando las representaciones de la punta y de la cola del instrumento sean coincidentes con el punto desviado, ello le asegura al cirujano el correcto posicionamiento y la correcta alineación del instrumento tanto con respecto al punto desviado como con respecto a la referencia, tal como un plano de la línea media.

Procedimiento de colocación de dispositivos de fusión intercorporal

Según un método que está en consonancia con la presente invención, primeramente se hace que sea visualizada en un dispositivo de visualización una apropiada imagen anatómica de la anatomía en la que hay que operar. Según las realizaciones que aquí se presentan y haciendo referencia a las figuras, las Figs. 17B y 17C muestran respectivamente imágenes radiográficas anteroposterior ("A-P") y lateral que han sido obtenidas usando el aparato que está ilustrado en la Fig. 17A. El aparato que está ilustrado en la Fig. 17A incluye el aparato 2000 que se usa con el sistema quirúrgico 100 guiado por imágenes, como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1, incluyendo el dispositivo fluoroscópico 101 que se usa para obtener las imágenes radiográficas que pueden ser procesadas por el sistema quirúrgico guiado por imágenes para proporcionar imágenes anteroposteriores y laterales de precisión. El aparato de la Fig. 17A incluye también un sistema de referencia dinámico 150 que está unido a la espina dorsal del paciente y puede ser detectado por el sensor 130 (no ilustrado en la Fig. 17A). El sistema quirúrgico guiado por imágenes "conoce" la situación relativa del sistema de referencia 150 y del dispositivo fluoroscópico 101, y tiene también la capacidad de calibrar las imágenes y "aprender" las características de la imagen, de forma tal que puede sobreponer un icono que representa la posición de los instrumentos quirúrgicos rastreados sobre las imágenes calibradas que están ilustradas en las Figs. 17B y 17C durante el propio procedimiento de colocación del dispositivo de fusión.

Además, según el método que está en consonancia con la presente invención, el punto de referencia anatómica o los varios puntos de referencia anatómica es introducido o son introducidos en el ordenador del sistema quirúrgico guiado por imágenes. Según las realizaciones de la presente, este paso puede ser llevado a cabo por el cirujano de una u otra de dos maneras básicas, que son concretamente la consistente en usar el dispositivo de entrada 2010 (o usar el dispositivo de entrada del sistema a través de apropiadas instrucciones almacenadas en la memoria 2018 o en el dispositivo de almacenamiento 2026), o la de usar un instrumento quirúrgico rastreado como sonda 2020. En la primera alternativa, el cirujano puede introducir las coordenadas de los puntos de referencia en el ordenador directamente, tal como usando un teclado convencional, un ratón convencional o un dispositivo de entrada del tipo de un lápiz fotosensible convencional que esté adecuadamente interconectado con el ordenador 111 del sistema de cirugía guiada por imágenes. La Fig. 18A es la imagen anteroposterior correspondiente a la Fig. 17B con los puntos 2012 y 2014 seleccionados e introducidos por el cirujano superpuestos. La Fig. 19A muestra la ruta alternativa para la introducción de los puntos de referencia, en la que concretamente el cirujano usa la sonda quirúrgica rastreada 2020 en lugar del dispositivo de entrada 2010 o como parte del mismo, y toca físicamente la anatomía del paciente en los puntos que el cirujano ha seleccionado como correspondientes a la deseada referencia anatómica, que es en este caso un plano de la línea media.

Asimismo según la presente invención, el método incluye el paso de procesar los puntos de referencia anatómica introducidos usando adicionales instrucciones de ordenador que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice una correspondiente referencia anatómica en el dispositivo de visualización y en registro con la imagen anatómica visualizada. Según las realizaciones de la presente, usando los puntos de referencia introducidos tales como los puntos 2012 y 2014, el ordenador 120 generaría entonces en cada caso el plano de la línea media 2016 que pasa por los dos puntos y es paralelo a la dirección de adquisición de la imagen cuando fue adquirida la imagen anteroposterior (es decir, perpendicular al plano de la imagen anteroposterior).

El siguiente paso en el procedimiento de colocación es aquél en el que el cirujano selecciona e introduce un punto desviado que corresponde a la deseada posición y orientación de colocación para el dispositivo de fusión intercorporal. El sistema descrito le permite al cirujano introducir la deseada desviación con respecto al plano de la línea media tal como mediante el dispositivo de entrada 2010 tipo teclado, o bien aceptar valores por defecto sobre la base del diámetro del dispositivo de fusión intercorporal. Con respecto a esto último, los valores del punto desviado tales como los sugeridos por el fabricante pueden ser almacenados previamente en la memoria 2018 junto con apropiadas instrucciones adicionales para seleccionar un valor apropiado sobre la base de una introducción del tamaño/diámetro del dispositivo de fusión intercorporal que sea de hecho usado por el cirujano. Como alternativa, los valores del punto desviado pueden ser almacenados junto con las instrucciones adicionales en el dispositivo de almacenamiento 2026.

El siguiente paso en el procedimiento de colocación es el consistente en posicionar un distractor, tal como el distractor 2050 que está ilustrado en la Fig. 20A, para permitir la colocación del instrumento 2052 que constituye un conducto de trabajo (Fig. 20B) y será usado para guiar automáticamente los otros instrumentos que se usen para preparar la cavidad e insertar el dispositivo de fusión intercorporal 2032 propiamente dicho, tales como concretamente el escariador 2054 que está ilustrado en la Fig. 20C, el macho de roscar 2056 que está ilustrado en la Fig. 20D, y el instrumento 2034 de inserción de implantes que está ilustrado en la Fig. 20E.

Específicamente, las Figs. 21A y 21B son respectivamente las vistas anteroposterior y lateral que muestran el primer intento del cirujano para llevar al distractor 2050 a la correcta posición y alineación con el punto desviado previamente establecido. Debido a la capacidad de rastreo del sistema de cirugía guiada por imágenes, la posición del distractor (representada por el icono 2046 de la punta) puede ser visualizada en la vista anteroposterior (Fig. 21A), y el icono lineal 2058 que representa la trayectoria y la profundidad de inserción del distractor 2050 puede ser visualizado en la vista lateral de la Fig. 21B. Naturalmente, tanto la representación posicional como la representación de trayectoria/orientación del distractor están en registro con las respectivas imágenes.

Como se muestra en la Fig. 21A, la presente invención prevé instrucciones de ordenador para la generación y visualización del icono de corredera de doble pista 2036 para permitir al cirujano ajustar rápidamente la posición y orientación del distractor para lograr la correcta posición y alineación con respecto al deseado punto desviado. Como se ve en la Fig. 21A, al comienzo de este paso las representaciones icónicas tanto de la posición de la punta 2038 como de la posición de la cola 2040 del distractor no son coincidentes con el punto desviado seleccionado, que está representado por el elemento de barra 2042. Las Figs. 22A y 22B hasta 25A y 25B representan las posiciones relativas durante el movimiento del distractor efectuado por el cirujano para lograr la alineación posicional y de orientación con el deseado punto desviado durante sucesivos periodos de tiempo. Obsérvese, por ejemplo, que en la Fig. 24A se ha logrado la alineación de la posición 2038 de la punta con el icono 2042 del punto desplazado, pero aún tiene que lograrse la alineación del icono 2040 de la posición de la cola. Esto indicaría la situación en la que la punta del distractor está en el deseado punto desviado en el marco anteroposterior de referencia pero la orientaciónaxial del distractor no está aún alineada. La Fig. 25A muestra tanto la punta como la cola alineadas en coincidencia con el punto desviado y paralelamente al plano de la línea media.

Las respectivas vistas laterales de las Figs. 21B a 25B muestran que son visualizadas tanto la profundidad como la trayectoria en el plano sagital. Esto puede lograrse como consecuencia del hecho de ser conocidas las dimensiones de los distintos instrumentos, incluyendo el distractor 2050, de tal manera que las situaciones de todos los puntos del distractor pueden ser computadas y visualizadas sobre la base de la detección por parte del sensor del conjunto de LED's o de reflectores 2060 que está unido al distractor. Obsérvese que en los instrumentos que están ilustrados en la Fig. 20A y en las Figs. 20C a 20E, el conjunto de LED's 2060 es parte de un dispositivo 2062 del tipo de un aditamento universal que es apto para montar varios elementos de trabajo (es decir, un elemento que constituye un distractor, un elemento que constituye un taladro/escariador, un elemento que constituye un macho de roscar y un elemento que constituye un instrumento de inserción). Para una descripción de un adecuado dispositivo que constituye un aditamento universal, véase la Solicitud de Patente U.S. Nº 08/971.126 de Kevin T. Foley et al., presentada el 20 de noviembre de 1997 y titulada "Destornillador/Macho de Roscar/Taladro Guiado por Imágenes". Véase también la Solicitud de Patente U.S. Nº 09/296.251 (acta Nº 06148.0086-00000 del agente oficial de la propiedad industrial) de Thomas R. Williams, presentada en concurrencia con la anterior y titulada "Adaptador Universal de Utensilios Guiado por Imágenes y Método para el Uso del Mismo con Cirugía Guiada por Imágenes y Asistida por Ordenador", y la Solicitud de Patente U.S. Nº 08/209.248, presentada el 10 de diciembre de 1998 y titulada "Sistema de Guiamiento para Cirugía Espinal Guiada por Imágenes y Método para el Uso del Mismo".

El paso siguiente en el procedimiento de colocación es la instalación del conducto de trabajo tal como el conducto de trabajo 2052 que está ilustrado en la Fig. 20B. El conducto de trabajo 2052 está destinado a encajar sobre el distractor y tiene su propio conjunto de LED's o de reflectores para el rastreo 2064. El específico conducto de trabajo 2052 que está ilustrado en la Fig. 20B tiene un par de puntas 2066 que están distanciadas radialmente del eje geométrico 2068 del conducto de trabajo para mantener la distracción producida por el distractor. El sistema quirúrgico 100 guiado por imágenes puede computar y visualizar representaciones icónicas no tan sólo del conducto del trabajo (cilindro 2052A), sino también de las puntas (cruces filares 2066A) para permitir la deseada orientación rotacional del conducto de trabajo al ser el mismo introducido en el espacio discal (es decir que las puntas 2066 deberán ser paralelas a las placas extremas de los cuerpos vertebrales). Las Figs. 26A y 26B hasta las Figs. 29A y 29B son una serie de imágenes radiográficas anteroposteriores y laterales que muestran sucesivos puntos en el tiempo durante el paso de colocación del conducto de trabajo en el que el cirujano gira gradualmente el conducto de trabajo hasta que las puntas están en las deseadas posiciones paralelas a las placas extremas vertebrales, como en las Figs. 28A y 28B. Las Figs. 29A y 29B representan la subsiguiente inserción del conducto de trabajo 2052 hasta la profundidad correcta, como se determina principalmente mediante la vista lateral de la Fig. 29B.

Las Figs. 30A y 30B hasta las Figs. 34A y 34B representan los pasos subsiguientes de escariado, roscado con macho y colocación del dispositivo de fusión intercorporal, tal como mediante el uso de los instrumentos que están ilustrados en las Figs. 20C, 20D y 20E trabajando a través del conducto de trabajo 2052 que está colocado en su sitio y está ilustrado en la Fig. 20B, habiendo sido retirado de dicho conducto de trabajo el distractor 2050. Obsérvese que las respectivas vistas laterales en estas figuras le proporcionan al cirujano una precisa indicación no tan sólo de la profundidad de los instrumentos que consisten en el escariador y el macho de roscar, sino también de la colocación final del dispositivo de fusión intercorporal (representado icónicamente por el cilindro 2032A en la Fig. 34B). Naturalmente, este último aspecto es consecuencia del hecho de que el ordenador 120 "conoce" la situación de todos los puntos del instrumento 2034 de inserción de implantes, incluyendo el dispositivo de fusión intercorporal 2032 unido al mismo, como consecuencia de las dimensiones conocidas del instrumento de inserción y del propio dispositivo de fusión intercorporal. Al igual como en el caso de los valores del punto desviado, las dimensiones de los dispositivos de fusión intercorporal podrían ser almacenadas en memoria y estar a disposición del ordenador de forma tal que, una vez seleccionadas/designadas por el cirujano a través del dispositivo de entrada 2010 o de un dispositivo de entrada previsto en el sistema 100, las dimensiones requeridas estarían a disposición del ordenador 120 para que fuesen generadas las requeridas transformaciones de coordenadas para permitir que sean generadas las ubicaciones de los puntos clave del instrumento y del dispositivo de fusión intercorporal, como son p. ej. la punta y la cola, y que sean visualizadas las correspondientes representaciones icónicas.

La Fig. 35 es un diagrama de flujo que resume los pasos de un procedimiento de colocación de un dispositivo de fusión intercorporal según la presente invención. En particular, los pasos 2080 y 2082 suponen respectivamente preparar el sistema 100 guiado por imágenes y adquirir y visualizar en el monitor 121 las vistas anteroposterior y lateral de la parte espinal de interés. Como se ha indicado anteriormente, pueden ser usadas imágenes preadquiridas almacenadas en la memoria 2018.

A continuación es efectuado el paso 2084 introduciendo las coordenadas de la línea media por medio del dispositivo de entrada 2010 o usando una sonda táctil 2020 del tipo de un instrumento rastreado. A continuación de la generación del plano de la línea media por parte del ordenador 120 y de su visualización en el monitor 121 en registro con las imágenes anteroposterior y lateral adquiridas, el paso 2086 es llevado a cabo ya sea introduciendo las coordenadas del punto desviado tal como usando el dispositivo de entrada 2010, o bien aceptando valores por defecto almacenados en la memoria 2018 (o previstos en el dispositivo de almacenamiento 2026).

A continuación, en el paso 2088 el cirujano posiciona un distractor rastreado, tal como el distractor 2050 que está ilustrado en la Fig. 20A, en el punto desviado usando el sistema 100 guiado por imágenes y el punto desviado visualizado y el icono de corredera 2036. Una o varias nuevas imágenes laterales de la anatomía que ha sido objeto de distracción pueden ser opcionalmente adquiridas y visualizadas en este momento por el sistema 100, mediante los pasos 2090 y 2092, para ser posteriormente usadas para posicionar el conducto de trabajo.

En el paso 2094, un conducto de trabajo rastreado, tal como el dispositivo 2052 (Fig. 20B), es posicionado en la anatomía en el punto desviado usando el sistema 100 y el punto desviado visualizado y el icono de corredera 2036. El paso 2094 de posicionamiento del conducto de trabajo incluye el posicionamiento según los ejes x, y, z, el posicionamiento angular y el posicionamiento de orientación rotacional del conducto de trabajo, como se ha expuesto anteriormente.

A continuación es efectuado usando el sistema 100 guiado por imágenes el paso final 2096 que redunda en la colocación del dispositivo de fusión intercorporal. El paso 2096 incluye los subpasos de posicionar consecutivamente un escariador rastreado, un macho de roscar rastreado y un instrumento de inserción rastreado, tales como los instrumentos que están ilustrados en las Figs. 20C-20E.

Finalmente, el paso 2098 incluye la repetición de los pasos 2086 a 2096 para la colocación de un dispositivo de fusión en un correspondiente punto desviado en el lado opuesto del plano de la línea media, dado que los dispositivos son habitualmente instalados por parejas. Naturalmente, si durante el paso 2086 fueron introducidos ambos puntos desviados derecho e izquierdo, entonces es necesario repetir tan sólo los pasos 2088 a 2096 como pasos que comprenden el paso 2098.

El aparato y método anteriormente descritos amplían considerablemente las capacidades y ventajas de los sistemas quirúrgicos guiados por imágenes, incluyendo los sistemas quirúrgicos guiados por imágenes que son usados para la colocación de dispositivos de fusión intercoporal guiada por imágenes. Será obvio para los expertos en la materia que la presente invención puede ser objeto de varias modificaciones y variaciones sin por ello salir fuera del alcance o del espíritu de la invención. Como se ha indicado anteriormente, las ventajas y los beneficios de la presente invención no quedan limitados a los procedimientos quirúrgicos de colocación de dispositivos de fusión intercoporal, si bien la presente invención es particularmente ventajosa para ese procedimiento quirúrgico.

Asimismo, a pesar de que se describe que aspectos de la presente invención son almacenados en memoria, un experto en la materia comprenderá que estos aspectos pueden ser también almacenados en soportes de información legibles por ordenador de otros tipos, tales como dispositivos de almacenamiento secundarios tales como discos duros, discos flexibles o CD ROM (CD ROM = memoria de solo lectura en disco compacto); en una onda portadora de Internet o de otro medio de propagación; o en otras formas de RAM o ROM.

Si bien esta invención ha sido descrita de varias maneras en general en conexión con conjuntos de LED's y de cámaras, hay que tener presente que podrían usarse otros elementos de rastreo y los correspondientes conjuntos de sensores que son conocidos en la técnica, tales como, por ejemplo, sistemas sónicos, ópticos o electromagnéticos, así como reflectores ópticos y un correspondiente sistema de cámaras.

A la luz de la descripción y de la puesta en práctica de la invención que aquí se describe, serán obvias para los expertos en la materia otras realizaciones de la invención.

Claims

1. Aparato (2000) que está destinado a ser usado en un procedimiento quirúrgico de colocación de dispositivos de fusión intercorporal, estando el aparato destinado a ser usado con un sistema quirúrgico (100) guiado por imágenes, incluyendo el sistema un procesador (120) de ordenador, un dispositivo de visualización (121) acoplado al procesador, y una memoria (2018, 2026) que está asociada al procesador y tiene almacenadas instrucciones de ordenador que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador visualice en el dispositivo de visualización al menos una imagen anteroposterior o una imagen lateral correspondiente a la parte de una espina dorsal en la cual debe ser ejecutado el procedimiento de colocación (2082); estando el aparato caracterizado por comprender:

una interfaz (2010, 2020) para introducir en el procesador uno o varios puntos (2012, 2018) y para generar una referencia (2016) del plano de la línea media;

adicionales instrucciones de ordenador que están almacenadas en la memoria y, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice en el dispositivo de visualización en registro con al menos una de las imágenes anteroposteriores y laterales visualizadas un plano de la línea media (2016) correspondiente a dicho punto o a dichos varios puntos; y

adicionales instrucciones para generar puntos desviados de implantación referidos a dicho plano de la línea media sobre la base de los valores de punto desviado introducidos.

2. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 1, en el que la memoria está asociada al procesador.

3. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 1 ó 2, en el que la interfaz es seleccionada de entre los miembros del grupo que consta de un teclado, un ratón y un lápiz fotosensible.

4. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicha interfaz incluye un instrumento quirúrgico.

5. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichas adicionales instrucciones de ordenador incluyen instrucciones adicionales que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador del ordenador genere y visualice uno o varios iconos asociados a puntos de referencia anatómica.

6. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el sistema quirúrgico guiado por imágenes tiene uno o varios instrumentos rastreables, y en el que un icono indica la situación y orientación de un instrumento rastreado con respecto a una referencia anatómica o a un sitio referido a la referencia.

7. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 6, en el que el instrumento tiene una parte que constituye la punta y una parte que constituye la cola, y en el que dicho icono indica las situaciones tanto de la parte que constituye la punta como de la parte que constituye la cola con respecto a dicha referencia anatómica o a un sitio referido a la referencia.

8. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 6 ó 7, en el que el instrumento tiene una parte que está distanciada radialmente de un eje geométrico del instrumento, y en el que dicho icono indica la orientación angular de la parte radial con respecto a dicha referencia anatómica o a un sitio referido a la referencia.

9. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la referencia es un plano.

10. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 1, en el que las instrucciones adicionales incluyen instrucciones para generar y visualizar un icono que indica la situación y orientación de un instrumento rastreado con respecto a dicho plano o a un sitio referido al plano.

11. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 10, en el que dicho icono es un icono de corredera (2306).

12. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 10, en el que el instrumento rastreado tiene una punta y una cola, y en el que dicho icono indica las situaciones de la punta (2038) y de la cola (2040) con respecto a dicho plano o a un sitio referido al plano.

13. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dichos puntos desviados son almacenados en la memoria y corresponden a puntos de colocación recomendados por los fabricantes de los dispositivos de fusión intercorporal.

14. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 4 a 13, en el que la interfaz es una sonda quirúrgica rastreable (2020).

15. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 1, que incluye además uno o varios instrumentos quirúrgicos rastreables, conteniendo dicha memoria instrucciones adicionales que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador genere y visualice un icono que es representativo de la situación y orientación de dicho instrumento rastreable con respecto al plano de la línea media o a una ubicación de punto desviado referida al plano de la línea media.

16. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 14, en el que dicho instrumento quirúrgico es un instrumento (2052) que constituye un conducto de trabajo y define un conducto para guiar automáticamente otros instrumentos usados para preparar una cavidad e insertar el dispositivo de fusión intercorporal.

17. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 16, en el que los otros instrumentos incluyen un escariador (2054), un macho de roscar (2056) y un instrumento (2034) de inserción de implantes.

18. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 16, en el que el instrumento que constituye un conducto de trabajo incluye un par de puntas (2066) que son posicionadas de manera que quedan paralelas a las placas extremas de los cuerpos vertebrales.

19. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que la memoria de ordenador incluye valores de punto desviado almacenados, y las instrucciones de ordenador incluyen instrucciones adicionales que, al ser ejecutadas, hacen que el procesador del ordenador seleccione por defecto un punto desviado almacenado y genere un punto desviado referido al plano de la línea media sobre la base del valor seleccionado por defecto.

20. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 4 a 18, en el que el instrumento rastreado (140) tiene una punta (602) y una cola (603), y en el que el icono indica las situaciones tanto de la punta (2038) como de la cola (2040) con respecto a la ubicación del punto desviado.

21. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 8, en el que el icono indica las situaciones de la punta y de la cola con respecto al plano de la línea media.

22. Aparato como el reivindicado en la reivindicación 8, en el que el icono es una corredera.

23. Aparato como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 4 a 18, en el que el instrumento rastreado tiene una parte que está distanciada radialmente de un eje geométrico del instrumento, y en el que el icono (108) indica la orientación rotacional de la parte radial con respecto al punto desviado.