ES2397807T3

ES2397807T3 - Cirugía estereotáctica asistida por ordenador en base a visualización tridimensional

Info

Publication number: ES2397807T3
Application number: ES09700962T
Authority: ES
Inventors: Arno Blau
Original assignee: Stryker Leibinger GmbH and Co KG
Current assignee: Stryker Leibinger GmbH and Co KG
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2013-03-11
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: US20180325566A1; US20110019884A1; EP2191783A1; US20230218323A1; ES2595366T3; EP2173269B1; US10105168B2; EP2173269A1; WO2009087214A4; WO2009087214A1; US20090209851A1; EP2191783B1; US10070903B2; EP2191783A9; US11642155B2

Abstract

Un procedimiento para poner en funcionamiento un sistema quirúrgico asistido por ordenador para cirugía estereotáctica, que comprende: diagnosticar por imagen una región de interés (640) y un dispositivo médico (610, 1654) relacionado con un cuerpo de referencia (604) próximo a la región de interés de una porción de una anatomía de un sujeto a dos o más ángulos para obtener una pluralidad de imágenes bidimensionales (910, 920); procesar la pluralidad de imágenes bidimensionales para producir información tridimensional relacionada con la 10 región de interés; asociar, en base a la información tridimensional, un dispositivo médico virtual (1666) con la región de interés en una relación predeterminada con respecto al cuerpo de referencia (604); y mostrar la asociación como una imagen que muestra el dispositivo médico virtual (610) superpuesto sobre la región de interés (640), en el que el procedimiento no comprende las etapas de colocar el dispositivo médico (610, 1654) y en el que el procedimiento no comprende la etapa de recolocar el dispositivo médico en tanto que constituya un tratamiento del cuerpo humano o de un animal mediante cirugía.

Description

Cirugia estereotactica asistida por ordenador en base a visualizacion tridimensional. Antecedentes de la invencion La invencion se refiere a un sistema y un procedimiento de cirugia asistida por ordenador (CAS) que usa navegacion estereotactica con visualizacion tridimensional, y mas especificamente a un sistema CAS que es reactivo y no altera el funcionamiento de los procedimientos del flujo de trabajo del quirofano. Un procedimiento actual de insercion de implantes (que consiste en, por ejemplo, una placa y tornillos relacionados) se realiza tipicamente situando la placa en la ubicacion anatomica correspondiente e insertando los tornillos con la ayuda de fluoroscopia. La implantacion de la placa y los sistemas de fijacion a menudo es una tarea dificil ya que los procedimientos de quirofano (OR) son en general minimamente invasivos y, por lo tanto, se consigue su colocacion mediante ensayo y error usando fluoroscopia, tal como, un aparato de brazo en C, es decir, vision de brazo en C. Esto generalmente conduce a la prolongacion de la operacion. Ademas, durante un procedimiento de este tipo, tanto el paciente como el operario estan expuestos a cantidades significativas de radiacion. Ademas, en algunos casos puede ser imposible determinar la posicion de los componentes del implante (por ejemplo, los tornillos en el hueso) con suficiente precision debido a que la imagen fluoroscopica es solo bidimensional. Esto conduce a una colocacion erronea o a la insercion de tornillos de una longitud inapropiada. Esto, a su vez, puede causar altas tasas de revision o incluso lesiones (por ejemplo, una lesion en la articulacion de la cadera). Con el fin de asegurar que estos componentes de implantes no extruyen el hueso, por lo tanto, a menudo es necesario situar estos componentes de implantes con un margen de error excesivamente grande lejos del borde del hueso. En muchos casos, el resultado es que el implante no puede colocarse como se pretende, y no puede conseguirse la estabilidad biomecanica deseada. En el caso de fracturas del cuello femoral, por ejemplo, el uso de fluororonavegacion convencional no da como resultado ninguna mejora significativa. Actualmente se usan otras tecnologias mas vanguardistas en los quirofanos para facilitar la cirugia que incluye diagnostico por imagen tridimensional (3D) intraoperatorio y sistemas de navegacion basados en tecnologia de seguimiento. Sin embargo, unicamente unos pocos hospitales usan estas tecnologias. La adopcion limitada de estas tecnologias se debe principalmente a su alto coste, el esfuerzo que conlleva la instalacion de estos sistemas, y los cambios resultantes significativos del flujo de trabajo o los procedimientos del quirofano. Por ejemplo, las tecnologias de seguimiento requieren una linea de vision entre el dispositivo de seguimiento y el sistema de deteccion de navegacion. Esto altera el flujo de trabajo normal ya que el cirujano y el resto del personal deben entonces permanecer atentos a los requisitos de la linea de vision del sistema. Ademas, con caracter general, no puede definirse preoperatoriamente la colocacion satisfactoria de un implante principal, como una placa o clavo. Por ejemplo, durante una operacion la colocacion puede hacerse por correspondencia tactil en la superficie del hueso o perforando el hueso para hacer espacio para un clavo intramedular. Ademas, aunque la oposicion del sub-implante o los sub-implantes puede basarse unicamente en imagenes preoperatorias (por ejemplo, fluoroscopia o imagenes TC), dicha posicion todavia es relativa con respecto a la posicion del implante principal. Por lo tanto, no puede planearse completamente un procedimiento de colocacion preoperatoriamente, pero debe optimizarse durante la operacion. A este respecto, no puede usarse una estereotaxis convencional debido al hecho de que la posicion no puede predefinirse. Por consiguiente, existe la necesidad de un sistema de cirugia asistida por ordenador (CAS) que mejore los procedimientos quirurgicos sin alterar significativamente el flujo de trabajo de quirofano normal. Mas especificamente, existe la necesidad de un diagnostico por imagen 3D combinado y un sistema CAS que puedan integrarse facilmente y facilmente en el entorno clinico. Preferiblemente, un sistema de este tipo sera de bajo coste, facil de instalar y usar, y minimizara los cambios del flujo de trabajo del quirofano. El documento WO2005/087125 describe un sistema quirurgico integrado que incluye un soporte del sujeto y/o un sistema de seguimiento magnetico inalambrico y/o un sistema de registro configurado para registrar la posicion de la parte del cuerpo del sujeto con una imagen de la parte del cuerpo del sujeto y/o un dispositivo de visualizacion y/o un sistema de control que integra las funcionalidades de las partes del sistema quirurgico y/o un interfaz para el cirujano manejable por el cirujano para controlar la operacion del sistema quirurgico integrado. Resumen Un aspecto de la presente invencion es un procedimiento reactivo para poner en funcionamiento un sistema quirurgico asistido por ordenador (CASS), un programa informatico para poner en funcionamiento un CASS y un CASS de acuerdo con la materia objeto de las reivindicaciones independientes. El procedimiento generalmente comprende detectar informacion relacionada con el implante usando un sistema de diagnostico por imagen;

determinar, en base a la informacion detectada relacionada con el implante, la accion a tomar como parte de la cirugia; y mostrar la informacion posicional relacionada con el implante y la region de interes en base a la accion a tomar.

De acuerdo con este aspecto de la presente invencion, la invencion comprende adquirir dos imagenes fluoroscopicas de la region de interes en dos angulos diferentes.

Adicionalmente, de acuerdo con este aspecto de la presente invencion, la visualizacion comprende adicionalmente procesar la informacion detectada relacionada con el implante estimando el contorno de la region de interes en al menos dos dimensiones en base a la pluralidad de imagenes bidimensionales.

Aun mas adicionalmente de acuerdo con este aspecto de la presente invencion, la deteccion comprende detectar la presencia del cuerpo de referencia en base a uno o mas marcadores fiduciales.

De acuerdo con un aspecto util para entender la invencion, el procedimiento comprende situar un dispositivo medico relacionado con un cuerpo de referencia proximo a una region de interes de una porcion de una anatomia de un sujeto y diagnosticar por imagen la region de interes en dos o mas angulos para obtener una pluralidad de imagenes bidimensionales. En una realizacion ejemplar, el cuerpo de referencia comprende una pluralidad de miembros fiduciales, mas preferiblemente al menos cuatro de dichos marcadores que son visibles para el sistema de diagnostico por imagen. Se prefiere adicionalmente que los marcadores fiduciales comprendan esferas que sean visibles para el sistema de diagnostico por imagen.

De acuerdo con este aspecto de la presente invencion, la pluralidad de imagenes bidimensionales se procesa para producir informacion tridimensional relacionada con la region de interes. Ademas, el procedimiento incluye preferiblemente ademas asociar, en base a la informacion tridimensional, un dispositivo medico virtual con la region de interes y el cuerpo de referencia y mostrar la asociacion como una imagen que muestra el dispositivo medico virtual superpuesto sobre la region de interes.

Adicionalmente, de acuerdo con este aspecto de la presente invencion, el dispositivo medico virtual comprende un implante principal y uno o mas sub-implantes. Ademas, el implante principal virtual se superpone sobre la ubicacion actual del implante real y los sub-implantes virtuales se generan para mostrar su futura posicion. Por consiguiente, los sub-implantes virtuales informan al cirujano de donde se situara el sub-implante real antes de que este sea colocado en la region de interes.

De acuerdo con este aspecto de la presente invencion, el diagnostico por imagen comprende preferiblemente adquirir dos imagenes fluoroscopicas de la region de interes a dos angulos diferentes. Ademas, el procesamiento comprende preferiblemente ademas estimar el contorno de la region de interes en al menos dos dimensiones en base a la pluralidad de imagenes bidimensionales.

Adicionalmente, de acuerdo con este aspecto de la presente invencion, el procesamiento puede comprender adicionalmente formar una imagen tridimensional relacionada con la region de interes en base a la estimacion. En un aspecto preferido adicional, la presente invencion puede aplicarse a un procedimiento de implante quirurgico en el que la region de interes comprende una cabeza femoral, la pluralidad de imagenes bidimensionales comprende las imagenes anteroposterior y axial de la region femoral y la estimacion comprende formar un contorno de la cabeza femoral en las imagenes anteroposterior y axial. A este respecto, el procedimiento puede comprender adicionalmente la formacion de partes de una esfera tridimensional que representa porciones importantes de la cabeza femoral.

Ademas, el dispositivo medico comprende preferiblemente una placa intracapsular y el cuerpo de referencia esta conectado a la placa, y la colocacion comprende situar la placa intracapsular en un femur proximo a la cabeza femoral. Ademas, el dispositivo medico virtual comprende preferiblemente una placa intracapsular virtual, y la visualizacion comprende mostrar la placa intracapsular virtual superpuesta en la posicion de la placa intracapsular en relacion con la cabeza femoral.

En otro aspecto, la presente invencion es un sistema quirurgico asistido por ordenador que comprende: un aparato para el diagnostico por imagen de una region de interes de una porcion de una anatomia de un sujeto; una memoria que contiene instrucciones ejecutables; y un procesador programado que usa las instrucciones para realizar un procedimiento. A este respecto, el procesador recibe preferiblemente dos o mas imagenes bidimensionales de la region de interes tomadas en angulos diferentes del aparato, procesa las dos o mas imagenes bidimensionales para producir informacion tridimensional relacionada con la region de interes, superpone un cuerpo de referencia virtual sobre la region de interes en base a la informacion tridimensional para formar una imagen que muestra el cuerpo de referencia y virtual con respecto a la region de interes, y genera una seral de visualizacion relacionada con la imagen superpuesta. Preferiblemente, el cuerpo de referencia se detecta en primer lugar y se superpone sobre un objeto que modela la region de interes, por ejemplo, una esfera para una cabeza femoral; y despues se genera la seral de visualizacion despues.

De acuerdo con este aspecto de la presente invencion, el procesador preferiblemente procesa una o mas de las imagenes bidimensionales delineando el contorno de la region de interes en dos dimensiones y crea un objeto tridimensional que representa la region de interes. El objeto tridimensional puede obtenerse a partir de una base de datos en base a la edad y genero del paciente. El objeto tridimensional tambien puede determinarse en base a puntos de referencia relacionados con la region de interes.

Adicionalmente, de acuerdo con este aspecto de la presente invencion, un dispositivo medico puede comprender un dispositivo seleccionado entre el grupo que consiste en una placa intracapsular, una articulacion artificial, un marcapasos y una valvula.

En otro aspecto, la presente invencion es un sistema de cirugia asistida por ordenador (CAS) que usa navegacion estereotactica con visualizacion tridimensional, en el que un implante, o un sistema de implantes, actua como un dispositivo estereotactico. La invencion proporciona un sistema CAS reactivo diserado para su uso con placas y clavos monoaxiales y poliaxiales. En base a los principios de la correspondencia estereotactica y 2D - 3D, se proporciona un sistema que sugiere o da virtualmente una indicacion de la posicion optima de un implante calculando dicha posicion. Ademas, el sistema tambien puede calcular las longitudes de los tornillos antes de la perforacion. Ayudado por el procesamiento de imagenes y la visualizacion 3D virtual, el sistema puede conseguir biomecanicas optimas.

Ademas, a diferencia de los sistemas de navegacion existentes, el sistema CAS de la presente invencion esta diserado para ser reactivo con el fin de reducir cualquier esfuerzo adicional para el cirujano. En particular, el sistema puede dispararse por el uso de un cuerpo de referencia, agujas de K de implante o tornillos que se usan normalmente como parte del procedimiento quirurgico. Ademas, detectando estos dispositivos, el sistema es capaz de determinar la etapa del flujo de trabajo que se esta realizando. Mas especificamente, el procesamiento de imagenes se usa para detectar diversos objetos durante el flujo de trabajo y determinar que etapa se esta realizando por el cirujano y para la adaptacion del sistema.

En otro aspecto, el sistema proporciona informacion 3D necesaria sin la necesidad de un diagnostico de imagenes 3D intraoperatorio (por ejemplo, brazos en C 3D). El sistema tambien es economico, facil de instalar y usar, y minimiza los cambios en el flujo de trabajo del quirofano. El presente sistema tambien requiere pocas imagenes de rayos X y, por lo tanto, es seguro para los pacientes.

Un procedimiento iterativo (que usa por ejemplo una ICP para fijar una fractura del cuello del femur) incluye una o mas de las siguientes etapas:

1.: Colocar un implante en una region anatomica de interes, por ejemplo, en base a una correspondencia haptica satisfactoria;

2.: Diagnosticar por imagen fluoroscopica la region anatomica de interes;

3.: Comprobar virtualmente la futura posicion del sub-implante o sub-implantes;

4.: Realinear virtualmente el implante de acuerdo con las limitaciones hasta alcanzar una posicion virtual satisfactoria;

5.: Proporcionar unos valores de realineacion activos o pasivos para la colocacion del implante para el cirujano (es decir, identificando activamente la mejor ubicacion o pasivamente permitiendo al cirujano decidir);

6.: Realineacion real de la placa por el cirujano en base a los valores de realineacion y una correspondencia haptica satisfactoria; y

7.: Comenzar el procedimiento de iteracion en dos etapas hasta completar la operacion.

Estos aspectos y caracteristicas adicionales de la presente invencion se describen en detalle adicional a continuacion.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1A ilustra un sistema quirurgico estereotactico asistido por ordenador de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. La figura 1B representa un ordenador que puede usarse en el sistema de la figura 1 de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. La figura 2 representa de forma ilustrativa como una imagen bidimensional (2D) convencional puede no mostrar con precision las posiciones de los tornillos en una region de interes. La figura 3 representa de manera ilustrativa como puede usarse diagnostico por imagen tridimensional para representar la informacion posicional que no es evidente con imagenes bidimensionales convencionales. La figura 4A es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para implantar un dispositivo medico.

La figura 4B es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para colocar un implante. La figura 4C es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para generar una imagen virtual de un implante y una region de interes. La figura 5 muestra la colocacion de un implante de placa intracapsular. La figura 6A es una vista lateral de un sistema de implante que incluye un cuerpo de referencia y un implante de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. La figura 6B es una vista en perspectiva de un cuerpo de referencia y un implante de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. La figura 6C es una vista en perspectiva de un cuerpo de referencia y un implante de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. La figura 7 ilustra la colocacion de un implante de placa intracapsular sobre un femur. La figura 8 representa de manera ilustrativa la etapa de tomar dos fluorodisparos desde diferentes angulos. La figura 9 ilustra la deteccion de la cabeza del femur en los dos fluorodisparos. La figura 10 ilustra la visualizacion de una esfera tridimensional virtual que representa la cabeza del femur en base a proyecciones conicas de los fluorodisparos bidimensionales. La figura 11 muestra la etapa de mostrar una visualizacion en base a una correspondencia de la esfera tridimensional con las imagenes bidimensionales. La figura 12A muestra una etapa de ajustar automaticamente la posicion propuesta de la placa intracapsular en la direccion distal. La figura 12B muestra una etapa de ajustar automaticamente la posicion propuesta de la placa intracapsular en la direccion distal. La figura 13A muestra una etapa de ajustar automaticamente la posicion propuesta de la placa intracapsular por rotacion externa. La figura 13B muestra una etapa de ajustar automaticamente la posicion propuesta de la placa intracapsular por rotacion externa. La figura 14 muestra la recolocacion y fijacion de la placa intracapsular en base a la posicion propuesta. La figura 15 muestra la deteccion automatica de la insercion de agujas de K y la deteccion del movimiento de la cabeza del femur para asegurar un comportamiento reactivo. Las figuras 16A - 16H ilustran el uso del procedimiento de la figura 4.

Descripcion detallada

Generalmente, en un aspecto, el sistema de la presente invencion se basa en el registro de imagenes fluoroscopicas con un implante relacionado con un cuerpo de referencia. Por ejemplo, el implante (por ejemplo, una placa estable en angulo) puede incluir el cuerpo de referencia o puede situarse en una ubicacion predefinida con respecto al cuerpo de referencia, que se detecta o registra en una imagen fluoroscopica. Por lo tanto, la dimension espacial real y la posicion del implante pueden determinarse por medio de la correcta identificacion y el registro del cuerpo de referencia en las imagenes fluoroscopicas.

Cuando se incluyen implantes multiples relacionados como parte del procedimiento, por ejemplo, implantes principales y sub-implantes, despues del registro el implante principal como se ha descrito anteriormente, la ubicacion de cualquier sub-implante restante puede representarse virtualmente en la posicion espacial correcta con respecto a las imagenes fluoroscopicas del implante principal. Los sub-implantes (por ejemplo, tornillos de la placa estable en angulo relacionada) se situaran en una posicion predefinida fija con respecto al implante principal despues de que se hayan implantado todos los implantes.

Con el fin de proporcionar la informacion necesaria para una ubicacion anatomicamente correcta de todos los implantes (principales y sub-implantes), las regiones anatomicas importantes se aproximan usando cuerpos u objetos tridimensionales representados en la imagen fluoroscopica en la posicion relativa correcta. Los valores diana se comparan con los valores de la ubicacion de los implantes restantes, que se usan para determinar la posicion actual del implante principal.

Durante la planificacion preoperatoria (por ejemplo, usando un cuerpo de referencia aplicado no invasivo), los implantes parciales o sub-implantes (por ejemplo, tornillos) pueden colocarse en primer lugar en una posicion optima, independientes de la ubicacion del implante principal (placa). En una operacion posterior (usando un cuerpo de referencia invasivo), donde la ubicacion del implante principal se ha determinado por la planificacion preoperatoria (con una estimacion de la posicion derivada por el cirujano), la ubicacion de un implante principal puede optimizarse usando una reaccion tactil. Despues del registro como se ha descrito anteriormente, la ubicacion resultante de los implantes parciales o sub-implantes se representa virtualmente; esta posicion se compara con la posicion del implante parcial en el plan preoperatorio y con las distancias con respecto a las estructuras anatomicas (tridimensionales) importantes. En un proceso iterativo reactivo (ajustando la placa como se instruye por el sistema), es posible determinar el equilibrio optimo entre una ubicacion del implante principal ideal (por ejemplo, alojamiento de la placa) y la posicion del implante parcial ideal (por ejemplo, ubicacion del tornillo).

�olviendo ahora a la figura 1A, se ilustra un sistema quirurgico estereotactico asistido por ordenador (CAS) 100 de acuerdo con un aspecto de la presente invencion. Como se muestra, en la realizacion preferida, el sistema 100 incluye un aparato de diagnostico por imagen 110, tal como un fluoroscopio de brazo en C, y un dispositivo informatico 120, tal como un ordenador portatil. En general, el dispositivo informatico 120 contiene un procesador 150, una memoria 160 y otros componentes presentes tipicamente en ordenadores con fines generales como se representa en la figura 1B.

La memoria 160 almacena informacion accesible por el procesador 150, a traves del bus 162, por ejemplo, que incluye las instrucciones 164 para la ejecucion por el procesador 150 y los datos 166 que se recuperan, se manipulan o se almacenan por el procesador 150. La memoria 160 puede ser de cualquier tipo capaz de almacenar informacion accesible por el procesador 150, tal como un disco duro, ROM, RAM, CD-ROM, reescribible, de solo lectura o similares. Las instrucciones 164 pueden comprender cualquier conjunto de instrucciones que se ejecutaran directamente (tal como un codigo maquina) o indirectamente (tal como scripts) por el procesador. A este respecto, los terminos �instrucciones�, �etapas� y �programas� pueden usarse de forma intercambiable en este documente. Las funciones, procedimientos y rutinas del programa de acuerdo con la presente invencion se explican en mas detalle a continuacion.

Los datos 166 pueden recuperarse, almacenarse o modificarse por el procesador 150 de acuerdo con las instrucciones 164. Los datos pueden almacenarse como una coleccion de datos. Por ejemplo, aunque la invencion no se limita a ninguna estructura de datos en particular, los datos pueden almacenarse en registros informaticos, en una base de datos de relacion como una tabla que tiene una pluralidad de campos y registros diferentes, o en forma de un documento XML. Los datos tambien pueden formatearse en cualquier formato legible por ordenador tal como, pero sin limitacion, valores binarios, ASCII o EBCDIC (codigo de intercambio decimal en codigo binario extendido). Ademas, cualquier informacion suficiente para identificar los datos relevantes puede almacenarse junto con los datos, tal como un texto descriptivo, codigos del propietario, indicadores, o informacion que se usa por una funcion para calcular los datos relevantes.

Aunque el procesador 150 y la memoria 160 se ilustran funcionalmente en la figura 1B dentro del mismo bloque, se entendera por los expertos en la tecnica que el procesador 150 y la memoria 160 pueden comprender realmente multiples procesadores y memorias que pueden o no almacenarse dentro del mismo alojamiento fisico. Por ejemplo, algunas o todas las instrucciones 164 y los datos 166 pueden almacenarse en un CD-ROM extraible y otros en un chip informatico de solo lectura. Ademas, algunas o todas de instrucciones 164 y los datos 166 pueden almacenarse en una ubicacion fisicamente remota de, y aun accesible por, el procesador 150. De forma similar, el procesador 150 puede comprender realmente una coleccion de procesadores que pueden o no funcionar en paralelo.

Como se muestra, el dispositivo informatico 120 puede comprender componentes adicionales que se encuentran tipicamente en un sistema informatico, tal como la pantalla (por ejemplo, una pantalla LCD), una entrada de usuario (por ejemplo, un teclado, un raton, mando para videojuegos, pantalla sensible al tacto), un microfono, un modem (por ejemplo, un telefono o un modem por cable), y todos los demas componentes usados para conectar estos elementos entre si.

Como tambien se muestra en la figura 1A, un paciente 185 se colocara tipicamente en una mesa de operaciones con diversas limitaciones de tal forma que el area en el que operar tenga un movimiento limitado durante la cirugia. El fluoroscopio 110 (u otro aparato de diagnostico por imagen adecuado) se usa para obtener imagenes de la region de interes de la anatomia del paciente, por ejemplo, la region en la que se va a operar o el area en la que se fijara el implante. Como se analiza mas en detalle a continuacion, una region ilustrativa de interes puede comprender un area que incluya el cuello femoral y una placa intracapsular (ICP). El ordenador 120 (u otro aparato de procesamiento de imagenes y de visualizacion adecuado) se usa para procesar las imagenes del fluoroscopio, determinar la posicion del implante y los sub-implantes, y proporcionar reacciones / instrucciones al cirujano. A continuacion, se describen las etapas de procesamiento realizadas por el ordenador.

En otro aspecto, la presente invencion trata el problema con la tecnica de implante de ICP actual de colocar con precision la placa usando imagenes bidimensionales (2D). Este problema se debe en parte a la peligrosa colocacion de los tornillos necesaria para evitar cortes. Especificamente, los extremos / puntas de los tornillos han de ajustarse lo mas cerca posible del segundo cortex. Sin embargo, las imagenes 2D usadas por el cirujano no refleja la naturaleza 3D del problema.

La figura 2 muestra inconvenientes comunes de una imagen bidimensional (2D) convencional. En particular, una imagen 2D 200 puede no indicar la colocacion inapropiada de un tornillo. En este caso, la imagen 2D 200 hace parecer que el tornillo este situado correctamente dentro del hueso. Sin embargo, una ilustracion 3D puede proporcionar informacion adicional que muestra que un tornillo puede haber perforado realmente el hueso. Por ejemplo, la figura 3 ilustra como el diagnostico por imagen 3D puede mostrar un problema con la colocacion del tornillo que no es evidente con el diagnostico por imagen 2D convencional. En la figura 3 ninguna de las imagenes 2D 300, 310 muestra un problema con la posicion del tornillo. Sin embargo, si las imagenes 2D se combinan para crear una visualizacion 3D, es evidente que la punta del tornillo se proyecta a traves del hueso como se ilustra en

320. Por lo tanto, el diagnostico por imagen 2D que depende actualmente realizado del cirujano puede no reflejar siempre con precision la ubicacion y la posicion de los dispositivos medicos y similares dentro de una region de interes. Por lo tanto, en este ejemplo, sera beneficioso para el cirujano tener acceso a un diagnostico por imagen 3D.

En un aspecto, la presente invencion proporciona un sistema y un procedimiento que genera informacion 3D a partir de imagenes 2D para permitir una colocacion mas precisa de un dispositivo medico, por ejemplo, un implante, y asi evitar los problemas anteriores. Generalmente, como se usa en este documento, la expresion dispositivo medico incluye cualquier dispositivo o estructura biomedica que se introduzca o implante en la anatomia de un sujeto. Dichos dispositivos incluyen aquellos que reemplazan o actuan como estructuras biologicas perdidas, o que se colocan sobre o dentro de los huesos o porciones de la anatomia. Como se ha mencionado anteriormente, la presente invencion se describe usando el ejemplo ilustrativo de implantar una placa intracapsular (ICP) para reparar una fractura del cuello femoral. Sin embargo, ha de observarse que la invencion puede encontrar aplicacion en numerosas cirugias, incluyendo virtualmente todos los campos de la cirugia osea (por ejemplo, traumatologia, ortopedia y pediatria).

A modo de antecedente, se conoce generalmente que las fracturas se reparan normalmente mediante la reduccion y fijacion de los huesos rotos. Los fragmentos individuales de hueso se alinean en su posicion anatomica normal (es decir, se reducen) para que las partes separadas puedan crecer juntas de nuevo. Es necesario que las partes permanezcan relativamente estables con respecto la una a la otra durante un periodo de tiempo prolongado para permitir la curacion. En algunos casos, particularmente para las fracturas mas complicadas, es necesario conectar las piezas oseas rotas fracturadas individuales directamente entre si. En estos casos, la fractura se fija o se reduce a traves de un procedimiento invasivo en el que se instala un implante dentro del hueso con tornillos o clavos.

�olviendo a la figura 4A, se representa un diagrama de flujo de alto nivel 400 de las etapas de procedimiento para la implantacion de un implante.

Como se muestra, el procedimiento comienza con la colocacion de un implante principal en una region de interes, en la etapa S402. Como se explica mas en detalle a continuacion, esta colocacion inicial se hace preferiblemente usando fluorodisparos tomados a lo largo de al menos dos dimensiones o direcciones. Una vez que el implante se coloca con la satisfaccion del cirujano, el sistema 100 genera una imagen que muestra la posicion de un implante virtual y sub-implantes virtuales relacionados relativos a la region de interes, etapa S408 en base a los fluorodisparos y la posicion de un cuerpo de referencia u objetos de referencia dentro del campo de vision del fluoroscopio 110.

Usando la imagen de los implantes virtuales, el cirujano despues puede fijar el implante, usando los sub-implantes, por ejemplo, como se representa en S424. Una vez que los sub-implantes (por ejemplo, tornillos) y los implantes estan en su lugar, el sistema puede realizar una comprobacion de calidad, en S428, detectando y mostrando la ubicacion real de estos implantes con respecto a su posicion deseada. Esta comprobacion de calidad se da deseablemente durante la implantacion, la posicion de un implante o sub-implante puede cambiar de su posicion ideal debido a las fuerzas mecanicas durante, por ejemplo, la perforacion o la colocacion de los tornillos, o como resultado del movimiento del paciente. A este respecto, las comprobaciones de calidad, tales como en la etapa S428, tambien pueden realizarse durante la fijacion de un implante, en la etapa S424. Adicionalmente, las comprobaciones de calidad tambien pueden realizarse de forma postoperatoria usando el sistema para detectar movimiento en el implante causado por la actividad del paciente, por ejemplo.

De forma significativa, el procedimiento anterior 400 es reactivo ya que no se requiere que el cirujano informe al sistema 100 de que etapa esta realizando como parte del flujo de trabajo del quirofano. A este respecto, este sistema 100 es compatible con el flujo de trabajo del quirofano normal y es capaz de determinar la etapa de flujo de trabajo del quirofano que se esta realizando por ejemplo, detectando la presencia de un cuerpo u objeto de referencia.

�olviendo ahora a la figura 4B, se representan las subetapas o un procedimiento para colocar o alinear el implante de acuerdo con la etapa S402 de la figura 4A. Como se muestra, el procedimiento comienza con la insercion y la colocacion del implante principal en la region anatomica de interes en la etapa S430. En consonancia con el ejemplo ilustrativo, se usa una placa intracapsular (ICP) para reparar fracturas del cuello femoral. Por lo tanto, en la etapa S430, la ICP se insertara en el paciente y se colocara aproximadamente sobre el hueso, en este caso el cuello femoral. Esta etapa puede hacerse, por ejemplo, de acuerdo con el flujo de trabajo del quirofano normal, tal como permitiendo que el doctor use reaccion tactil para determinar una posicion inicial apropiada para la placa.

A este respecto, la figura 5 ilustra la colocacion del implante ICP 510 (por ejemplo, el implante principal) junto con sub-implantes (es decir, los tornillos) para asegurar la fractura del cuello femoral. Como se muestra, la ICP 510 se fija al femur 520 y se insertan tornillos a traves del cuello y la cabeza de la ICP. Los tornillos que entran en la cabeza femoral se situan en su totalidad dentro de la cabeza. En un aspecto adicional de la presente invencion, ya que la ICP se contornea con respecto a la forma del femur, los grados de libertad en la colocacion de la ICP sobre el hueso son limitados y se usan como parte del procedimiento de alineacion S402. Especificamente, la ICP puede desplazarse unicamente a lo largo de (es decir, traslacion) y/o puede girar alrededor del eje del femur. Ademas, la ICP tiene orificios roscados para que se conozca la posicion / angulo de los tornillos con respecto a la placa.

Antes de la insercion del implante principal dentro de la region de interes, el implante principal 510 esta conectado a un cuerpo u objeto de referencia. El cuerpo de referencia esta fijado preferiblemente a (o parte de) el implante, pero tambien puede fijarse a un dispositivo o instrumento de punteria (por ejemplo, una guia de taladro). De esta manera, la posicion del implante puede determinarse en base a la ubicacion y posicion del cuerpo de referencia. Preferiblemente, cada implante esta relacionado con un cuerpo de referencia diferente que puede detectarse por el sistema 100, en particular el fluoroscopio 110. En una realizacion preferida, el cuerpo de referencia comprende una pluralidad de marcadores fiduciales esfericos insertados sobre o en el instrumento (por ejemplo, dispositivo de punteria). Disponiendo los marcadores fiduciales en un patron determinado, pueden servir como identificadores para diferentes instrumentos. A este respecto, los marcadores fiduciales y el instrumento pueden denominarse convenientemente como un cuerpo de referencia, aunque los marcadores fiduciales son los que proporcionan la referencia.

Por ejemplo, la figura 6A ilustra una vista lateral de un cuerpo de referencia 604 como parte del implante 610.

�untos, el cuerpo de referencia y el implante, se denominan en este documento como un sistema de implante 614. Como se muestra en la figura 6A, el cuerpo de referencia 604 incluye uno o mas marcadores fiduciales 616 que se detectan por el sistema de diagnostico por imagen y se usan como puntos de referencia o medicion. Preferiblemente, los marcadores fiduciales comprenden esferas para hacer mas facil la deteccion en un sistema de imagen bidimensional, tal como un fluoroscopio. Ademas, la disposicion de los marcadores fiduciales dentro del cuerpo de referencia funciona como una firma que se usa para identificar el cuerpo de referencia y el implante asociado. Dado que se conocen las dimensiones del cuerpo de referencia y el implante y estos dispositivos se fijan entre si, la ubicacion del implante puede determinarse con precision detectando o registrando la ubicacion del cuerpo de referencia. Como se muestra tambien en la figura 6A, los marcadores fiduciales tambien pueden colocarse sobre el propio implante, pero no necesariamente.

La figura 6B es una vista en perspectiva del dispositivo de punteria 604 y el implante 610 (que en consonancia con el ejemplo es una ICP) en una condicion separada. La figura 6C muestra estos dos dispositivos en una condicion unida. Como se muestra, el dispositivo de punteria 604 se contornea para ajustar la ICP 610. Ademas, incluye aberturas que permiten el acceso a los orificios de los tornillos en la ICP 610 que se usan para asegurar el implante 610 como se explica en mas detalle a continuacion. Para permitir el procesamiento, el cuerpo de referencia debe estar en el campo de vision de la imagen con el implante y la region de interes 640, que en consonancia con este ejemplo ilustrativo incluye cuello del femur y la cabeza femoral. Como parte de esta insercion y colocacion iniciales, el cirujano usara tipicamente una reaccion tactil para determinar una cubicacion de partida para el implante.

La figura 7 muestra un instrumento 700 que puede usarse en la insercion y la colocacion inicial de la ICP 610 sobre un femur 720. Ademas, al hacer esta colocacion inicial, el cirujano puede usar el instrumento 700 o el cuerpo de referencia 604. A este respecto, el instrumento 700 tambien puede comprender un cuerpo de referencia colocando los marcadores fiduciales apropiados sobre o en este.

Haciendo referencia a la figura 4B, una vez que el cirujano determina una ubicacion inicial para el implante (y el cuerpo de referencia adjunto), se toma un fluorodisparo de una region de interes a lo largo de una primera dimension

: o direccion, en la etapa 434. Por ejemplo, un fluorodisparo puede tomarse a lo largo de la dimension anteroposterior

: o la dimension axial. Con referencia a la figura 1, la vista anteroposterior se ilustra con la fuente 190 y el detector 192 alineados a lo largo del eje y, mientras que en la vista axial la fuente y el detector estan alineados a lo largo del eje z. Como se muestra en la figura 8, los fluorodisparos pueden tomarse desde dos cualesquiera dimensiones o direcciones diferentes 810A, 810B. Preferiblemente, las dos imagenes se tomaran perpendiculares entre si (es decir, casi a un angulo de 90 grados entre ellas), pero esto no es necesario y cualquier angulo sera suficiente.

Como el implante y el cuerpo de referencia estan situados dentro del campo de vision del dispositivo de diagnostico por imagen, dada su proximidad a la region de interes, el fluoroscopio 110 detecta la presencia del cuerpo de referencia, es decir, los marcadores fiduciales. Despues, el ordenador 120 usa los datos de las imagenes que recibe del fluoroscopio 110 para proporcionar una visualizacion de la ubicacion del implante con respecto a la region de interes. En particular, el registro de las imagenes fluoroscopicas se realiza usando el cuerpo de referencia. Como se ha analizado anteriormente, el cuerpo de referencia esta tipicamente en una posicion fija con respecto al implante y al hueso. Ademas, se usa un disco en el intensificador de imagen para desarrollar la imagen de rayos X. El disco normalmente esta adjunto directamente al intensificador de imagen. Tambien se observara un cuerpo de referencia de este tipo en cada imagen, y puede usarse para compensar la distorsion de la imagen y para la determinacion del centro de, por ejemplo, el haz de rayos X. La determinacion del implante con respecto a la region anatomica de interes se hace usando tecnicas de procesamiento de imagenes conocidas en base a la variacion en la radiacion espacial que llega al detector, incluyendo la radiacion dirigida a la region de interes y el cuerpo de referencia.

Usando la variacion espacial, el ordenador es capaz de construir una imagen que represente con precision la relacion espacial entre el implante y la region de interes (por ejemplo, el femur y la cabeza femoral) como una imagen bidimensional.

Despues de ver esta imagen, despues el cirujano puede determinar si el implante debe colocarse de nuevo, como en la etapa S438. Por ejemplo, el cirujano puede decidir ajustar la posicion a lo largo de la longitud del femur mas cerca de la cabeza femoral u otro grado de libertad. Si el cirujano decide que tal ajuste esta garantizado, coloca el implante como se muestra en la etapa S440 y se toman mas fluorodisparos en la etapa S434. Por otro lado, si el cirujano determina que no es necesario el ajuste a lo largo de esta dimension, el procedimiento continua en la etapa S442 con la estabilizacion del implante. De acuerdo con el ejemplo, la estabilizacion puede realizarse por la insercion de una aguja de Kirshner (aguja de K) a traves de una o mas aberturas en la ICP.

Con el implante fijado como se ha descrito anteriormente, despues puede tomarse un fluorodisparo a lo largo de una dimension diferente, etapa S446. En particular, si los fluorodisparos en la etapa S434 se tomaron a lo largo de la direccion anteroposterior, en la etapa S446 pueden tomarse a lo largo de la direccion axial o en otro angulo. A este respecto, como parte de la etapa S402, puede ser suficiente usar una sola imagen en esta etapa para optimizar la posicion a lo largo de unicamente un grado de libertad (por ejemplo, un desplazamiento distal del implante) donde no es necesaria la informacion 3D.

Tras la finalizacion del fluorodisparo en la etapa S446, despues el cirujano puede ver una imagen de la posicion del implante. Si se determina que el implante ha de ajustarse en la etapa S448, por ejemplo, girar en el caso de una ICP, el procedimiento regresa a la etapa S446 y se toman fluorodisparos adicionales a lo largo de esta dimension. Una vez que el cirujano esta satisfecho con que el implante esta colocado adecuadamente en base a imagenes obtenidas a lo largo de esta dimension, el procedimiento continua en la etapa S450 con la estabilizacion adicional del implante. Por ejemplo, cuando el implante o el dispositivo medico es una ICP, pueden insertarse agujas de K a traves de aberturas adicionales en la ICP. Como resultado del procedimiento anterior, la posicion de la ICP u otro implante puede colocarse por el cirujano iterativamente y de acuerdo con procedimientos de flujo de trabajo del quirofano normales. Es decir, el cirujano puede repetir cualquier etapa del procedimiento hasta que el implante este colocado apropiadamente.

Con el implante situado como se ha descrito anteriormente en relacion a la etapa S402, despues el procedimiento continua como se muestra en la etapa S408 de la figura 4A y como se describira ahora en mas detalle como se muestra en la figura 4C. En particular, en la etapa S454, el sistema puede generar entonces informacion 3D a partir de los fluorodisparos bidimensionales registrados en la etapa S402, o pueden tomarse dos fluorodisparos bidimensionales adicionales a diferentes angulos como se ha descrito anteriormente. �a que ahora el implante se estabiliza con respecto a la region de interes, pueden tomarse fluorodisparos adicionales con las agujas de K actuando como un disparador para el sistema. Ademas, como el cuerpo de referencia tambien puede estar unido al implante, tambien puede servir como un objeto de referencia como se ha descrito anteriormente.

De acuerdo con este aspecto de la presente invencion, las imagenes 2D resultantes se procesan para localizar y delinear un contorno tridimensional, es decir, una esfera, de la cabeza femoral. Por ejemplo, la figura 9 muestra una imagen en vista AP 910 y una imagen en vista axial 920 con circulos superpuestos 930, 940 delineando los contornos de la cabeza femoral. Los circulos 930, 940 pueden construirse por ordenador 120 usando tecnicas de procesamiento de imagenes, tales como deteccion de bordes o modelos generados por ordenador. Dichos modelos pueden crearse preoperatoriamente usando IRM u otras tecnicas no invasivas que pueden determinar la localizacion y el tamaro de los organos o huesos en la region de interes.

Ademas, usando las imagenes 2D, entonces el ordenador 120 determina y genera un objeto 3D que esta relacionado con y modela la region de interes, etapa S456, de acuerdo con otro aspecto de la presente invencion. En particular, la figura 10 ilustra la visualizacion de una esfera 3D virtual que representa la cabeza del femur en base a proyecciones conicas de las imagenes 2D 910, 920. Como se muestra en la figura 10, la esfera 3D virtual esta formada por la proyeccion del sistema de coordenadas bidimensional sobre un sistema de coordenadas tridimensional. En este ejemplo, como el contorno de la cabeza femoral forma un circulo, la proyeccion sobre un sistema de coordenadas tridimensional da como resultado una esfera. Dependiendo de los contornos de la region de interes, estas proyecciones pueden hacerse usando un sistema de coordenadas cartesianas y/o esfericas. Ademas, la localizacion del objeto con respecto a la region de interes puede determinarse con precision en base a la posicion del implante en relacion con el cuerpo de referencia.

La figura 11 muestra la etapa de mostrar una visualizacion de la region de interes, implantes y sub-implantes en base a una correspondencia de la esfera 3D con las imagenes 2D, etapa S458. Como se muestra en la figura 11A, la invencion superpone una ICP virtual 1104 con tornillos y un contorno esferico de la cabeza femoral sobre la imagen axial original 2D y la imagen AP. La visualizacion permite que el cirujano vea facilmente la posicion de la ICP y la atornille con respecto a la cabeza femoral. En particular, la visualizacion muestra la posicion de los tornillos virtual, su longitud y como se colocaran en la cabeza femoral. Ademas, el sistema puede sugerir el tornillo, por ejemplo, un modelo particular, o la longitud del tornillo que sera adecuada para fijar el implante.

La visualizacion tambien permite que el cirujano ajuste manualmente la posicion de la ICP real si se considera necesaria una mejor alineacion. Por ejemplo, la figura 12A muestra un ajuste propuesto de la ICP 510 en la direccion distal, como se observa a partir de la imagen AP bidimensional. Mas especificamente, como puede observarse tambien a partir de la figura 12B, la pantalla tambien puede incluir zonas que indican el ajuste traslacional preferible del implante con respecto a su posicion actual. Por ejemplo, puede usarse una zona de aceptacion 1220 (por ejemplo, usando colores) para indicar una ubicacion mas preferible. Por lo tanto, si los tornillos se situan fuera de esta area distalmente, el cirujano puede ajustar manualmente la planta en S55 y ver una visualizacion actualizada regresando a la etapa S52.

Las figuras 13A y 13B muestran como puede conseguirse el ajuste de la ICP 610 mediante rotacion externa 1300. En particular, de manera analoga al ajuste traslacional, si el cirujano cree que el implante no esta correctamente alineado, puede ajustar las flechas 1300 para visualizar como se alineara el implante si se gira. Como puede observarse a partir de la figura 13B, puede usarse una zona de aceptacion 1340 para mostrar como la rotacion cambiara la ubicacion de los anillos de una posicion preferida. Como se muestra tambien en la figura 13B, el movimiento rotacional se realiza preferiblemente despues que se haya determinado de forma satisfactoria de la ubicacion a lo largo del cuello del femur. De este modo, el cuerpo de referencia 604 puede fijarse al hueso usando un pasador 1326. Este pasador 1326 puede usarse entonces con el mecanismo de engranaje dentado 1330 para girar con mas precision el implante como se muestra.

El sistema reacciona al cirujano en lugar de requerir que el cirujano actuar o interactuar con el ordenador o el sistema. Asi, si el cirujano decide que el implante esta alineado correctamente, puede entonces decidir asegurar el implante y completar el procedimiento. Esto minimiza las interrupciones en el flujo de trabajo de quirofano actual y permite que el cirujano use criterio como parte del flujo de trabajo. Por el contrario, los enfoques convencionales tienden a interrumpir el flujo de trabajo del quirofano haciendo necesario que el cirujano interactue con el CAS. Esto tipicamente alarga el procedimiento quirurgico y requiere mas equipos, ambos aumentando el coste de los procedimientos quirurgicos.

Tras la finalizacion de las etapas que se han descrito anteriormente en relacion a la etapa S408, el procedimiento continua en la etapa S424, donde el implante puede fijarse a la region de interes. Pueden tomarse fluorodisparos adicionales durante o despues de la etapa S424 para verificar la reduccion de la fractura y la posicion de la ICP y las agujas de K o los tornillos. Por ejemplo, la figura 15 muestra la insercion de agujas de K 1620, 1630 y un movimiento detectado de la cabeza del femur 1610. De manera ideal, el sistema detectara dicho movimiento y propondra una accion correctiva, tal como nuevas longitudes de los tornillos. Si es necesario, puede realizarse una recolocacion adicional del implante y la reduccion de la fractura como se ha analizado anteriormente.

Como se ha analizado anteriormente, las agujas de Kirshner (agujas de K) pueden insertarse a traves de las aberturas en el cuerpo de referencia 604. Mas especificamente, como se muestra en la figura 15, puede insertarse una primera aguja de K (1630) para fijar la placa al hueso. (Tambien puede insertarse una segunda aguja de K 1620 a traves de la fractura). Despues, pueden insertarse tornillos para comprimir la fraccion (S424). Los tornillos pueden ser autorroscantes o pueden insertarse a traves de orificios perforados. La invencion incluye preferiblemente un soft�are de procesamiento de imagenes que se basa en la deteccion de bordes para detectar cualquier insercion y curvatura de los tornillos o las agujas de K. Tal soft�are puede comprender un componente o rutina en un conjunto de instrucciones que realizan el procedimiento que se ha descrito anteriormente. La ICP tiene orificios de tornillos roscados para que la posicion / angulo del tornillo con respecto a la placa se fije. Las agujas de K pueden eliminarse antes o despues de que se hayan insertado los tornillos.

Como alternativa, un aparato de punteria con escala en combinacion con un orificio con forma oblonga (en el que puede insertarse una aguja de K) puede fijarse directamente a la ICP y usarse para facilitar el montaje y cualquiera ajuste adicional que se considere necesario por el cirujano. La figura 14 muestra la recolocacion usando un aparato de un solo paso de la tecnica anterior 1400; que se reemplaza preferiblemente por el cuerpo de referencia 604 y otras fijaciones 1326, 1330 que se han analizado anteriormente.

�olviendo ahora a las figuras 16A -16H, se muestra un uso alternativo de los procedimientos que se han descrito anteriormente. Como se analizara en mas detalle, estas figuras muestran la insercion de un clavo de fijacion 1654, que se usa como parte de un sistema de reparacion para fractura de cadera. En particular, y con referencia a la figura 16A, el procedimiento comienza con la insercion del clavo 1654 en el femur 1658. Como se muestra tambien, el clavo 1654 esta fijado a un instrumento o dispositivo de punteria 1660. El dispositivo de punteria se equipa preferiblemente con una pluralidad de marcadores fiduciales, por ejemplo, cuatro o mas, que actuan como un cuerpo de referencia que puede detectarse por el sistema de imagenes. De acuerdo con los procedimientos que se han descrito anteriormente, en este estado inicial del procedimiento, el cirujano obtiene fluorodisparos a lo largo de una primera dimension. Por ejemplo, puede obtenerse un fluorodisparo a lo largo del eje anteroposterior del paciente o en cualquier otro angulo que el cirujano considere adecuado.

Como se muestra en la figura 16B, si el disparo se toma a lo largo de la direccion anteroposterior, el ordenador 120 detecta y calcula la posicion del cuerpo de referencia y el instrumento 1660, y muestra un clavo virtual 1666 en relacion con la region de interes 1670. Ademas, la pantalla incluye una proyeccion 1674 de la ubicacion de un tornillo que se usara para asegurar el clavo 1654 en la cabeza femoral o la region de interes 1670. Como tambien se representa en la figura 16B, si se determina la trayectoria proyectada 1674 del tornillo por el cirujano para requerir algun ajuste, el cirujano puede hacer un ajuste traslacional 1678 del clavo en el femur 1658. Despues se hacer el ajuste traslacional 1678, el cirujano entonces, preferiblemente, toma un fluorodisparo adicional mas para confirmar que el ajuste ha desplazado el clavo 1654 a una posicion mas deseable usando la pantalla 1680 similar a la que se muestra.

Una vez que el cirujano esta satisfecho con la alineacion traslacional del clavo 1654, entonces puede usar el sistema para alinear de forma giratoria el clavo como se muestra en la figura 16C. En particular, el cirujano tomara un fluorodisparo en un angulo diferente, tal como a lo largo de una direccion lateral de la cadera para obtener la imagen 1684 mostrada en la figura 16C. Usando esta imagen, el cirujano puede girar el clavo 1654 hasta una posicion mas deseable y tomar mas fluorodisparos para confirmar el ajuste.

Una vez que el cirujano determina que el clavo 1654 esta alineado adecuadamente, entonces puede insertar una aguja de K 1687 como se muestra en la figura 16D. Con la aguja de K insertada, pueden obtenerse dos o mas imagenes bidimensionales con el fluoroscopio, como se ha descrito anteriormente. Usando estas dos o mas imagenes, entonces el sistema es capaz de determinar las longitudes de los clavos apropiados, como se muestra en la figura 16E. En particular, las imagenes bidimensionales se usan para crear un objeto que modela la region de interes, en este caso, la cabeza femoral. Mas especificamente, cuando la region de interes es la cabeza femoral, el ordenador 120 usa estas dos imagenes bidimensionales para crear una esfera 1689 y superpone en la esfera la ubicacion y la longitud de los tornillos que pueden usarse para fijar el clavo 1654. Como se muestra en la figura 16E, la pantalla muestra un tornillo virtual 1691 junto con marcas de graduacion 1693 que indican la longitud del tornillo justo dentro en la esfera 1689 y fuera a traves de una abertura en el clavo 1654.

En base a las marcas de graduacion 1693 mostradas en la figura 16E, el cirujano puede entonces seleccionar un tornillo apropiado de una longitud deseable para fijar el clavo 1654. Una vez que el tornillo se selecciona, entonces se inserta como se muestra en las figuras 16� y 16G. Como se ha descrito tambien anteriormente, una vez que el tornillo esta en su lugar, pueden tomarse imagenes adicionales para verificar que la longitud del tornillo asegura el dispositivo sin sobresalir de la region de interes como resultado de las fuerzas que se aplicaron durante el procedimiento de fijacion, como se ilustra en la figura 16H.

El procesamiento de imagenes realizado por la invencion incluye: deteccion y segmentacion de una anomalia anatomica; deteccion de la posicion del cuerpo de referencia; generacion de informacion 3D a partir de imagenes 2D; registro, conversion y visualizacion de la informacion 3D en imagenes 2D; y calculo de la posicion optica del implante. Ademas, en otro aspecto, el sistema puede proponer una longitud apropiada para cada tornillo.

Como se ha analizado anteriormente, requieren al menos dos imagenes 2D que contienen el cuerpo de referencia por la invencion para proporcionar informacion 3D. Estas imagenes deben tomarse a diferentes angulos (preferiblemente un angulo de casi 90 grados). Tambien pueden usarse imagenes 2D adicionales para proporcionar informacion. Las imagenes pueden registrarse entre si detectando anomalias anatomicas distintivas en las imagenes y/o usando el cuerpo de referencia. El cuerpo de referencia (que aparece en cada imagen) puede usarse para registrar con precision las imagenes en tres dimensiones. El cuerpo de referencia tambien puede ser util para detectar automaticamente estas estructuras anatomicas para su segmentacion (por ejemplo, detectando los bordes de las anomalias). La posicion relativa de las estructuras anatomicas especificas con respecto a la posicion del cuerpo de referencia tambien puede calcularse en base a estadisticas generales de la forma del hueso y datos del paciente (por ejemplo, tamaro, genero, edad). Esta posicion relativa puede usarse como un punto de partida para los algoritmos de segmentacion. Una vez que las estructuras anatomicas se han segmentado, el soft�are de procesamiento de imagenes puede correlacionar las estructuras de diferentes imagenes para generar una informacion 3D.

Pueden usarse diversos algoritmos de reconstruccion tridimensional para generar esta informacion. Tipicamente, los algoritmos aproximaran las anomalias anatomicas segmentadas con formas geometricas (por ejemplo, un circulo). Despues, las formas geometricas se corresponden / registran con respecto a sus posiciones relativas conocidas en las imagenes 2D. Despues, estas formas se proyectan en un espacio 3D para formar, por ejemplo, una esfera o un cilindro. La invencion puede seleccionar inicialmente una forma 3D tipica para una region anatomica de una base de datos y hacer que esta corresponda con la imagen mediante zoom, rotacion y/o traslacion de la forma. La forma tambien puede alterarse, tal como con un algoritmo de conformacion, para una mejor correspondencia. De hecho, pueden tomarse imagenes preoperatorias de la misma region anatomica para determinar mejor la forma real de diversas anomalias.

�a que el cuerpo de referencia se localiza en cada imagen y se fija a una region anatomica (por ejemplo, un hueso), el movimiento del paciente durante la cirugia no es un problema. Esto se debe a que el sistema puede usar la ubicacion del cuerpo de referencia para registrar diferentes imagenes fluoroscopicas (independientemente del contenido de la imagen) y generar una imagen 3D real de pocos artefactos usando algoritmos de reconstruccion 3D. Este aspecto de la invencion para registrar con precision las imagenes reduce los artefactos debido al movimiento del paciente durante la cirugia. Puede realizarse una planificacion preoperatoria tomando imagenes preoperatorias similares a las imagenes intraoperatorias. Esta planificacion preoperatoria puede usarse para determinar la colocacion optima del sub-implante que despues puede comprobarse frente a la colocacion intraoperatoria. Dichas imagenes preoperatorias pueden procesarse usando algoritmos diferentes que son demasiado lentos para su uso durante la cirugia o pueden segmentarse y hacerse corresponder manualmente.

Como se ha analizado anteriormente, la invencion tambien puede proporcionar un flujo de trabajo reactivo detectando automaticamente el estado de una operacion y conociendo asi las siguientes etapas operatorias que se van a realizar. De esta manera, la invencion puede proporcionar sugerencias al cirujano. Por ejemplo, la invencion puede sugerir un tipo, tamaro o forma especificas de un implante Best-fit en base a la geometria detectada de una fractura. Ademas, la invencion puede modificar una sugerencia previa en base a informacion adicional determinada durante la cirugia.

El dispositivo estereotactico puede implantarse en el cuerpo. Ademas, la invencion usa imagenes 2D (por ejemplo, rayos X fluoroscopicos) para generar informacion 3D. La placa de referencia (ICP) se contornea para hacer corresponder el contorno superficial del hueso limitando los grados de libertad para los ajustes. La placa de referencia (ICP) tambien esta roscada por lo que se conoce la posicion relativa del tornillo. La invencion calcula y propone la posicion de la placa de referencia, la posicion de la esfera, la posicion del tornillo y las longitudes.

Las ventajas de la invencion incluyen que reduce el tiempo de la cirugia para la insercion de un implante, apenas requiere interaccion entre el cirujano y el sistema, proporciona informacion tridimensional acerca de regiones importantes, requiere pocos cambios en los procedimientos del quirofano, y es mas economico que la navegacion actual basada en seguimiento. Las caracteristicas adicionales de la invencion incluyen que tiene en cuenta cualquier curvatura de las agujas de Kirshner (agujas de K) a traves de una deteccion automatica, calcula y muestra cualquier dislocacion de la cabeza del femur durante la implantacion, y calcula las longitudes de los tornillos. Aunque la invencion en el presente documento se ha descrito con referencia a un procedimiento ICP, se entiende que esta realizacion es simplemente ilustrativa de los principios y aplicaciones de la presente invencion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para poner en funcionamiento un sistema quirurgico asistido por ordenador para cirugia estereotactica, que comprende:

diagnosticar por imagen una region de interes (640) y un dispositivo medico (610, 1654) relacionado con un cuerpo de referencia (604) proximo a la region de interes de una porcion de una anatomia de un sujeto a dos o mas angulos para obtener una pluralidad de imagenes bidimensionales (910, 920);

procesar la pluralidad de imagenes bidimensionales para producir informacion tridimensional relacionada con la region de interes;

asociar, en base a la informacion tridimensional, un dispositivo medico virtual (1666) con la region de interes en una relacion predeterminada con respecto al cuerpo de referencia (604); y

mostrar la asociacion como una imagen que muestra el dispositivo medico virtual (610) superpuesto sobre la region de interes (640),

en el que el procedimiento no comprende las etapas de colocar el dispositivo medico (610, 1654) y en el que el procedimiento no comprende la etapa de recolocar el dispositivo medico en tanto que constituya un tratamiento del cuerpo humano o de un animal mediante cirugia.
2.

El procedimiento de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente detectar la presencia del cuerpo de referencia (604) en base a uno o mas marcadores fiduciales (616).
3.

El procedimiento de la reivindicacion 1 o 2, en el que el diagnostico por imagen comprende adquirir dos imagenes fluoroscopicas (910, 920) de la region de interes a dos angulos diferentes.
4.

El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el procesamiento comprende adicionalmente estimar el contorno de la region de interes en al menos dos dimensiones en base a la pluralidad de imagenes bidimensionales (910, 920).
5.

El procedimiento de la reivindicacion 4, en el que el procesamiento comprende adicionalmente formar una imagen tridimensional relacionada con la region de interes (640) en base a la estimacion.
6.

El procedimiento de la reivindicacion 4 o 5, en el que la region de interes (640) comprende una cabeza femoral, la pluralidad de imagenes bidimensionales comprende imagenes anteroposteriores y axiales de la region femoral y la estimacion comprende formar un contorno de la cabeza femoral en las imagenes anteroposterior y axial.
7.

Programa informatico para hacer funcionar un sistema quirurgico asistido por ordenador para cirugia estereotactica, comprendiendo el sistema un aparato para diagnosticar por imagen una region de interes, comprendiendo el programa informatico conjuntos de instrucciones al ejecutar el sistema quirurgico asistido por ordenador configurado para:

diagnosticar por imagen una region de interes (640) y un dispositivo medico (610, 1654) relacionado con un cuerpo de referencia (604) proximo a la region de interes de una porcion de una anatomia de un sujeto a dos o mas angulos para obtener una pluralidad de imagenes bidimensionales (910, 920);

procesar la pluralidad de imagenes bidimensionales para producir informacion tridimensional relacionada con la region de interes;

asociar, en base a la informacion tridimensional, un dispositivo medico virtual (1666) con la region de interes en una relacion predeterminada con respecto al cuerpo de referencia (604); y

mostrar la asociacion como una imagen que muestra el dispositivo medico virtual (610) superpuesto sobre la region de interes (640).
8.

Programa informatico de la reivindicacion 7, que comprende adicionalmente conjuntos de instrucciones para detectar la presencia del cuerpo de referencia (604) en base a uno o mas marcadores fiduciales (616).
9.

Programa informatico de la reivindicacion 7 o 8, en el que el diagnostico por imagen comprende adquirir dos imagenes fluoroscopicas (910, 920) de la region de interes a dos angulos diferentes.
10.

Programa informatico de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el procesamiento comprende adicionalmente estimar el contorno de la region de interes en al menos dos dimensiones en base a la pluralidad de imagenes bidimensionales (910, 920).
11.

Programa informatico de la reivindicacion 10, en el que el procesamiento comprende adicionalmente formar una imagen tridimensional relacionada con la region de interes (640) en base a la estimacion.
12.

Programa informatico de la reivindicacion 10 u 11, en el que la region de interes (640) comprende una cabeza femoral, la pluralidad de imagenes bidimensionales comprende las imagenes anteroposterior y axial de la region femoral y la estimacion comprende formar un contorno de la cabeza femoral en las imagenes anteroposterior y axial.
13.

Un sistema quirurgico asistido por ordenador, que comprende: un aparato para diagnosticar por imagen una region de interes (640) de una porcion de una anatomia de un sujeto; una memoria que contiene instrucciones ejecutables; y un procesador programado que usa las instrucciones para: recibir dos o mas imagenes bidimensionales (910, 920) de la region de interes y un implante (610, 1654) situado en

la region de interes tomadas a diferentes angulos del aparato,

procesar las dos o mas imagenes bidimensionales para producir informacion tridimensional relacionada con la region de interes y del implante situado en la region de interes, superponer un implante virtual sobre la region de interes en una relacion fija predeterminada con respecto al

implante colocado en base a la informacion tridimensional para formar una imagen, mostrando asi la posicion del implante virtual (1666) con respecto a la region de interes, y generar una seral de visualizacion relacionada con la imagen superpuesta.
14.

El sistema de la reivindicacion 13, en el que el aparato comprende un fluoroscopio.
15.

El sistema de la reivindicacion 13 o 14, que comprende adicionalmente un sub-implante virtual (1666) relacionado la region de interes y el implante virtual de tal forma que el sub-implante virtual proporcione una estimacion de la ubicacion de un implante real (610, 1654) y uno o mas sub-implantes en la region de interes.
16.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que el procesador procesa una o mas imagenes bidimensionales delineando el contorno de la region de interes en dos dimensiones y crea un objeto tridimensional que representa la region de interes.
17.

El sistema de la reivindicacion 16, en el que el objeto tridimensional comprende una esfera.
18.

El sistema de la reivindicacion 16 o 17, en el que el objeto tridimensional se obtiene de una base de datos y en base a la edad y el genero del paciente.
19.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, en el que el objeto tridimensional se determina en base a puntos de referencia relacionados con la region de interes.