BRPI0918308A2 - método para planejar um trajeto de acordo com uma aplicação cirúrgica, e, sistema para planejar um trajeto de acordo com a aplicação cirúrgica - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PLANEJAR UM TRAJETO DE ACORDO COM UMA APLICAÇÃO CIRÚRGICA, E, SISTEMA PARA PLANEJAR UM TRANEJAR UM TRAJETO DE ACORDO COM A APLICAÇÃO CIRÚRGICA. Um método para planejar um trajeto de acordo com a aplicação cirúrgica incorporando uma técnica de avaliação de lesão estrutural (112) e/ou uma técnica de expansão geométrica (113) para a estrutura de nó espacial de configuração que representa um espaço de configuração discretizado de uma região anatômica (100). A técnica de avaliação de lesão estrutural (112) inclui a geração de avaliação de lesões estruturais indicativa de uma avaliação de lesão em potencial para uma ou mais áreas áreas anatômicas críticas da região anatômica (100). A técnica de expansão geométrica (113) inclui uma aplicação da estrutura de nó espacial de configuração envolvendo um ou mais nós de configuração de espaço livre geometricamente circunvizinhos ao nó alvo que serve como nós de semente substitutos.

Description

MÉTODO PARA PLANEJAR UM TRAJETO DE ACORDO COM UMA APLICAÇÃO CIRÚRGICA, . E, SISTEMA PARA PLANEJAR UM TRAJETO DE

ACORDO COM A APLICAÇÃO CIRÚRGICA , . A presente invenção refere-se a um método e a um 5 sistema para computar um trajeto para um dispositivo ' minimamente invasivo para atingir um alvo enquanto se evita estruturas críticas e se minimíza a Iesão às estruturas. Este trajeto pode ser utilizado tanto para controlar um dispositivo (por exemplo, um broncoscópio ou uma agulha 10 chanfrada) ou pode ser utílizado para construir um dispositivo (por exemplo, uma cânuj-a Iocalizada).

Estas aplicações de pIanejamento de trajeto podem ser realizadas utilizando a estrutura ensinada por Karen I.

Trovato, a* pIanníng in Discrete Confíguration Spaces of 15 Autonomous System, .Universíty of Amste_r-dam, 1996.. .. 'q --. Especificamente, uma aplicação de pIanejamento de trajeto deve ser caracterizada por um conjunto de parâmetros- , cha-v-e=- Cada pa-râme·tro tem -1jma-T-ou maís—faixas de va.l.ores de- ,- parâmetro válidos que são discretizados para um cálculo 20 computacional maís fácil. Uma cornbínação de Lodas as possíveis faixas de parâmetro é denomínada espaço de configuração, e cada estado do espaço de configuração provê uma configuração úníca para cada um destes parâmetros. Uma vez que o espaço de configuração é um espaço discretizado, l 25 cada estado do espaço de confíguração pode ser considerado um 'nó' em um gráfico N-dímensional- (frequentemente n = 2 ou b 3, porém algurrtas vezes maior). Os termos 'estado° e 'nó' são aqui utilizados de forma intercambiável. Urna vízirihança envolve um conjunto de transições em 30 potencial com base nas capacidades principais do sistema ou dispositívo, tipicamente dentro de uma determinada faixa. Uma transição de um estado no espaço de confíguração para outro estado de 'vizinhança' pode ser realízada por um evento ou

2 /25 movimento físico. As 'vizirihanças' também pode'm ser determinadas com base na física ou em 'regras do jogo'. Assim, a vizinhança pode incluir todas as posíções de um , cavalo em um movimento em um tabuleiro de xadrez vazío. 5 A cada transição é atribuído um custo imposto para > mudança entre urri estado 'ínícial' e um estado de vizinhança.

Portanto, a combinação dos estados no espaço de configuração com as transições da vizinhança entre eles pode ser imaginado como um gráfico com os estados como nós e as transíções como 10 bordas direcionadas de custo ponderado. Para muitas aplicações de pIanejamento de trajeto, há restrições que defínem estados ilegais, geralmente devido a limitações mecânicas, ínteração com obstáculos ou regras impostas. Assím, pode haver uma ou mais regíões proibidas 15 íàent"i"ficáveis" de_nós_no-espa-ço' de c-o-nfiguraç-ão. _1sto pode « eP 0 ser obtido de vam.as formas. Por exemplo, as transições em um nó de configuração proibido podem ser removidas, indicando um a "" Evimento"ilegà1". Ãlte"nàtívãmente"To_s_nós-podem ser rriarcados como ilegais, ou as transições no nó podem ter custo infinito 20 (inatingível e alto), denotado pelo Sírnbolo m. Cada técnica realiza o trajeto para evitar obstáculos. Estados ilegais também possuem um efeito descendente. Por exemplo, a vizínhança de movimentos de um carro pode ser um arco de deslocamento para frente, em um e " 25 quarto de volta. Se um estado ao Iongo da curva for bloqueado por um canto (um obstáculo), então não somente a transíção no

P canto proibido, porém as transições além do canto tarnbém são proibidas. Uma posição 'objetivo' (ou alvo) pode ser mapeada 30 em um ou mais nós 'objetivos' equivalentes no espaço de configuração discretízado. Podem existir rnúltíplos nós 'objetivos' uma vez que a formulação de parâmetros que expressam o sistema pode ter mais que uma soIução que descreve

3 /25 o sistema 'objetivo'. Por exemplo, ambas as confígurações do nosso lado esquerdo e do nosso lado díreíto podem atingir o rnesmo Iocal. O sistema 'inicial' é símplesmente transforrnado , em um nó- inicíal específico, que é geralmente o estado atual 5 (ou seja, o status) do sistema ou disposítívo. ' Encontrar a série mais desejável de eventos que vão de um nó de sistema atual (ínícial) até um 'objetivo' desejado é o mesmo que encontrar um trajeto ídeal de transições do nó atual para o nó 'objetivo' que incorre um 10 custo mínimo enquanto evita todos os nós ílegais. É também ensinado que o trajeto pode ser computado tanto do ínício para o objetivo, como do objetivo para o início. Em ambos os casos, a conexão de transições forma um trajeto resultante. O planejamento de trajeto geralmente tem um crítério para 15 sucesso algumas vezes denominado__uma _ métrica- =variante de él espaço, uma métrica de custo ou uma funçao objetiva (por 6 exemplo, uma mais rápida, mais curta, menos cara, etc.). Portanto, a série desejáve-l--de—e-venEes—pode- ser- encontrada pelo planejamento de um trajeto utilizando-se os nós de espaço 20 de configuração, a vizinhança de transíções, os custos, as regíões proíbidas, e o 'objetívo', e defíníndo-se ou configurando-se um 'nó inícial'. Um método de busca de gráfico, por exemplo, A*, oferece um mecanísmo eficiente para determinar o trajeto ideal. € " 25 Como será ainda aqui explicado, a presente ínvenção provê uma métrica (medição) de quantifícação de Iesão + estrutural e uma expansão geométrica de nó-alvo que expande a utilização da estrutura da matéría ensinada por Trovato. por exemplo, um conjunto cinematicamente viáveí de cânulas 30 localizadas pode ser computado com base em um trajeto ideal » para c) dispositivo que minimiza a Iesão às estruturas críticas durante uma cirurgia minimamente invasiva.

Urna forma da presente ínvenção é um método para

4 /25 planejar um trajeto de acordo com uma aplícação círúrgíca que incorpora uma técnica de avaliação de Iesão estrutural. O método envolve uma construção de uma estrutura de espaço de , configuração dentro de um meío de armazenamento de dados, a" 5 estrutura de espaço de configuração representa um espaço de ' configuração discretizado de uma região anatômica de um corpo, incluindo nós de configuração de espaço Iívre e nós de configuração proibidos. O µétodo envolve aínda uma geração de uma avaliação de lesão estrutural para cada nõ de 10 configuração de espaço Iívre, sendo a avaliação de Iesão estrutural indícativa de uma avaliação de Iesão em potencial para uma ou mais áreas anatômicas da região anatômica representada pe1o(s) nó(s) de configuração proibido(s) tendo um custo de avaliação estrutural infiníto. 15 "" """ EmTuma"s"egunaa_forma da presente invenção, cj método m de pIanejamento incorpora a técnica de expansão geométrica.

Z Especificamente, o rnétodo envolve ainda uma ampliação da "'" "'e'èitrutura de no êspaciãi"de" configu"Fãçãò "côríforme construída dentro do meio de armazenamento de dados com valores de 20 parâmetro que quantificam cada nó da estrutura de nó espacial de confíguração, onde a ampl-íação da estrijtura de nõ espaci-al de configuração inclui uma expansão geométrica de urn nó-alvo envolvendo um ou mais nós de configuração de espaço Iívre geometricamente circunvizinhos ao nó-alvo que serve como 0 " 25 nó(s) de 'semente' substituto(s).

As formas acima e outras formas da presente

D invenção, bem como as várias características e vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da seguinte descrição detalhada de várías confígurações da presente 30 invenção Iídas corn cjs desenhos anexos. A descrição detalhada e os desenhos são meramente ilustratívos da presente invenção e não Iirnitativos, sendo o escopo da presente ínvenção definido pelas reivindicações anexas e seus equivalentes.

A FIG. 1 ilustra exemplos de áreas"de Brodmann do cérebro como conhecídas na técnica.

A FIG. 2 ilustra um exemplo de vizinhança não- , holonômica para cânula localizada corno conhecída na técnica. 5 A FIG. 3 ilustra um díagrama de blocos de uma ' técnica de avaliação de Iesão estrutural crítica e uma técníca de expansão geométrica de nõ-alvo de acordo com a presente invenção. A FIG. 4 ílustra um fluxograma representatívo de um 10 método de planejamento de trajeto de acordo com a presente invenção.

A FIG. 5 ilustra exemplos de vasculatura e ventrículos cerebrais comcj conhecidos na técnica.

A FIG. 6 ilustra um exemplo de detecção de 15 "estruturas crític'as dentro de um cérebro de acordo com- a presente invenção. A FIG. 7 ilustra um fluxograma representativo de um F" Yétcido "a"é compúEàção p"õ"ideràda"de ácõrdo com"W preSê"tte invenção. 20 A FIG. 8 ilustra um exemplo de escala ponderada de acordo com a presente ínvenção- a FIG. 9 ilustra um exemplo de mapa de obstácu1o de acordo com a presente invenção. A FIG. 10 ilustra um exemplo de mapa de obstáculo + " 25 dilatado de acordo com a presente invenção.

A FIG. 11 ílustra um exemplo de mapa de distância

P de obstáculo de acordo com a presente ínvenção.

A FIG. 12 ilustra uni exemplo 'de mapa ponderado empírico de acordo com a presente invenção.

30 A FIG. 13 ilustra um exemplo de mapa de avaliação de Iesão estrutural de acordo com a presente invenção- A FIG. 14 ilustra um fluxograma representativo de um método de expansão geométrica de nó-alvo de acordo com a presente invenção. ' A FIG. 15 ílustra um exemplo de expansão geométrica bidimensional de um nó-alvo de acordo com a presente invenção- 5 A FIG. 16 ilustra um fluxograma representatívo de " algoritmo A* para a determinação de um trajeto ideal de um nó de 'semente' para um 'objetivo' utílizando parâmetros de estado de acordo com a presente invenção.

A FIG. 17 ilustra um exemplo de conjunto de pontos 10 de entrada "seguros" para a biopsia de cérebro como conhecida na técnica.

A FIG. 18 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de acordo com a presente ínvenção. A presente invenção consiste em 3 (três) príncípios " 15 ""iiiVentivos prinCipais". " Primeiro, um espaço de configuração díscretizado ,

V .b para aplicações de planejamento de trajeto conforme " relacionados a "ciruEgias minimameiite í"n"vàsivas "póde =Ser"" intensificado criando-se uma 'avaliação de lesão estrutural' 20 que provê uma estimativa de custo ou penalidade aumentada pelo cruzamento de áreas anatômicas específicas (por exemplo, estruturas anatômicas críticas dentro de uma região anatômica e pontos de entrada frágeis na região anatômica). Esta pode ser armazenada no próprio espaço de confíguração ou é 0 " 25 preferencialmente armazenado em uma estrutura separada ou como uma função. A avaliação de Iesão estrutural facilitará o

Ò pIanejamento de trajeto dentro de uma região anatômica que minimiza a Iesão geral.

Por exemplo, com relação à círurgía cerebral, o 30 deslocamento através dos pontos de entrada frágeis ao Iongo do crânio (por exemplo, a têmpora) é índesejável uma vez que este trajeto exigirá uma subsequente cirurgía reconstrutiva. Além disso, qualquer lesão às estruturas crítícas do cérebro

7 /25 (por exemplo, vasos sanguíneos, ventrículos, hípófise, pontes e nervos ópticos) pode signifícar a perda da vida ou de funções essenciais à vida. Mesmo que sejam áreas pequenas, elas poderiam ter um baixíssimo cuSto. a utilização de uma 5 avaliação de lesão estrutural ajuda no planejamento da ' cirurgia minimamente invasiva ao minimizar, se não impedir, qualquer lesão às estruturas críticas e pontos de entrada frágeis. Como será posteriormente explicado, para um algoritmo A*, os valores de avalíação de lesão estrutural 10 podem ser utilizados com a métrica de custo e com valores heurísticos de parâmetro para busca em um espaço de configuração discretizado que evita obstáculos, mas que também mantém um espaçamento seguro destes obstáculos. Segundo, um ponto ou área de entrada preferido pode 15 ser déStacado,"dado o alvo ê a ava1iação dé=l'esão"e"$=ut"ur"a1, ? por exemplo, as áreas de Brodmann no mapa cerebral 100 ; mostrado na FIG. 1. Em casos como o pIanejamento para o "bé7é8ro, onde "uma perfuração com broca pode ser feita em diversos Iocais, é fundamental ídentificar o Iocal inicial 20 apropriado corn base no alvo, de modo a minimizar a Iesão geral, porém é realizável com as ferramental atuais.

Terceíro, aplicações de planejamento de trajeto anteriores foram definidas para dispositívos íncluindo cânulas Iocalizadas, agulhas flexíveis e broncoscópios. As 0 b 25 cânulas Iocalízadas se estendem sequencialmente, da maior b para a menor, e são curvadas em díferentes direções para penetrar fundo na região anatômica. O método de configuração destes dispositivos é descrito na Publicação Internacíonal WO 2008/032230 intitulada "Confíguração de Cânula Ativa para 30 Cirurgia Minimamente Invasíva" por Karen i. Trovato. Uma vez que as cânulas Iocalízadas não possuem artieulações motorizadas ao longo de seu comprímento, nem 'fios de marionete' para controle, elas podem ser muito pequenas,

8 /25 sendo úteís em aplicações cerebrais, bem como em muitos outros procedimentos minimamente ínvasivos. A flexibilidade de outros dispositivos, por exemplo, um broncoscópío e , agulhas chanfradas é descrito na publicação Internacional WO 5 2007/042986 intitulada "Sistema de pIanejamento de Trajeto ' com Ferrarnenta 3D, Simulação e Controle" de Karen I. Trovato et al. para alguns dispositivos e aplicações, a oríentação de abordagem para um alvo pode não ser facilmente identificável ou selecionável.

10 Um problema comum é como críar múltiplas orientações de abordagem a um alvo, por exemplo, o centro de um tumor, sem a lenta entrada manual, enquanto se mantém um espaço de configuração 3D para pIanejamento 6D. Em um exemplo simples, a orientação de abordagem pode ser formada pela 15 "direçãò a partLr aé vizinhos adjacentes até um nó de ^ 'semente'. A direção de busca é, portanto, definída na b direção oposta (da 'semente' para os vizinhos adjacentes). "Essa "expansão geométrica" "provê uma variedade simples e realizável de orientações enquanto abrange todas as direções 20 circunvizinhas. Se estas vizinhança estíverem dentro de uma precísão aceitável- para representar c) aivcj, elas podem ser utilizadas como 'sementes' substítutas, tendo custo zero e a orientação definida para ínícíar a busca A*, uma vez que não estão em um Iocal de custo proibído ou infíníto. e " 25 Evidentemente, podem ser utílizadas vizínhanças geométrícas de muitos formatos e tamanhos e não somente aquelas que estão e imediatamente adjacentes, no entanto, devem definir movimentos ou ações finais víáveís. Por fim, a vizinhança geornétrica utilizada para definír a orientação das 'sementes' 30 substitutas não necessaríamente precísam corresponder à vizinhança utilizada durante a busca A*.

Por exemplo, a FIG. 2 ilustra uma vízínhança não- holomôníca 101 de arcos que podem ser utílizados para

.G computar uma série de cânulas Iocalizadas para atingir um local alvo dentro de urna região anatômíca de um corpo como conhecido na técnica. Uma busca da vizinhança 101 ê » tipicamente expandida em um algorítmo A* corn- base em uma 5 única orientação que leva a um único nó-alvo. No entanto, uma ' expansão geométrica da presente ínvenção facílitaría uma busca da vizinhança em um algorítmo A* com base em múltiplas orientações que circunvizinham um úníco nó-alvo. O resultado pode ser uma rota curvada através da região anatômica que vai 10 desde o nó-alvo até o ponto de entrada ideal permitido. Os técnicos no assunto reconhecerão que esta expansão geométríca com a avaliação de Iesão estrutural acíma mencionada permite a geração de um trajeto cinematicamente viável para dispositivos (por exemplo, um broncoscópio ou uma agulha 15 -chanfrada),—e--para— a·—construção—de -uma_ cânu1a_ Iocalízada" " cinematicamente viável que minimiza a Iesão de estruturas sensíveis ou pontos de entrada frágeis durante uma cirurgia q "mi'nimamente"invasíva. " "' "' Deve ficar entendido pelos técnicos no assunto que 20 a descríção a seguír das FIGS- 3-18 é provída para fíns de ilustração dos princípios inventivos acíma mencionados da presente invenção em termos gerais com exemplos específico ainda que diretos e não Iímítativos da prática destes princípíos. Em particular, detalhes desnecessários de ' 25 funções e operações conhecidas podem ser omitidos da descrição dos princípios da invenção de modo a não prejudicar o

V entendimento da presente invenção. No entanto, um técníco no assunto compreenderá como coIocar em prática os princípios da presente invenção a qualquer tipo de aplícação de pIanejamento 30 de trajeto (por exemplo, pIanejamento de trajeto com Eerramenta cirúrgíca, planejamento de trajeto com veículo, sistema pIanejamento econômíco de trajeto, etc.) e compreenderá ainda que existem díversas variações que permanecem dentro do espíríto da presente ínvenção e do escopo das reivindicações anexas.

A FIG. 3 ilustra uma fase de configuração 110 e uma , fase de planejamento de trajeto 111 para qualquer tipo de 5 aplicação de pIanejamento de trajeto, em particular para " planejar um trajeto cirúrgico de um instrumento dentro de um paciente durante uma cirurgia mínirnamente invasíva ou para pIanejar a construção de uma cânula Iocalízada. Em termos gerais, a fase de configuração 110 pode minimamente envolver 10 (1) a construção de uma estrutura de nó espacíal de configuração que representa um espaço de configuração díscretizado incluindo diversos estados (nós) caracterízados por um ou maís parâmetros, (2) uma identificação de uma vizinhança que ínclui todas as ações permitidas que causam 15 -muda-nças- ou—transições -entre estados (nós) no espaço de _ "' configuração discretizado, e (3) uma formulação de uma métrica que representa o custo de transição de urn estado para um estado "g - "de vi:zinhança_confo"me definído pej-a "'vizinhança'T" A1"ém di"sso," " em termos gerais, a fase de planejamento de trajeto 111 pode 20 minimamente envolver (1) uma identíficação ou definição de um nó de 'semente' dentro do espaço de confíguração discretízado, e (2) uma utilização do nõ de 'sernente' para inícíar urna propagação de ondas de custo através da estrutura de nó espacial de configuração com base na métrica para encontrar a ' 25 série mais desejável de eventos entre um nó ínicial e um nó objetívo. b A presente invenção introduz uma técnica de avaliação de lesão estrutural 112 e uma técníca de expansão geométrica 113 que pode indívidualmente ou coIetívamente ser 30 incorporadas na fase de configuração 110 e na fase de planejamento de trajeto 111 da aplicação de pIanejamento de trajeto. Em termos gerais, a estrutura de nó espacial de configuração inclui diversos nÓs, estando cada nó em um Iocal

" '" discreto diferente no espaço de configuração discretizado como caracterizado pelo(s) parâmetro(s); a técnica 112 permite o uso de valores de avaliação de Iesão estrutural que , explicitamente quantificam a avaliação de Iesão em potencial 5 das estruturas anatômicas da região anatômica do corpo, ao ' passo que a técnica 113 prevê o uso de uma ou mais vizinhanças de espaço livre geometricamente adjacentes de um nó-alvo como nós de 'semente' substitutos durante a realização de uma busca através do espaço livre do espaço de 10 configuração discretizado. Uma configuração exemplar das técnicas 112 e 113 conforme mostradas nas FIGS. 4-18 será agora descrita para facilitar uma melhor compreensão dos princípios da presente invenção, por meio da qual os técnicos no assunto reconhecerão 15 _os- vários.benefícíos-da prese'nte invenção. " " " " =" '"" " "" " a A. MÉTODO DE PLANEJAMENTO DE TRAJETO INCORPORANDO .·S . UMA AVALIAÇÃO DE RISCO ESTRUTURAL E EXPANSÃO GEOMÉTRICA -—- A FIG% 4 íAustra"tiw "f1üxõ"gFamã L2'6"ZeFre"sentativo de um método de planejamento de trajeto da presente invenção.

20 o objetivo deste método é adquírír um conjunto prático de valores de custo, =S estados de um espaço de configuração discretizado durante a fase de configuração 110 (FIG. 3) de uma aplicação de planejamento de trajeto para facílitar uma busca ideal durante a fase de pIanejamento de trajeto 111 " 25 (FIG. 3) da aplicação de planejamento de trajeto. Este objetívo é subsequentemente descríto aqui no contexto de uma ¥ incorporação da técnica de avalíação de Iesão estrutural 112 e da técnica de expansão geométrica 113 da presente invenção.

Assim, uma descrição de processos bem conhecidos de 30 planejamento de trajeto reaj-izados durante as Eases 110 e 111 é provido somente conforme necessárío para facílítar a compreensão das técnícas 112 e 113 da presente invenção. Com referêncía à FlG. 4, a fase de configuração 110 inclui um estágio S121 e um estágio S122 do fluxograma 120. O estágio 121 abrange a detecção de áreas anatômicas dentro de uma região anatômica de um corpo para o qual é , essencial minimizar ou impedir qualquer Iesão às estruturas. 5 Essas áreas crítícas incluem, entre outras, pontos de entrada " frágeis na região anatômica e estruturas frágeis dentro de urna região anatômica susceptível à Iesão por um instrumento utilizado durante uma cirurgía minimamente invasíva na região, por exemplo, a vascu1atura/ventrícu1os cerebrais 130 mostrados 10 na FIG. 5. Em uma configuração do estágio S121, uma detecção de áreas críticas pode ser realizada a partir de ímagens da região anatômica manualmente ou com base em um atlas. Por exernplo, uma detecção manual pode envolver uma tomografia computadorizada, uma ressonância magnética ou imagem similar 15 fque --seja-manual-mente -segmentada -ou_ "c"om "a1gõFitMoS "sémi7 0 automáticos conhecidos em vista de um número moderado de estruturas crítícas que são simples de delinear. * — - · "=, "' " , =— + ~ ~· - - — — -- -Ao- contrá"rio,"par& ãreàs"críEícas nao detectáveis para a geração de ímagem, um r"egístro entre dados específícos 20 segmentados do pacíente e um atlas anatômíco/funcional pode ser utílizado. A FIG. 6 ilustra uma segmentação exemplar e um regístro de um pIano de corte de uma imagem de um cérebro.

Especificamente, na cirurgia cerebral, uma ressonâncía magnética é geralmente utilizada tanto para o diagnóstíco

L 25 como para o pIanejamento. Um algoritmo automático ou segmentação rnanual pode detectar os principaís tipos de b tecido, por exemplo, massa branca, massa cinzenta, dura- máter, vasos sanguíneos, fluido cerebrospínal, crânio e pele.

No entanto, para um trajeto minímamente invasívo, outras 30 estruturas, não vísíveís na ressonância magnética, essas áreas de Brodmann 100 conforme mostradas na FIG. 1, podem ser utilizadas para definír a Iesão estrutural que Ieva ao comprometímento funcional. Para tanto, uma segmentação manual ou (semij-automática de áreas vísíveis em uma imagem por ressonância magnétíca de seção transversal 140 de um cérebro humano resulta em uma imagem segmentada 141 que é registrada ,, de uma maneira deformável em um atlas 143 conhecido detalhado 5 em seção transversal do cérebro humano para resultar em uma 5 " imagem identificada 142. Esse atlas conhecido é o atlas Talairach (ref.: Lancaster JL, WoIdorff MG, Parsons LM, Liotti M, Freitas CS, Rainey L, Kochunov PV, Nickerson D, Mikiten SA, Fox PT, "Automated Talairach Atlas Iabels Eor 10 functional brain mapping". Human Brain Mapping 10:120-131, 2000), um conjunto de 1004 diferentes rõtulos neurológicos, indicando cada pixel do atlas cerebral. Se um registro entre o atlas 143 e a imagem segrnentada 141 for realizado, é estabelecida uma transformação entre cada voxel na imagem 141 15 - do paciente. e-c-ada-v0xe-l do'--model-o do_atlas 143". portãHt5,

F cada elemento da imagem 141 do pacíente é marcado com base em sua função neurológica. As estruturas nao-neurológicas ~ (por

W exernplo, CSF ou vasos sanguíneoS) gão"mãrc"àdas Ro"processo de segmentação.

20 O estágio S122 abrange a avaliação de lesão estrutural para cada nó de configuração de espaço I.ívre que representa áreas não-críticas da região anatômica como sendo seguro ou de rísco. Em termos geraís, o custo de cada nó de configuração proibido que representa as áreas críticas ' 25 detectadas (obstáculos e pontos de entrada frágeis) da região anatômica corresponde a uma área anatômica crítica tendo um custo de risco infinito. Contraríamente, o custo de risco de cada nó de configuração de espaço Iivre seguro tem um risco zero de Iesão estrutural, enquanto cada nó de configuração de 30 espaço livre com risco tem um rísco estimado de Iesão estrutural variando desde um custo fínito diferente de zero até um custo infinito. Em suma, um custo de nó de configuração proibido é C = m, um custo de nó de configuração

14 /25 de" espaço Iivre seguro é C = 0 e um custo de nó de configuração de espaço livre com risco ê C < OO.

Em uma configuração do estágio S122, os custos . associados a cada nó de configuração de espaço livre podem 5 ser definidos por um usuário, derivado dos nós de ' configuração proibidos ou de uma combinação de custos de conjunto individual e dos nós de confíguração proibídos, ou podem ser definidos por um programa de computador, por exemplo, a partir de um processo de segmentação automática.

10 Por exemplo, para uma aplicação neurocirúrgica, os custos conjuntos podem ser formados combinando-se (por exemplo, adicionado ou determinado a média): a) um custo para pontos ou áreas críticas próximas (por exemplo, a distância de áreas anatômicas críticas) e b) um custo não-proibído de risco.

15 _ _ .+ _ A_FIg.—7—il-ustra--um· -fluxograma- 1-50" repr"esentãtiVcj " " rè de um método de computação de custo da presente invenção que W/ será descrito como um exemplo simplificado 2D de imagem .. =— ~ -ident-ificada—(por exempl-o',_'imagem_ i"denti"fiFada"14"2 íhoStrada na FIG. 6) e uma escala de custo codificado por cor mostrada 20 na.FIG. 8 "variando desde urn custo zero com codífícação branca até um custo infinito com codificação preta. Um estágío S151 . do fluxograma 150 abrange a geração de um mapa de obstáculo de base derivado de nós de configuração proíbídos de uma imagem identifícada, por exemplo, um mapa de obstáculo 160 " 25 mostrado na FIG. 9 tendo nós infinitos de coIoração preta associados a áreas proibidas. Um estágío SI52 do fluxograma b 150 abrange a geração de um mapa de obstáculo dilatado derivado de zonas de segurança estabelecidas em torno das áreas proíbidas. Por exemplo, um mapa de obstáculo dílatado 30 161 mostrado na FIG. 10, tendo nós de segurança infínítos de codificação preta associados às áreas proibidas, tem uma proteção adicional de nós de configuração de espaço Iivre de infinito em voIta dos nós origínaís de configuração proibidos.

As bordas brancas em torno dos nós originais de configuração proibidos são somente para ajudar a separar visualmente os nós de configuração de espaço Iivre de

, infinito recém adicionados dos nós originaís de configuração 5 proibidos.

Um estágio S153 do fluxograma 150 abrange a ' geração de um mapa de distância de obstáculo derivado da distância até as áreas de custo infínito mais próximas. por exernplo, um rnapa de dístância de obstáculo 162 mostrado na FIG. 11 possui nós finitos de coloração cinza diminuindo de 10 valor conforme os nós de configuração de espaço Iivre são distanciados de qualquer zona crítica protegida.

Um estágio S154 do fluxograma 150 abrange a geração de um mapa de dados empíricos a partir da imagem identificada, sendo os dados empíricos índicativos da

15 sensibilidade física de cada- '-área- anatômíca " c":íticà &

(obstáculos e pontos de entrada frágeís) a um estímulo

W7 externo (instrumentos círúrgicos/ferramentas). Por exemplo, um mapa de ponderação empírica 163 mostiããõ na"ÈÍ®. "í2"tendò"" " "

zero ou nós finitos de coloração cinza correspondente à 20 sensibilidade física ern cada um dos nós de configuração de espaço Iivre como' ernpiricamente determínado por um usuário ou por um processo de segmentação automátíca.

Um estágío S155 do fluxograma 150 abrange uma combinação do mapa de distância de obstáculo e do mapa de " 25 dados empíricos com base em uma cornbínação (por exemplo, uma soma e/ou uma determinação de média) de nós correspondentes. %

Por exemplo, na FIG. 13, um mapa de custo 164 possui áreas codificadas por cor com valores coletívamente derivados das áreas proibidas e de dados empíricos de maneira a evítar as

30 áreas proibidas ao máximo possível para assirn minimizar, se não evitar, qualquer Iesão estrutural às estruturas anatômicas assocíadas às áreas proíbidas.

Enquanto os técnícos no assunto reconhecerão que o fluxograma 150 conforme mostrado facilitará uma altíssima segurança aos pontos e áreas proibidos, segue uma descríção de configurações alternativas do fluxograma 150 que podem ser . , implementadas na prática. 5 Ern urna primeira configuração alternatíva do " fluxograma 150, o estágio de mapeamento de obstáculo dilatado S152 pode ser omitido conforme indicado pela seta tracejada de vai desde o estágío de mapeamento de obstáculo de base S151 até o estágio de mapeamento de distância de obstáculo 10 S153. Em uma segunda configuração alternativa do fluxograma 150, o estágio de mapeamento de distância de obstáculo S153 pode ser omitido conforme indicado pela seta tracejada que vai desde o estágio de mapeamento de obstáculo 15 _ dilatado S152-até o-es-tágío.-de mapeamen-to—de-c'ombÍnação_S1"55." " "

A Em uma terceira configuração alternativa do d fluxograma 150, tanto o estágio de mapeamento de obstáculo ( dilatado S152- como o estágio"de"mapeãmêntò"dê" distânêia"de" " " " obstáculo S153 podem ser omitidos conforme indicado pela seta 20 tracejada que vai desde o estágio de mapeamento de obstáculo de base S151 até o estágio de mapeamento de combínação S155.

Em uma quarta confíguração alternativa do fluxograma 150, os estágios de mapeamento de obstáculo S151- S153 podem ser omitidos, por meio do que o estágio de ' 25 mapeamento ponderado empírico S154 é exclusivamente utílizado para a computação do custo de avaliação de Iesão estrutural.

Q Em uma quinta configuração alternativa do fluxograma 150, o estágío de mapeamento ponderado empírico S154 pode ser omitído individualmente ou com urrt ou mais dos 30 estágíos de mapeamento de obstáculo SI51-S153, por rneio dos quais O(S) estágio(s) de mapeamento de obstáculo remanescente(s) é(são) uti1izado(s) para computação do custo de avaliação de Iesão estrutural.

Com referência novamente à FIG. 4, a fase de planejamento de trajeto 111 inclui os estágios S123-SI26 do fluxograma 120.

.!5 O estágío S123 abrange um ponto=alvo identificado 5 pelo usuário ou por computador, por exemplo, um tumor " centróide, e um conjunto identificado pelo usuário ou por computador de um ou mais pontos/áreas aceitáveis de inserção de ferramenta para o procedimento cirúrgico aplicável. Por exemplo, uma única área de ínserção de um ínstrumento 10 cirúrgico (por exemplo, uma cânula Iocalizada) no pulmão pode ser a seção transversal da traquéia em um plano de corte de tomografia computadorizada específíca. Alternativamente, uma ou mais áreas de inserção podem ser selecionadas para entrada do instrumento cirúrgico a partir de qualquer área não-frágil 15 do crânio. .Um trajeto ví.ávef s"omente -existe" _s"e" for"po"ssíve1 d, atingir a partir da entrada até o alvo com custo geral aceitável. Um médico, que avalia a relação risco/benefício, € deve determímar os 1imites_de 'aceítàbíIrdáaèr." " " "" " " "" "" " " O estágio S124 abrange uma propagação desde o 20 ponto-alvo até o(s) "ponto(s) de inserção e/ou área(s) de inserção por meio de um algoritmo A*. Em uma configuração do estágio S124, um fluxograma 170, conforme mostrado na FIG. 14, e um fluxograrna 190, conforme mostrado na FIG. 16, são realizados. " 25 Com referêncía à FIG. 14, o fluxograma 170 é representativo de um método de expansão geométrica da » presente invenção. Um estágío S171 do fluxograma 170 abrange uma identificação de um nó-alvo correspondente ao ponto-alvo selecionado dentro de uma região anatômica, e um estágio S172 30 do fluxograma 170 abrange uma expansão geométríca do nó-alvo para identifícar nós de configuração de espaço Iivre geometricamente circunvizinhos. Um ou maís destes nós de configuração de espaço Iivre geometrícamente círcunvizinhos pode servir como nós de 'semente' substitutos, com orientação definida pelo ângulo formado entre o nó-alvo e o nó de configuração de espaço Iivre que é geometricamente ,. circunvizinho em uma execução do fluxograma 190 como será 5 subsequentemente aqui explícado. 6 A FIG. 15 ílustra uma condíção inicial padrão 180 do nõ-alvo centralizado em um espaço bidimensional ("2D") simplificado que é definido por um ponto e uma orientação (por exemplo, -50°, 0°, 0°). Alternativamente, o nó-alvo pode 10 ser substituído pelo conjunto de nós de configuração de espaço Iivre geometricamente círcunvizinhos, onde cada nó aponta para fora para definír a direção da busca que é transformada em uma condição inicial expandida 181 do nó-alvo centralizado tendo cada vízínhança de espaço Iivre -- 15 geome-t-rí'camente- c-ircunvjzínha defi"nida'"Por 'um poÍitõ", "umã " " < orientação, uma Iinha e um custo.

q Com referêncía à FIG. 16, o fluxograma 190 é ,. - representatívõ "ãe um"aIgor"itiTo A"* fara a determínação de um trajeto ideal desde cada nó de 'semente' expandido até um 20 ponto de inserção/área 'obj"etivo' utilizando valores de parâmetro discretos implícitos ou preferencialmente explícitos com base em uma vízinhança 101 conforme mostrado na FIG. 2. Para a técnica de expansão geométríca, cada nó de 'semente° é um nó de espaço Iívre substítuto geometricamente " 25 circunvizinho ao nó-alvo tendo um custo de avaliação de Iesão estrutural abaixo de infinito ou um Iimiar de Iesão crítica

W menor que infinito. Na prática, um primeiro nó de 'semente' expandido é colocado no grupo para iniciar a propagação da onda de custo, 30 ou A*. O grupo é uma árvore bínária balanceada que mantém o menor valor de custo na raíz. O nó de menor custo retirado do grupo é denominado 'ínicial', na etapa S191 do fluxograma

190. Em aplicações de robótica e aplicações de pIanejamento de trajeto anteriores, q trajeto foí geralmente gerado utilizando objetivos como os nós de 'semente'. Nestas aplicações, o custo de um nó (g(n), descríto posteriormente)

B foi denominado 'custo _para_objetívo'. Nesta aplicação, 5 revisamos a terminologia para a denomínação mais geral · 'custo _para_semente', porém devem ser consíderados como equivalentes. Existem algoritmos bem conhecídos para gerenciar estruturas diversas, incluindo grupos.

a etapa S191 abrange ainda a aquisição da 10 informação detalhada de espaço de configuração do nó 'inicial', preferencialmente os valores de parâmetro discretos explícitos do nó inicial. Isto permitírá a antecipação desejada da propagação de onda de custo sem qualquer impacto negativo sobre as capacidades de velocidade 15 _ e,memória de um sistema-que-exec-uta o f1uxogram'a-190 " " "" " " ' Uma etapa S192 do fluxograma 190 abrange um teste de um "critério de interrupção". Há muítos testes que podem ' ser realizados para determínar se o process"o põde parai5.""O" " "" " "critério de interrupção" pode incluir, entre outros, (1) um 20 teste se o grupo está vazio e (2) um teste se o nó ('inicial') atual é um de pontos de ínserção ídentificados ou se pertence a uma das áreas de ínserção. Este crítério de interrupção garante que há uma conexão viável entre a inserção e o alvo, e que o valor é um mínimo para aquele " 25 1oca1. Isto permite que a busca termine antes que todo o espaço seja preenchido, ainda que, no entanto, não % proporcione um trajeto ideal entre o 'ínicial' e o 'objetivo'. Um terceiro critério de ínterrupção custornizado para a presente invenção envolve uma apresentação de uma 30 superfície codífícada por cor de um ponto de inserção ou área de inserção atíngido anteríormente selecíonado por um usuárío com base no custo para se atingír o ponto de inserção ou área de inserção, por meio do que uma seleção de um ponto de

" entrada por um usuárío é considerada uma seleção de um trajeto ideal entre o 'inícial' e o 'objetívo'. Se o 'critério de interrupção' for atendido, então , o fluxograma 190 é concluído. Caso contrário, se o "critérío 5 de interrupção' não for atendido, então a etapa S193 do " fluxograma 190 abrange uma geração da vizinhança de transições permissíveis. As vizinhanças do nó 'ínicial' são calculadas com base nas orientações do nó 'inicial' dadas por seu alfa, teta e fi, bem como seu local 'inicial' x, y, z. A 10 vizinhança resulta da rotação da vizínhança nominal por alfa, teta e fi, e então da translação da vizinhança já girada em relação ao local x, y, z do nõ 'inicial'. Os métodos de rotação e translação de pontos são bem conhecidos pelos técnicos no assunto.

15 _ -- A - vizinhança- -resultantê é" ê"nfão " Submet"iãa"'"à"" à translação e rotação até o Iocal do nó atual em e>çpansão. Uma vez que as vízinhanças do nó 'inícial' atual são m- " · 2 ,< computadas, o fluxogràm"a"19ò" ISaSsà"para a etapa S194 onde a prõxima Iinha (T) da vízínhança é escolhída, se houv"er. Se não 20 houver mais linhas, então o fluxograma 1'90 retorna para a etapa S191. Caso contrário, se houver uma Iinha (T), então o fluxograma 190 passa para a etapa S195 para escolher a próxima vizinhança (n') ao Iongo da Iiriha (T), se houver. A posição e orientação da vizinhança n' é computada em relação à " 25 posição e à orientação do nó 'inicial' para a atual Iinha. Se não houver mais vizinhanças ao Iongo desta linha 4 (T), então o fluxograma 190 retorna para a etapa S194. Se houver outra vizinhança (n), então o fluxograma 190 passa para a etapa 196 para testar o valor de custo da vízinhança. Se o 30 custo for ínfinito, ou se houver outra indícação de que a vizinhança não pode ser passada, então o fluxograma 190 retorna para a etapa S194. Outra indicação pode ser de que a vizinhança tem um valor de custo maior que algum iimiar predeterminado, que é menor que o infinito, porém muito alto para passar. Este limiar pode ser, por exemplo, uma função da atual distância percorrida (no nó 'inicial').

, Se a vizinhança não tiver custo ínfiníto e puder 5 ser passada, o fluxograma 190 passa para a etapa S197 para ' calcular o novo custo proposto g(n') para a nova vizinhança, n'. No algoritmo A*, dois custos são computados. O primeiro é denominado 'g(n')'. Este é o custo do melhor trajeto (até o momento) até o nó n', que chega de um 'nó inicial' ou 'nó 10 precursor', geralmente denotado como n, sem um prime ('). A Eunção g(n') inclui o custo para atingir o nó inicial, mais o custo de transição desde o nó inicial até n', mais qualquer lesão estrutural que possa surgir da transição do inicial para n'. Ao pIanejar um trajeto para a cânula localízada, o 15- _comprimen-to- do-trajeto 'é g'e-ralmentè "o"cüsto de" t"rá"iisição. A

Ó lesão estrutural ocorrida devido ao percurso do ínicial até n' pode ser calculada como a soma, do custo da lesão - -estrutura-l"de cada"" es€àdó"inté=ediário, contando os estados além de n (uma vez que n já foi contado), até o final e 20 íncluíndo n'. Tsto pode ser computado de uma forma alternativa, onde a Iesão estrutural total considera o tamanho do tubo conforme este atravessa cada voxel- (elemento de volume), de modo que o "voIume integral arrastado pelo tubo seja ponderado por várias regíões de Iesão estrutural, por " 25 exemplo. Portanto, pode-se esperar que um tubo com 3 mm de diâmetro gere o dobre de Iesão de um tubo de 1,5 mm de b diâmetro. Outra alternativa pode ocorrer quando o custo mais importante for a lesão estrutural total índependente da distância. Neste caso, o custo da transição pode ser somente 30 uma estímativa da Iesão estrutural sem o custo íncorrido para a distância. O segundo valor computado em A* é f(n'), que, em termos mais simples, é o 'melhor cenário' para um trajeto que primeiro percorre através do 'inicial' (por qualquer trajeto que chegue da 'semente'), e então percorre através de n" (incluindo as penalidades), e por fim procede idealmente , (diretarnente) até o ponto de" entrada utilizando uma função 5 heurística, h(n' ). Como é conhecido dos técnicos no assunto, ' existem muitas possíveis heurísticas. Um custo otimista da heurística pode ser zero, por exemplo, no entanto, esta heurística não informada não orienta a busca. Outra heurística comumente utilizada é a Iinha reta, ou dístância 10 Euclidiana 'como o corvo voa', ou em outras palavras, a 'distância a percorrer'. Ainda, outra estimativa pode ser o custo total da lesão estrutural na distância remanescente com o atual tubo dimensionado. Ao escolher uma heurística que seja otimista, o custo total de f(n') representa então a 15 t'desejabilidade" de- um"t'ra'jeto "que pãssà pCír"nr. "Em suma,

B g(n') = g('inicia1') + transição('ínicia1', n') + C('inicial', n') à - f"(n_' )" 4" g (n""")" +" h"(n' ) Os custos de g(n') e f(n') são geralmente 20 armazenados com outros dados para o nõ n'- O fluxograma 190 passa então para a etapa S198 para comparar o custo F(n') recém-calculado com o custo pré- existente em n', F(n'). Se o custo F(ri') recém-calculado for maior que o custo F(ri') pré-exístente, então o custo é maior " 25 para atingir n por meío do nó 'ínicial' do que o que Eoi anteriormente determinado (ou seja, não há melhora), e o b fluxograma 190 retorna para a etapa S195. Se o custo calculado F(n') for menor que o custo F(n') pré-exístente, então este valor representa uma melhora em relação às direções 30 anteriores, onde o fluxograma 190 passa da etapa S198 para a etapa S199. A etapa S199 adíciona o nó adjacente ao próximo conjunto de possíveis nós para abertura (expansão) na sequência. Este conjunto pode ser armazenado em um grupo, por exemplo, e o conjunto cIassifícado por uma cIassificação de grupo.

Se cj nõ adjacente já estiver no grupo, então os valores do nó são atualizados e o grupo é novamente cIassificado.

O nó

, x, que possui o menor custo f(x), portanto, identífica o nó 5 mais desejável para explorar (expandir) na sequência. m A etapa S199 abrange ainda a designação do novo custo _para_semente a n, bem como a posição específica (por exemplo, x, y, z) e a orientação (por exemplo, alfa, teta e fi). em um espaço 6D, a posição e a orientação são 10 representadas com uma posição 3D (x,y,z) e 3 ângulos (alfa, teta, fi). Se um conjunto de movimentos permissíveis for capturado em uma vizinhança estrutura com discreto deslocamento angular (por exemplo, a FIG. 2), o problema é reduzido para 5D, uma vez que a 6à dimensão é capturada pela

15 vizinhança.--Portanlzo, uma-'pose ê "definiâã "cõm"fosi¢ão "3D " 0

(x,y,z) e 2 ângulos (teta, fi). Ao vetor revísado é designado um apontador para 'inicíal', pois este utiliza o melhor caminho -até O= nó" "dé " '"sênênte'".'" "Q5ciona1mente, porém preferencíaímente, o nümero e o LÍpo da íínha também são 20 armazenados.

Estes são utilizados para determinar as dimensões do tubo para evitar obstáculos, bem como opões de curvatura.

Além disso, o número de Iinha mapeia diretamente para os parâmetros de controle utilízados para controlar disposítívos tais como urn broncoscópio, ou mapeia díretamente

" 25 até a seleção do tubo e sua orientação relativa aos tubos Iocalizados adjacentes. b

Com referência novamente à FIG. 4, o estágio S125 abrange a provisão de um conjunto de Iocaís de entrada, incluindo a identificação especial de um local ideal de modo

30 que um médico possa selecionar um ponto de entrada preferido, por exemplo, os pontos de entrada 240-250 conforme mostrados na FIG. 17 e ensinados pelo conjunto de pontos de entrada "seguros" típicos para biopsia de cérebro.

Fonte: Sekhar,

Fessler. Atlas of Neurosurgical Techniques. Chapter 33: Stereotactic Biopsy (schwartz and Sistí), pp. 422-429. Por exemplo, o trajeto planejado pode ser provido entre um alvo e i . 4 pontos de entrada equivalentes de mínimo custo no crânio. 5 Pode haver também 10 outros Iocais destacados, com seus ' respectivos custos mais elevados. O médico pode escolher um destes pontos, que deve estar em um Iocal de interrupção adequado ou sujeito a um crítério de interrupção.

Com base no ponto selecionado, o trajeto será 10 extraído, o que determina o conjunto de parâmetros de controle ou a configuração do dispositivo ou o trajeto intencionado desde o ponto selecionado até o alvo. Opcionalmente, este trajeto pode ser apresentado dentro de uma imagem 3D da região anatômica durante o estágio S126. 15 . _ ~ ._ -- -- .B.--SISTEMA DE-PLANEjAMENTO"DE TRAJET'O"INCORPORANDÒ " " "" UMA AVALIAÇÃO DE RISCO ESTRUTURAL E/OU EXPANSÃO GEOMÉTRTCA Com referência agora à. FIG. 18, é ilustrado urn -sLsbema 2OO-para uma aplicaçã%ae"F1ãnêjãménto"""à"e "trajeto de acordo com a presente invenção. O sistema 200 inclui um 20 dísposítívo de processamento de dados 210 e um meio de armazenamento de dados 220. O disposítivo de processamento de dados 210 emprega uma unidade de configuração 211 e uma unidade de pIanejamento 212 como unídades fisicamente separadas ou integradas para implementar a técníca de " 25 avaliação de Iesão estrutural e/ou a técníca .de expansão geornétrica da presente invenção conforme anteriormente aquí b explicado com relação às FIGS. 3-17. Em termos gerais, a unidade de configuração 211 realiza todas as tarefas necessárias para construir uma estrutura de dados de espaço de 30 configuração ("CSDS") e outras estruturas/funções apropriadas para a aplícação em particular de pIanejamento de trajeto dentro do meio de armazenamento de dados 220 de qualquer tipo (por exemplo, RAM), e a unídade de pIanejamento 212 propaga

" ondas de custo conforme necessário para preencher a estrutura de nó espacíal de configuração com os valores de custo em função dos valores de parâmetro de acordo com as características de avaliação de Iesão estrutural e/ou expansão ¥ .

5 geométrica da presente invenção conforme desejado para a " aplicação em particular de pIanejamento de trajeto. o resultado é um trajeto ideal 230 em um formato adequado para a aplícação em particular de planejamento de trajeto.

O método ou sístema é utilizado para criar um 10 trajeto. Este trajeto pode ser utilizado de várías formas. O trajeto pode tanto controlar um dispositivo, por exemplo, um broncoscópio ou agulha chanfrada. Alternativamente, pode ser utilizado para construir um dispositivo, por exemplo, uma cânula localizada. Por fim, pode ser exibido em uma tela ou · ='- 15 sobreposto-em uma-imagem-3D-e-exíbído em ócú1Õs"3D." "

O Embora diversas configurações da presente invenção tenham sido ilustradas e descritas, deverá ser compreendido â = + — - pelos técnicos no "assúnto" gtiê ""oSi métodos e o sistema, conforme aqui descritos, são ilustrativos e várias alterações 20 e modificações podem ser feitas e e©ivaíentes podem ser substituídos por seus elementos sem sair do real escopo da presente invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar os ensinamentos da presente ínvenção para o pIanejamento de trajeto sem sair de seu escopo central. " 25 Portanto, o objetivo é que a presente invenção não seja limitada às configurações particulares reveladas como o b melhor modo contemplado de realizar a presente invenção, mas sim que a presente invenção inclua todas as configurações que estejam dentro do escopo das reívindicações anexas.

Claims (15)

1. ..

   REIVINDICAÇÕES I.MÉTODO PARA PLANEJAR UM TRAJETO DE ACORDO COM UMA APLICAÇÃO CIRÚRGICA, o método caracterizado por compreendem (110) construção de uma estrutura de nó espacíal de . b.

   5 configuração dentro de um meio de armazenamento de dados " (220), a estrutura de nó espacial de configuração incluindo nós de configuração de espaço Iivre e nós de configuração proibidos que representam um espaço de configuração discretizado de uma região anatômica (100) de um corpo; e 10 (S122) geração de uma avaliação de Iesão estrutural para cada nó de configuração de espaço Iivre, sendo que a avaliação de lesão estrutural indica uma avaliação do Iesão } em potencial a pelo menos uma área anatômica crítica da região anatôrnica (100) representada pelos nós de confíguração 15 proibtdos, cada nó de configuração prm-bídõ téndò um"cústò "de" .€ avaliação de Iesão estrutural ínfinito.
2. 2. MÉTODO, de acordo com a reivindícação 1,

   A - caracterizado em"que"oB_7íóS"de confi"gúrarãò de"espaço lívre incluern pelo menos um dentre: 20 urn nó de configuração de espaço Iivre seguro tendo um custo zero de avaliação de Iesão estrutural; um nó de configuração de espaço Iivre com risco tendo urri custo finito de avalíação de Iesão estrutural; e um nó de configuração de espaço Iivre com risco " 25 tendo um custo infinito de avaliação de Iesão estrutural.
3. 3. MÉTODO, de acordo com a reivíndícação 1, " caracterizado em que pelo menos uma área anatômica crítica inclui pelo menos um dentre: uma estrutura anatômíca crítica dentro de uma 30 região anatômíca (100); e um ponto de entrada frágil na regíão anatômica (100) .
4. 4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1,
5. caracterizado em que a geração de uma avaliação de lesão estrutural para cada nó de configuração de espaço livre inclui: 4 . geração de uma imagem identificada (142) da região 5 anatômica (100) incluindo pelo menos uma área proibida da ¥^ região anatômica (100); e computação do custo de avaliação de lesões estruturais para cada nó de configuração de espaço livre associado à imagem identificada (142). 10 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado em que a geração da ímagem identificada (142) da região anatômica (100) ínclui: registro de pelo menos uma imagem da região anatôrnica (100) do paciente com um atlas (143) da região 15 .anatôrnica-(1-00)| - "_" " " " " " " "" " " " a
6. 6. MÉTODO, de acordo com a reívindicação 4, , caracterizado em que a computação do custo de avalíação de ·? -lesões- estruturais parã Cãda" nb" ãè'"configüração de espaço livre associado à imagem identifícada (142) ínclui: 20 geração de um mapa de obstáculo de base (160) derivado de cada área proibída da região anatômica (100) assocíado à ímagem ídentífícada (142), cada nõ de configuração de espaço livre do mapa de obstáculo de base (160) tendo um custo de avaliação de lesão estrutural menor ' 25 que ínfinito.
7. 7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, b caracterizado em que a computação do custo de avaliação de lesões estruturais para cada nó de configuração de espaço Iivre associado à imagem identíficada (142) incluí 30 adicionalmente: geração de um mapa de obstáculo de base dilatado (161) derívado de pelo menos uma zona de segurança estabelecida em torno de cada área proíbida da região anatômica (100), cada nó de confíguração de espaço Iivre do mapa de obstáculo de base dilatado (161) dentro de pelo menos uma zona de segurança tendo um custo de avaliação de Iesão ,= estrutural infínito. 5
8. 8. MÉTODO, de acordo com a reivíndicação 4, " caracterizado em que a computação do custo de avaliação de lesões estruturais para cada nó de configuração de espaço livre associado à imagem ídentificada (142) ínclui adicionalmente: 10 geração de um mapa de distância de obstáculo (162) derivado de uma distância até uma área proibida mais próxima da região anatômica (100).
9. 9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado em que a computação do custo de avaliação de 15 lesões estruturaís para cada nó de configúFaeã6 ae"eàpãço" " 4 livre associado à imagem identificada (142) inclui adicionalmente: @

   R --"'- " - geração "dé "iiüí "mãpã "po"1dêrãdÕ 'empírico (163) derivado de uma sensibilidade física empírica de cada área 20 .proibida da região anatômica (10'0) assoeíado à imagem identificada (142).
10. 10. MÉTODO, de acordo com a reívindícação 1, caracterizado por compreender adíciona1mente: ampliação da estrutura de nó espacíal de " 25 confíguração conforme construída dentro do meio de armazenamento de dados (220) com valores de valores de b avaliação de Iesão estrutural que quantíficam cada nó da estrutura de nó espacial de configuração.
11. 11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, 30 caracterizado em que a amplíação da estrutura de nó espacial de configuração inclui uma função de custo de uma distância total de transíções cumulativas entre nós ao Iongo do trajeto.

    4 /5
12. 12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado em que a ampliação da estrutura de nó espacial de configuração inclui uma função de custo de um ínstrumento bj associado à aplicação cirúrgica envolvendo pelo menos uma 5 dimensão do instrumento.

    P
13. 13. MÉTODO, de acordo com a reivíndicação 10, caracterizado em que a ampliação da estrutura de nó espacial de configuração inclui urria expansão geométrica de um nó-alvo envolvendo pelo menos um nõ de configuração de espaço livre 10 geometrícarnente circunvizinho ao nó-alvo que serve como um nó de 'semente' substituto.
14. 14. SISTEMA PARA PLANEJAR UM TRAJETO DE ACORDO COM A APLICAÇÃO CIRÚRGICA, o sistema caracterizado por compreendem 15 _ — '— uin meio—de armazenamento de dados '(220)"; ê" """ " "" "" " um dispositivo de processamento de dados (210) em comunicação elétrica com o meio de armazenamento de dados e (220)- 'para construir uma "éStFú'Eürâ" dé "nó "es©aciai de configuração dentro do meío de armazenamento de dados (220), 20 a estrutura de nó espacial de configuração incluindo nós de configuração de espaço livre e nós de configuração proíbidos que representam um espaço de configuração discretizado de uma região anatômica (100) de um corpo, em que o dispositívo de processamento de dados " 25 (210) é operável para gerar uma avaliação de Iesão estrutural para cada nó de configuração de espaço Iívre, a avaliação de b Iesão estrutural sendo indicativa de uma avalíação de Iesão em potencial a pelo menos uma área anatÔmica crítica representada pelos nós de configuração proíbídos, cada nó de 30 confíguração proibído tendo um custo de avaliação de Iesão estrutural infinito.
15. 15. SISTEMA, de acordo com a reívindícação 14, caracterizado em que o dispositivo de processamento de dados

    (210) é adicionalmente operável para ampliar a estrutura de nó espacial de configuração conforme construída dentro do meio de armazenamento de dados (220) com valores de parâmetro

    , que quantificam cada nó da estrutura de nó espacial de 5 configuração de acordo com urri nó-aj-vo e uma área de entrada à da região anatômíca (100), em que a ampliação da estrutura de nó espacíal de configuração inclui uma expansão geométríca do nó-alvo envolvendo pelo menos um nó de configuração de espaço Iivre

    10 geometricamente circunvizinho ao nó-alvo que serve como um nó de 'semente' substituto. ,

    '

    F~