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ES2615167A1 - Dispositivo de registro de la posición natural de la cabeza de un individuo mediante unidad de medición inercial (imu) y método asociado - Google Patents

Dispositivo de registro de la posición natural de la cabeza de un individuo mediante unidad de medición inercial (imu) y método asociado Download PDF

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ES2615167A1 ES201531766A ES201531766A ES2615167A1 ES 2615167 A1 ES2615167 A1 ES 2615167A1 ES 201531766 A ES201531766 A ES 201531766A ES 201531766 A ES201531766 A ES 201531766A ES 2615167 A1 ES2615167 A1 ES 2615167A1
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Abstract

Dispositivo para registro de la posición natural de la cabeza (NHP) de un individuo mediante unidad de medición inercial (IMU) y método asociado a dicho dispositivo, que permite establecer una relación entre la posición de la cabeza en las imágenes obtenidas mediante técnicas radiológicas habituales y la NHP para optimizar la planificación y la ejecución de intervenciones. El dispositivo comprende una primer soporte (1) destinado a ser sostenido, por su borde exterior (4) recubierto por un molde (6) entre los maxilares del individuo, sobre el cual se dispone un segundo soporte (2), que contiene una pluralidad de referencias radiopacas (4), dimensionado para acoger a una unidad IMU (3) de reducido tamaño. Una unidad de control (7) externa recibe, almacena y procesa las mediciones obtenidas por la IMU (3) del dispositivo.

Description

DISPOSITIVO DE REGISTRO DE LA POSICION NATURAL DE LA CABEZA DE UN INDIVIDUO MEDIANTE UNIDAD DE MEDICION INERCIAL (IMU) Y METODO
ASOCIADO
5 DESCRIPCION
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invention se encuadra en el campo tecnico de los dispositivos de medida 10 para evaluar la forma, la configuration, el tamano o el movimiento del cuerpo o de sus partes, y se refiere en particular a un dispositivo de registro de la position natural de la cabeza de un individuo mediante una unidad de medicion inercial, asi como al metodo de registro de la posicion natural de la cabeza asociado a dicho dispositivo.
15 ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La posicion natural de la cabeza, o NHP por sus siglas en ingles, es aquella posicion en la cual se encuentra la cabeza de un individuo cuando su plano visual, estando dicho individuo relajado y de pie, queda horizontal y paralelo al suelo. Dicha posicion, referente 20 a la relation fisiologica del craneo con la columna cervical, esta influenciada por la postura muscular y responde a condiciones fisiologicas y ambientales. La determination de la NHP es fundamental a la hora de afrontar determinadas cirugias en el territorio craneo-maxilo-facial, para asegurar un resultado optimo.
25 Sin embargo, en las tecnicas de diagnostico por imagen normalmente empleadas, como resonancia magnetica, radiografia o tomografia, la cabeza del individuo se encuentra inmovilizada en una posicion que no suele coincidir con la natural, y, en consecuencia, la imagen tridimensional computerizada que se obtiene no esta correlacionada con dicha posicion natural, lo que supone una desventaja para el profesional sanitario a la hora de 30 planificar y ejecutar una intervention.
Por otro lado, una unidad de medicion inercial, o IMU por sus siglas en ingles, es un dispositivo electronico que mide e informa acerca de la velocidad, orientation y fuerzas gravitacionales de un cuerpo, usando una combinacion de acelerometros y giroscopos.
Suele emplearse en sistemas de navegacion inercial de aviones, naves espaciales, buques, misiles, etc., y funciona detectando, por un lado, la tasa de aceleracion mediante los acelerometros y, por otro, los cambios en atributos rotacionales como cabeceo (pitch), alabeo (roll) y guinada (yaw), correspondientes con los tres ejes espaciales de un sistema 5 cartesiano.
Una unidad IMU suele consistir en un recipiente que contiene tres acelerometros y tres giroscopios. Los acelerometros se disponen de manera que sus ejes de medicion son ortogonales entre si, mientras que los giroscopios se colocan siguiendo un patron 10 ortogonal similar.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El objeto de la invention consiste en un dispositivo de registro de la position natural de la 15 cabeza de un individuo basado en el uso de una unidad de medicion inercial, a partir de ahora referida como IMU, asi como en el metodo de registro de la posicion natural de la cabeza asociado a dicho dispositivo, con el objetivo de transferir la information acerca de una determinada posicion de la cabeza, preferentemente la posicion natural o NHP, del entorno real a uno virtual tridimensional.
20
Para ello, el dispositivo comprende un primer soporte del conjunto, destinado a ser sostenido por el individuo, sobre el cual se dispone un segundo soporte para acoger una unidad IMU de reducidas dimensiones. El segundo soporte contiene unas unidades, preferentemente pequenas esferas, realizadas en materiales radiopacos.
25
El primer soporte tiene preferentemente unas dimensiones y geometria tales que le permitan ser sostenido por el individuo mediante mordida entre los maxilares superior e inferior, ya que el maxilar superior no presenta ninguna oscilacion voluntaria ni involuntaria respecto al craneo, lo cual permite fijar una posicion con elevado nivel de 30 precision. La zona de dicho primer soporte destinada a entrar en contacto con los dientes cuenta con un recubrimiento realizado en materiales con una plasticidad tal que en primer lugar faciliten una sujecion comoda, y en segundo lugar permitan el registro de la mordida mediante marcado en su superficie. Dichos materiales comprenden ceras o materiales plasticos del tipo de los habitualmente empleados para registrar la mordida en
odontoma y cirug^a maxilofacial.
El segundo soporte se dispone sobre el primero, y tiene una geometria y dimensiones tales que le permiten acoger a una unidad IMU. Dicho segundo soporte comprende, 5 uniformemente repartidas por su geometria, una pluralidad de estructuras realizadas en materiales radiopacos, preferentemente esferas, para que su posicion quede registrada y referenciada en imagenes diagnosticas obtenidas por tecnicas radiologicas.
Con el dispositivo asi descrito se realiza un procedimiento de registro de la posicion 10 natural de la cabeza, previo a una obtencion de imagenes tridimensionales virtuales, para permitir establecer una relacion entre la posicion de la cabeza del individuo en dichas imagenes y la NHP.
En primer lugar, es necesario proceder al reseteo de la unidad IMU, estando dicha 15 unidad en una posicion tal que dos de sus ejes (pitch y roll) se encuentren paralelos a los ejes que definen el plano del suelo, y su tercer eje (yaw) este paralelo a la direction en que mira el individuo, de forma que el valor registrado por la IMU en dicha posicion sea cero.
20 En ese momento, y con la IMU montada en el dispositivo, este es introducido en la boca del individuo, siendo sujetada entre sus maxilares. De esta forma el individuo muerde la superficie del primer soporte recubierta por el material plastico. Una vez que la cabeza se estabiliza en la posicion deseada, en este caso la NHP, una unidad de control registra de forma inalambrica los valores medidos por la IMU para cada uno de sus tres ejes en 25 dicha posicion.
En la siguiente etapa, se extrae el dispositivo de la boca del individuo, del cual se desmonta la unidad IMU, y se vuelve a introducir entre los maxilares, teniendo en esta ocasion la referencia de las marcas de mordida registradas en el paso anterior, de 30 manera que se coloca en la posicion correspondiente a la NHP registrada.
Con el dispositivo colocado de ese modo en la boca, se realiza la toma de imagenes mediante tecnicas radiologicas, preferentemente tomografias, en las cuales seran visibles las referencias radiopacas contenidas en el segundo soporte, que marcan un plano
correspondiente a la NHP.
Las imagenes as^ obtenidas son sometidas a tratamiento informatico mediante un software espedfico, reconstruyendose tridimensionalmente en un entorno virtual. En 5 dicho entorno virtual, los puntos correspondientes a las referencias radiopacas definen un plano y un sistema de ejes (yaw, pitch y roll). A dicho sistema de ejes se le otorgan los valores registrados por la IMU correspondientes a la NHP, con lo cual se obtiene de forma automatica la orientacion de la cabeza de paciente en el entorno virtual en relation a la position medida, en el entorno real, con la cabeza del paciente en NHP, o en la 10 posicion que se quiera estudiar.
El dispositivo anteriormente descrito, y el metodo a el asociado, suponen una solution sencilla y precisa para registrar y transferir la posicion de la cabeza de un individuo desde un entorno real a uno virtual, permitiendo optimizar la planificacion y la ejecucion de 15 estudios e intervenciones.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una 20 mejor comprension de las caracteristicas de la invention, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
25 Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo completo, en el que se aprecian sus principales elementos constituyentes.
Figura 2.- Muestra una vista en planta del dispositivo, al que se ha retirado la unidad IMU para apreciar las esferas radiopacas contenidas en el segundo soporte del dispositivo.
30
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explication detallada de un ejemplo de realizacion preferente del objeto de la presente
invention.
El dispositivo para registro de la position natural de la cabeza de un individuo mediante unidad de medicion inercial (IMU) que se describe comprende un primer soporte (1), con 5 unas dimensiones y geometria tales que pueda ser sostenido entre los maxilares de un individuo como se muestra en la figura 1, sobre el cual se dispone un segundo soporte (2) dimensionado para acoger a una unidad IMU (3) de reducido tamano. El segundo soporte (2) contiene en su base cuatro esferas radiopacas (4) de pequenas dimensiones, dispuestas con la configuration ortogonal mostrada en la figura 2.
10
El primer soporte (1) comprende un borde exterior (5) destinado a ser la zona de sujecion del dispositivo mediante mordida, por lo que se encuentra recubierto por un molde (6) realizado en materiales de elevada plasticidad como la cera de mordida. Dicho molde (6) facilita que el individuo sostenga el dispositivo entre sus maxilares de una manera 15 comoda, otorgando una protection adicional a los dientes con los cuales contacta, y ademas permite el registro de la mordida efectuada en la posicion buscada.
Por ultimo, una unidad de control (7) externa recibe, almacena y procesa las mediciones obtenidas por la IMU (3).
20
El dispositivo asi descrito lleva asociado un metodo operativo para proceder al registro de la posicion natural de la cabeza del individuo objeto de estudio, previo a la obtencion de imagenes virtuales tridimensionales, de manera que se pueda efectuar una correction de dicha imagenes para referenciarlas a la NHP.
25
El paso previo del metodo operativo consiste en el reseteo o puesta a cero de la unidad IMU (3), para lo cual se la coloca de manera que dos de sus ejes (pitch y roll) se encuentran paralelos a los ejes que definen el plano del suelo, y su tercer eje (yaw) este paralelo a la direction en que mira el individuo, de forma que el valor registrado por la 30 unidad IMU (3) en dicha posicion sea cero, determinandose asi un origen del sistema de coordenadas.
Una vez que la unidad IMU (3) ha sido puesta a punto, da comienzo el metodo operativo asociado al dispositivo, que comprende las siguientes etapas:
5
10
15
20
25
- introduction del dispositivo en la boca del individuo, quedando sujeto entre los maxilares por el borde exterior (5) del primer soporte (1),
- estabilizacion de la cabeza en la NHP,
- registro en la unidad de control (7) de los valores medidos en ese momento por unidad IMU (3), transmitidos de forma inalambrica,
- extraction del dispositivo de la boca del individuo y retirada de la unidad IMU
(3),
- colocacion del dispositivo en la boca del individuo, en una posicion correspondiente con la posicion registrada anteriormente por la mordida del molde (6) en coincidencia con la position NHP, y
- toma de imagenes radiologicas, en las cuales son visibles las esferas radiopacas (4) del segundo soporte (2) del dispositivo.
Las imagenes obtenidas son sometidas a tratamiento mediante software espedfico. En dichas imagenes aparecen unos puntos, correspondientes con las cuatro esferas radiopacas (4), que se utilizan para definir un plano de referencia y un sistema de ejes cartesianos asociado a dicho plano. Los valores registrados en la unidad de control (7) procedentes de la unidad IMU (3) y correspondientes con la posicion NHP son trasladados a dichos ejes, con lo que se obtiene de forma automatica la orientation de la cabeza del individuo en el entorno virtual tridimensional, permitiendo establecer una relation con la posicion NHP de la cabeza en el entorno real.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de registro de la posicion natural de la cabeza de un individuo caracterizado porque comprende:
    5
    - un primer soporte (1), con dimensiones y geometria adecuadas para ser sostenido entre los maxilares de un paciente,
    - un segundo soporte (2), que contiene una pluralidad de referencias radiopacas (4), situado sobre el primer soporte (1),
    10 - una unidad IMU (3) de reducido tamano, situada en el segundo soporte (2), y
    - una unidad de control (7) externa que recibe, almacena y procesa las mediciones obtenidas por la IMU (3).
  2. 2. Dispositivo de registro de la posicion natural de la cabeza de acuerdo con la 15 reivindicacion 1 caracterizado porque el primer soporte (1) comprende adicionalmente un
    borde exterior (5) destinado a ser la zona de sujecion en la boca del individuo.
  3. 3. Dispositivo de registro de la posicion natural de la cabeza de acuerdo con la reivindicacion 2 caracterizado porque el borde exterior (5) comprende un recubrimiento
    20 de un molde (6) realizado en materiales de elevada plasticidad para registro de la mordida.
  4. 4. Dispositivo de registro de la posicion natural de la cabeza de acuerdo con la reivindicacion 3 caracterizado porque el material del molde (6) es cera.
    25
  5. 5. Dispositivo de registro de la posicion natural de la cabeza de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque las referencias radiopacas (4) tienen geometria esferica.
    30 6. Procedimiento de registro de la posicion natural de la cabeza de un individuo, que hace
    uso del dispositivo descrito en la reivindicacion 3, caracterizado porque comprende la siguiente secuencia de actuation:
    - puesta a cero de la unidad IMU (3), correspondiente con una posicion de
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    dicha unidad IMU (3) en la que dos de sus tres ejes espaciales de medicion son paralelos a los ejes que definen el plano del suelo, y su tercer eje es paralelo a la direction en que mira el individuo, determinandose as^ un origen de un sistema de coordenadas tridimensionales cartesianas,
    - introduction del dispositivo en la boca de un individuo, quedando sujeto entre los maxilares por el borde exterior (5) del primer soporte (1),
    - estabilizacion de la cabeza del individuo en una position correspondiente con la posicion natural de la cabeza o NHP,
    - registro via inalambrica en la unidad de control (7) de unos valores medidos en ese momento por unidad IMU (3), correspondientes con unas desviaciones respecto al origen del sistema de coordenadas tridimensionales cartesianas determinado en la primera etapa que determinan la posicion de la cabeza del individuo en posicion NHP,
    - extraction del dispositivo de la boca del individuo y retirada de la unidad IMU
    (3),
    - colocacion del dispositivo sin la unidad IMU (3) en la boca del individuo, en una posicion correspondiente con la registrada anteriormente en el borde exterior (5), coincidente con la posicion NHP de la cabeza del individuo,
    - toma de imagenes, en las cuales son visibles las referencias radiopacas (4) del segundo soporte (2) del dispositivo,
    - definition de un plano y un sistema de ejes en base a unos puntos determinados por la posicion de las esferas radiopacas (4) en las imagenes obtenidas,
    - reconstruction tridimensional, en un entorno virtual, de la cabeza del individuo en base a las imagenes obtenidas, al plano y al sistema de ejes,
    - traslacion de los valores registrados en la unidad de control (7), procedentes de la unidad IMU (3) y correspondientes con la posicion de la cabeza del
    individuo en posicion NHP, al sistema de ejes, y
    reorientation de la reconstruction tridimensional virtual obtenida en base a los valores del sistema de ejes de forma que se oriente segun la posicion NHP.
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