ES2341079B1 - Equipo para vision mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares,aplicable para asistir intervenciones fetoscopicas, laparoscopicas y endoscopicas y proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha vision. - Google Patents

Equipo para vision mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares,aplicable para asistir intervenciones fetoscopicas, laparoscopicas y endoscopicas y proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha vision. Download PDF

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Abstract

Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas y proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha visión formado por dos unidades que trabajan conjuntamente: una unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales, constituida por un dispositivo que consta de un endoscopio o fetoscopio o laparoscopio, y los sistemas ópticos adicionales para adquirir distintos modos de imagen, y que se encarga de adquirir las imágenes multimoldales del interior del cuerpo del paciente y una unidad de visión vascular mejorada, a la que se transfieren dichas imágenes, constituida por dispositivo de procesamiento con una interfase de navegación que las procesa para mostrar las imágenes mejoradas del árbol vascular del paciente y la localización del endoscopio, dotado de un hardware y un software que aplican, al menos, cinco métodos diferentes para ello.

Description

Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas y proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha visión.
Objeto de la invención
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un equipo para visión mejorada por infrarrojo y proceso de tratamiento de la señal de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas.
Más en particular, el objeto de la invención se centra, por una parte, en un equipo cuya finalidad es asistir el guiado de cirugías, y especialmente para solucionar las dificultades técnicas que existen actualmente en las cirugías de "Twin-to-Twin Transfusión Síndrome" (TTS) (o síndrome de transfusión gemelo a gemelo) para localizar e identificar los vasos que deben ser coagulados mediante el uso de una fuente láser con fines terapéuticos. Las novedosas prestaciones de la presente invención ayudarán a mejorar la seguridad y la repetitividad de dichas operaciones, que por tanto, ayudarán a la homenización de la práctica médica.
El equipo propuesto, incluye dos unidades básicas: Por una parte, una unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (multiespectrales o extendidas), constituida por un dispositivo que consta de un endoscopio (o fetoscopio o laparoscopio, según el caso) y los sistemas ópticos adicionales para adquirir distintos modos de imagen; y por otra parte una unidad de visión vascular mejorada, que consiste en un dispositivo de procesamiento de las imágenes con una interfase de navegación para el cirujano para representar el árbol vascular del paciente y la localización del endoscopio en tiempo real, centrándose el segundo aspecto de la presente invención en el proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha visión.
Cabe remarcar que el sistema preconizado presenta la ventaja de que no necesita de agentes de contraste para llevar a cabo la tarea de representar el árbol vascular, siendo una característica imprescindible para llevar a cabo las cirugías fetales y reduciendo, en general, la invasibilidad del resto de cirugías.
Adicionalmente, el equipo de la invención incorpora un dispositivo que genera un mapa vascular global del paciente de la zona intervenida; concretamente, en las intervenciones TTS permite visualizar el árbol vascular de la placenta consiguiendo así una mejor orientación del cirujano.
Campo de aplicación
El campo de aplicación de la presente invención se encuentra dentro del sector de la industria dedicado a la fabricación de equipos y dispositivos médicos en general, y en particular de los equipos y dispositivos robotizados, audio visuales e informatizados destinados para asistir el guiado de cirugías.
Antecedentes de la invención
Como es sabido, los sistemas de visión mejorada de vasos vasculares basados en sistemas endoscópicos de infrarrojos requieren el uso de un agente de contraste y la detección de fluorescencia.
La administración de agentes de contraste no es posible en operaciones de medicina fetal. Es, por tanto, un objetivo esencial de la presente invención aportar al estado de la técnica un sistema que resuelva dicho inconveniente en el que no se no necesite de agentes de contraste para llevar a cabo la tarea de representar el árbol vascular.
Otro de los inconvenientes en los sistemas anteriores es que detectan los árboles vasculares "localmente", es decir detectan los vasos en la imagen que en un instante capta el endoscopio y no dan una visión global de la situación. Esta característica es fundamental para el diagnóstico in situ que debe hacerse en las intervenciones de TTS. Este diagnóstico in situ, llevado a cabo por el médico experto, permite identificar y aplicar la terapia láser a los vasos del paciente de forma efectiva y correcta.
En este sentido, y respecto al estado actual de la técnica, debe señalarse que el solicitante tiene conocimiento de la existencia de algunos documentos y patentes relacionados con el tema, entre los que cabe destacar los siguientes:
- La patente norteamericana US2008/0097225, que describe un aparato y un procedimiento para construir un endoscopio ultra pequeño, adecuado para aplicaciones micro quirúrgicas, en particular un fetoscopio adecuado para el tratamiento del síndrome de transfusión gemelo a gemelo. Dicho dispositivo, que utiliza técnicas de endoscopia codificada espectralmente (SEE), permite la diferenciación en colores de los vasos sanguíneos arteriales y venosos de la placenta. Adicionalmente, dispone de un canal para un láser terapéutico, por ejemplo, un láser Nd:YAG.
Sin embargo, dicha invención es, en realidad, una solución para estudios tridimensionales de la microvasculatura, que no es el objetivo de la presente invención, y utiliza una tecnología diferente (OCT), la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales es totalmente distinta. Esta tecnología además requiere de una unidad de escaneado debido a que la formación de la imagen tridimensional se realiza escaneando un haz láser a lo largo de un plano o superficie. La presente invención no necesita tal elemento reduciendo su complejidad y por tanto su tamaño. Cabe remarcar que la miniaturización es una clara ventaja cuando nos referimos a sistemas de imagen endoscópicos que deben introducirse en el cuerpo, siendo así menos invasivos.
- El documento US2005/0182321, relativo a una patente en la que se describe un sistema de imágenes de uso médico en, al menos, dos realizaciones, una para su uso en cirugía abierta y otra incorporada a un endoscopio. El sistema utiliza una técnica de fluorescencia, esto es, se inyecta una sustancia en el torrente sanguíneo que es excitada por una radiación incidente, distinta de la radicación utilizada para visualizar la imagen óptica del campo quirúrgico, emitiéndose fotones en el rango del infrarrojo cercano. Tanto la radiación visible como la infrarroja son recogidas por el sistema de imágenes y llevadas a una unidad de procesamiento que convierte dichas señales en imágenes del tejido y del sistema circulatorio que pueden ser mostradas separadamente o combinadas, de modo que la señal infrarroja se traduce en un código de color y se sobreimprime a la imagen óptica del tejido.
En este caso, si bien dicha invención muestra ciertas similitudes con la que aquí se preconiza, dado que también utiliza el infrarrojo para destacar las estructuras vasculares, presenta la diferencia de que requiere la inyección previa de un contraste en el árbol vascular, lo que la hace, en la práctica, inaplicable en fetoscopia, dado que es imposible hacerlo en fetos, y difícilmente aplicable en otras endoscopias. Además, no incluye la parte del software de reconstrucción virtual del árbol vascular visualizado, que es una destacable mejora debido a que permite orientar al cirujano en todo momento y ver la globalidad del árbol vascular.
- Finalmente, cabe mencionar la patente US6353753, en la que se recoge un procedimiento para visualizar estructuras subcutáneas, en particular la estructura de los vasos sanguíneos, y que se basa en el diferente recorrido y profundidad de penetración de un haz luminoso en función de la longitud de onda, ángulo de incidencia, polarización, etc. Utilizando una combinación de estos factores y un sistema adecuada de recogida de la radiación dispersada, se puede obtener un mapa de la estructura subcutánea a distintas profundidades. Esta invención se puede llevar a cabo en diversas formas, entre ellas, mediante su incorporación a un dispositivo endoscópico, en el que la iluminación se realiza mediante una fuente láser pulsado o CW en el rango del infrarrojo.
Sin embargo, este procedimiento es una técnica generalista, no requiere necesariamente de agentes de contraste, pero hace repetidas referencias como método para conseguir visualizar estructuras debajo de tejido. Su propósito es parecido al de la invención que se preconiza, y hay algunos rangos de longitud de onda que se solapan con nuestro primer módulo unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales. No obstante, hace una leve referencia, más bien simbólica, a la existencia de una unidad de procesado de imagen pero no especifica sus características. En ese sentido, cabe remarcar que la presente invención se focaliza en esa unidad de procesado de imagen, que llamamos específicamente unidad de visión vascular mejorada.
Explicación de la invención
Así pues, el equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas y el proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha visión, que la presente invención propone se configura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, que aporta destacables mejoras e innovadoras características que mejoran los sistemas actualmente conocidos para el mismo fin, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen adecuadamente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva.
En concreto, y tal como se ha señalado anteriormente, el equipo preconizado tiene como finalidad solucionar las dificultades técnicas que existen actualmente en las cirugías de síndrome de transfusión gemelo a gemelo, para localizar e identificar los vasos que deben ser coagulados mediante el uso de una fuente láser con fines terapéuticos, consiguiendo mejorar la seguridad y la repetitividad de dichas operaciones.
Para ello el equipo está diseñado para asistir el guiado de las citadas cirugías mediante la representación del árbol vascular de la zona operada y su entorno, estando constituido por dos unidades elementales que trabajan conjuntamente:
- una unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (multiespectrales o extendidas), constituida por un dispositivo que consta de un endoscopio o fetoscopio o laparoscopio, según el caso, y los sistemas ópticos adicionales para adquirir distintos modos de imagen, y que se encarga de adquirir las imágenes multimoldales del interior del cuerpo del paciente y transferirlas a la
- unidad de visión vascular mejorada, dispositivo de procesamiento de las imágenes con una interfase de navegación que se encarga de procesar y mostrar las imágenes mejoradas del árbol vascular del paciente y la localización del endoscopio al cirujano en tiempo real. Para ello, el hardware y el software concretos con que cuenta esta unidad aplica, al menos, cinco procedimiento de tratamiento de la señal que consisten, básicamente en:
Normalización: Procedimiento de tratamiento de la señal para normalizar la cantidad de luz que ilumina el tejido, mediante la comparación de las intensidades en cada uno de los puntos de la imagen de la intensidad de luz visible (rojo, verde y azul) e infrarroja y el uso del filtro paso bajo en las imágenes entre otras técnicas de procesado de la señal que se describen a continuación. De esta forma se estima, de forma reproducible, la cantidad de luz infrarroja incidente.
Segmentación: Procedimiento de tratamiento de la señal para segmentar de los vasos basado en el análisis espectral de la luz infrarroja y visible en tiempo real e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Seguimiento: Procedimiento de tratamiento de la señal para el seguimiento ("tracking") y la colocalización de los vasos entre dos escenas consecutivas a partir de las imágenes generadas por los métodos 1 y 2 e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Árbol: Procedimiento de tratamiento de la señal para la generación del mapa vascular a partir de las imágenes y las coordenadas de seguimiento obtenidas a partir de los métodos 1 y 2.
Fusión: Procedimiento de tratamiento de la señal para fusionar la imagen del visible (producida por un endoscopio estándar) con la información del método 3.
De esta forma, la capacidad de orientarse o ver características vasculares queda altamente mejorada ya que el cirujano, además de la visión estándar adquirida, tiene, al menos, cinco opciones o modos nuevos de visualización.
El equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas y el proceso de tratamiento de la señal para mejorar dicha visión descritos representan, pues, una innovación de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para el fin a que se destina, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra, en un diagrama de bloques, una representación esquemática de un ejemplo de realización preferida de la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales integrada en el equipo de la invención, apreciándose los principales elementos de que consta así como la interrelación entre los mismos.
La figura número 2.- Muestra, igualmente en un diagrama de bloques, un ejemplo alternativo de la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales, en este caso incorporando dos canales de vídeo para el endos-
copio.
La figura número 3.- Muestra un esquema de la unidad de visión vascular mejorada integrado en el equipo de la invención, apreciándose los principales elementos que comprende, así como la disposición y relación entre los
mismos.
Realización preferente de la invención
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se aprecia en dichas figuras, el equipo en cuestión se configura a partir de una unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1), cuya implementación preferida, tal como se observa en la figura 1, comprende un endoscopio o fetoscopio o laparoscopio, (3) que tiene al menos un canal, desde el cual se adquiere la imagen de vídeo del interior del paciente.
Al canal o canales de vídeo que están disponibles en el endoscopio se le acopla una fuente de luz infrarroja (4) y una fuente de luz blanca (5), o que contenga, por lo menos, luz de tres longitudes de onda comprendidas en el azul, verde y rojo.
La fuente de luz infrarroja (4) deberá ser:
-
fuentes pertenecientes al NIR (comprendidas 750 nm y 1600 nm)
-
fuentes comprendidas entre 800 nm y 900 nm
-
fuentes comprendidas entre 1050 y 1150 nm
-
fuentes monocromáticas centradas a una longitud de onda entre 800 y 900 nm
-
fuentes monocromáticas centradas a una longitud de onda entre 1050 y 1150 nm
-
fuentes láser de Nd:YAG (centradas a 1064 nm)
-
fuentes láser basadas en Titanio zafiro (Ti:Sap, centrado en 700 nm a 1100 nm)
-
fuentes láser basadas en Ytterbio (Yb:KYW, Yb:KGW, ...)
-
fuentes láser basadas en Ytterbio Cromo, Cr: Forsterite 1230 a 1270 nm.
-
fuentes de infrarrojo basado en métodos de conversión paramétricos (Optical Parametric Oscillators, Optical Parametric Amplifiers, Nonlinear Crystals, etc.)
-
Lámparas o LEDs con espectro de emisión en el NIR 750-1600 nm
-
Lámparas o LEDs con espectro de emisión en el NIR 800-900 nm
-
Lámparas o LEDs con espectro de emisión en el NIR 1050 - 1150 nm
-
Lámparas o LEDs con espectro de emisión infrarrojo en combinación de Filtros Ópticos.
-
Fuentes de luz con filtros ópticos acoplados para restringir su radiación dentro del espectro infrarrojo, controlados por un sistema motorizado o no.
\vskip1.000000\baselineskip
Adicionalmente, la fuente de luz infrarroja (4) podrá ser preferentemente para la aplicación de TTS:
-
fuentes monocromáticas centradas a 821 nm
-
fuentes monocromáticas centradas entre 815 - 835 nm
-
fuentes monocromáticas centradas a 1070 nm
-
fuentes monocromáticas centradas a 1050 - 1090 nm.
\vskip1.000000\baselineskip
La luz se acopla al canal de vídeo del endoscopio usando distintos elementos ópticos tales como "Splitters", espejos con propiedades de transmisión y reflexión de la luz en función de su longitud de onda (en argot técnico, "hot mirrors" o "cold mirrors") o separadores encapsulados (7) en fibras ópticas.
El mismo canal puede ser utilizado para la detección mediante el uso de elementos tales como "Hot Mirros" o espejos encapsulados (6) en fibras ópticas.
El uso de elementos ópticos adicionales, tales como filtros (8) y lentes (9), servirán para formar la imagen en una cámara de vídeo (CCD, EM-CCD, etc.) y así digitalizarla para su post-procesado mediante la unidad de visión vascular mejorada (2).
Adicionalmente, es posible añadir intensificadores de imagen en las cámaras de vídeo (10) (11) si las señales detectadas son muy bajas o de mala calidad.
Con la finalidad de simplificar la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1) podemos acoplar las fuentes de luz (4) y (5) y los sistemas de vídeo (10, 11) usando dos canales del endoscopio (3) tal y como se muestra en la Figura 2.
Por su parte, la unidad de visión vascular mejorada (2) es un dispositivo que se encarga de procesar y mostrar las imágenes mejoradas al cirujano en tiempo real tras procesar las imágenes obtenidas por la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1).
Dicho dispositivo incorpora, al menos, cada uno de los métodos listados a continuación tal y como muestra el diagrama de la figura 3 mediante un hardware y un software concretos. Cabe mencionar que en dicha figura, para mejor entendimiento de la misma, se ha referenciado la imagen infrarroja con (12), la imagen visible con (13), la imagen reflejada en rojo, verde y azul, con (14a), (14b) y (14c) respectivamente, los diferentes métodos, con (15, 16, 17 y 18), la fusión de datos con (19), la visualización local mejorada con (20) y la visualización global mejorada con (21). Las tareas esenciales que ejecutan dicho hardware y software, es decir el proceso de tratamiento de la señal para mejorar la visión del equipo que realiza esta unidad son:
Método 1. Normalización (15): Procedimiento de tratamiento de la señal para normalizar la cantidad de luz que ilumina el tejido, mediante la comparación de las intensidades en cada uno de los puntos de la imagen de la intensidad de luz visible (rojo, verde y azul) e infrarroja y el uso del filtro paso bajo en las imágenes. De esta forma se estima, de forma reproducible, la cantidad de luz infrarroja incidente.
Entradas:
Imagen reflejada roja R_{R}(x,y) (14a)
\quad
Imagen reflejada verde R_{G}(x,y) (14b)
\quad
Imagen reflejada azul R_{B}(x,y) (14c)
\quad
Imagen reflejada infrarroja R_{NIR}(x,y) (12)
Salidas:
Imagen de iluminación estimada \hat{I}_{NIR}(x,y)
\vskip1.000000\baselineskip
Método 2. Segmentación (16): Procedimiento de tratamiento de la señal para segmentar de los vasos basado en el análisis espectral de la luz infrarroja y visible en tiempo real e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Entradas:
Imagen de iluminación estimada \hat{I}_{NIR}(x,y)
Salidas:
Imágenes de probabilidad de vaso P_{m}(vaso|x,y), m=1, 2, ... M
\quad
Imagen segmentada de los vasos V(x,y)
\vskip1.000000\baselineskip
Pasos esenciales
1.
Mediante el ratio de luz infrarroja reflejada y la luz estimada incidente podemos asignar una probabilidad cada uno de los píxeles formando una nueva imagen que contiene la probabilidad de ser "vaso sanguíneo" de cada punto de la pantalla una curva sigmoide, por ejemplo:
1
\quad
donde a es una constante elegida manual o automáticamente, R_{NIR}(x,y) es la imagen reflejada en el infrarrojo y el estimador \hat{I}_{NIR}(x,y) es la imagen estimada por el método 1.
2.
Mediante el filtrado paso bajo de las probabilidades se genera una nueva imagen probabilidad, que promedia las probabilidades dentro de un vecindario, P_{2}(vaso|x,y).
3.
Los pasos esenciales 1 y 2 pueden repetirse para cada una de las longitudes de onda o modos de imagen óptica que tenga disponible la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1), y generar de esta forma un abanico de Imágenes de probabilidad P_{m}(vaso|x,y) con m = 1,2, ... M.
4.
Mediante un umbral sobre las P_{m}(vaso|x,y) y la aplicación de operadores morfológicos segmentamos la imagen entre "vaso sanguíneo" con 1 y "NO vaso sanguíneo" con 0, V(x,y).
5.
La incorporación de modos de adquisición de imagen en el unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1) son para mejorar la precisión de la segmentación y/o obtener mayor numero de clases segmentadas, tales como arterias y venas mediante el uso de longitudes de onda adicionales, o estructura del colágeno mediante el uso de polarizadores, por ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
Método 3. seguimiento (17): Procedimiento de tratamiento de la señal para el seguimiento ("tracking") y la colocalización de los vasos entre dos escenas consecutivas a partir de las imágenes generadas por los métodos 1 y 2 e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada
Entradas:
Imágenes de probabilidad de vaso P_{m}(vaso|x,y), m=1, 2, ... M
\quad
Imagen segmentada de los vasos V(x,y)
\quad
Imágenes anteriores de probabilidad de vaso P_{m}'(vaso|x,y), m=1, 2, ... M
\quad
Imagen segmentada anterior de los vasos V'(x,y) o imagen del árbol vascular T(x,y)
Salidas:
Vector de desplazamiento entre dos imágenes d(x,y)
\quad
Cociente de verosimilitud cruzada entre imágenes Cv.
\vskip1.000000\baselineskip
Pasos esenciales
Opción A
1.
Un modelo predictivo que favorece la dirección natural de los vasos suaviza los contornos de los vasos segmentados de la imagen anterior V'(x,y) y la actual V(x,y), dando como resultado Vp'(x,y) y Vp(x,y) respectivamente.
2.
Se detecta el máximo de la correlación cruzada normalizada entre Vp'(x,y) y Vp(x,y)
3.
La distancia del máximo respecto al origen de coordenadas nos calcula la distancia desplazada d(x,y)
4.
El cociente de verosimilitud se calcula es el máximo de la correlación cruzada normalizada.
\vskip1.000000\baselineskip
Opción B
1.
Un modelo predictivo que favorece la dirección natural de los vasos suaviza los contornos de los vasos segmentados de la imagen anterior V'(x,y) y la actual V(x,y), dando como resultado Vp'(x,y) y Vp(x,y) respectivamente.
2.
Se detecta el área que delimita el Full Width Half Máximum de la correlación cruzada entre Vp'(x,y) y Vp(x,y)
3.
La distancia del centroide o centro de masas de dicha área, ponderada o no, respecto al origen nos calcula la distancia desplazada d(x,y)
4.
El cociente de verosimilitud es el promedio ponderado de la correlación cruzada normalizada.
\vskip1.000000\baselineskip
Opción C
1.
Se decide cual es desplazamiento más probable, d(x,y), maximizando la verosimilitud ("máximum likelihood"), mediante la comparación de las imágenes de probabilidad anterior y actual P_{m}'(vaso|x,y) y P_{m}(vaso|x,y), respectivamente
2.
Calculamos el área de solapamiento entre las dos imágenes imagen anterior V'(x,y) y la actual V(x,y) y la normalizamos respecto al área total del campo de visión de la imagen, de esta forma obtenemos Cv.
\vskip1.000000\baselineskip
Método 4. Árbol (18): Procedimiento de tratamiento de la señal para la generación del mapa vascular a partir de las imágenes y las coordenadas de seguimiento obtenidas a partir de los métodos 1 y 2
Entradas:
vector posición p(x,y)
\quad
Vector de desplazamiento entre dos imágenes d(x,y)
\quad
Cociente de verosimilitud cruzada entre imágenes Cv
\quad
Imagen reflejada roja R_{R}(x,y) 14a
\quad
Imagen reflejada verde R_{G}(x,y) 14b
\quad
Imagen reflejada azul R_{B}(x,y) 14c
Salidas:
Imagen del árbol vascular T(x,y)
\quad
Imagen global G(x,y,c)
\quad
(OBS: c hace referencia a color red, green, blue)
\quad
Imágenes anteriores de probabilidad de vaso P_{m}'(vaso|x,y), m=1, 2,... M
\quad
Imagen segmentada anterior de los vasos V'(x,y).
\vskip1.000000\baselineskip
Pasos esenciales
Estas técnicas se conocen como "stiching" o "mosaic" y se usan en "computer vision". Una implementación posible es:
1.
Aplicamos un umbral de decisión sobre el cociente de verosimilitud cruzada, Cv, y requerimos que su valor sea por lo menos mayor a 0.5.
2a.
Si Cv<0.5 el sistema automático asume que la imagen actual contenía errores y no la usa para el árbol vascular. Sigue al paso 3a.
3a.
Busca la imagen actual V(x,y) en el árbol global T(x,y) mediante el algoritmo de "Tracking" (Método 3). Se obtienen nuevos parámetros d(x,y) y Cv. Sigue paso el 4a.
4a.
Si Cv>0.5 sigue paso 2b, si no saltamos el resto de pasos y esperamos la adquisición de una nueva imagen.
2b.
Si Cv>0.5, acomodamos la imagen actual V(x,y)en la imagen global T(x,y) de forma que tenemos en cuenta la posición anterior p(x,y) y su desplazamiento d(x,y). Sigue el paso 3b.
3b.
Acomodamos las imágenes actuales que pertenecen al visible en imagen reflejada roja R_{R}(x,y) 14a, imagen reflejada verde R_{G}(x,y) 14b e imagen reflejada azul R_{B}(x,y) 14c en la imagen global G(x,y,c) de forma que tenemos en cuenta la posición anterior p(x,y) y su desplazamiento d(x,y), donde c, por ejemplo, se refiere al color en una imagen de vídeo standard c=R, G o B.
4b.
Prepara el sistema para otra iteración. Transfiere la imagen actual V(x,y) a la imagen anterior V'(x,y). Es decir, V'(x,y) = V(x,y).
5b.
Transfiere las probabilidades actuales a las anteriores. P_{m}'(vaso|x,y) = P_{m}(vasox,y).
6b.
Actualizamos la posición, mediante d(x,y) y p(x,y).
\vskip1.000000\baselineskip
Método 5. Fusión (19): Procedimiento de tratamiento de la señal para fusionar la imagen del visible (producida por un endoscopio standard) con la información del método 3.
Entradas:
Imagen del árbol vascular T(x,y)
\quad
Imagen global G(x,y,c)
\quad
Imagen reflejada roja R_{R}(x,y) 14a
\quad
Imagen reflejada verde R_{G}(x,y) 14b
\quad
Imagen reflejada azul R_{B}(x,y) 14c
\quad
Imagen segmentada de los vasos V(x,y)
Salidas:
Imagen color de Vision Mejorada Local VEL(x,y,c)
\quad
Imagen color de Vision Mejorada Global VEG(x,y,c)
\vskip1.000000\baselineskip
1.
La generación de la imagen VEL(x,y,c) se obtiene mediante la adición ponderada de la imagen segmentada de los vasos V(x,y) sobre una o algunas de las imágenes del Visible: imagen reflejada roja R_{R}(x,y) 14a, imagen reflejada verde R_{G}(x,y) 14b e imagen reflejada azul R_{B}(x,y) 14c.
2.
La generación de la imagen VEG(x,y,c) se obtiene mediante la adición ponderada de imagen segmentada del árbol vascular T(x,y) sobre uno de los canales o colores c de la imagen global G(x,y,c)
3.
De esta forma tenemos una imagen digital que podemos enviar a un o varios monitores, proyectores o dispositivo genérico capaz de representar una imagen digital o analógica.
4.
Se crea una interfase con el usuario para elegir que modalidad quiere verse en cada uno de los monitores (o equivalente): VEL(x,y,c), VEG(x,y,c), V(x,y), T(x,y) o G(x,y,c).
En resumen, el proceso de tratamiento de la señal para mejorar la visión por infrarrojo de estructuras vasculares con el equipo de la invención, se realiza en la unidad de visión vascular mejorada (2) mediante el hardware y el software concretos de que está dotado y, al menos, consiste en los siguientes métodos:
Método 1. Normalización (15): Procedimiento de tratamiento de la señal para normalizar la cantidad de luz que ilumina el tejido, mediante la comparación de las intensidades en cada uno de los puntos de la imagen de la intensidad de luz visible (rojo, verde y azul) e infrarroja y el uso del filtro paso bajo en las imágenes. De esta forma se estima, de forma reproducible, la cantidad de luz infrarroja incidente.
Método 2. Segmentación (16): Procedimiento de tratamiento de la señal para segmentar de los vasos basado en el análisis espectral de la luz infrarroja y visible en tiempo real e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Método 3. Seguimiento (17): Procedimiento de tratamiento de la señal para el seguimiento ("tracking") y la colocalización de los vasos entre dos escenas consecutivas a partir de las imágenes generadas por los métodos 1 y 2 e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Método 4. Árbol (18): Procedimiento de tratamiento de la señal para la generación del mapa vascular a partir de las imágenes y las coordenadas de seguimiento obtenidas a partir de los métodos 1 y 2.
Método 5. Fusión (19): Procedimiento de tratamiento de la señal para fusionar la imagen del visible (producida por un endoscopio estándar) con la información del método 3.
El equipo puede añadir más modos de imagen que incorporen adicionales fuentes de luz (tanto en el visible como en el infrarrojo) de forma trivial en la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1). Asimismo una extensión de unidad de la unidad de visión vascular mejorada (2) es también trivial para segmentar los vasos en otras zonas del cuerpo para aplicaciones laparoscópicas o endoscópicas.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (6)

1. Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, aplicable para asistir el guiado de las citadas cirugías mediante la representación del árbol vascular de la zona operada y su entorno, caracterizado porque comprende dos unidades elementales que trabajan conjuntamente:
-
una unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (multiespectrales o extendidas), constituida por un dispositivo que consta de un endoscopio o fetoscopio o laparoscopio, y los sistemas ópticos adicionales para adquirir distintos modos de imagen, y que se encarga de adquirir las imágenes multimodales del interior del cuerpo del paciente y transferirlas a la unidad de visión vascular mejorada;
-
una unidad de visión vascular mejorada, constituida por dispositivo de procesamiento de las imágenes con una interfase de navegación que se encarga de procesar y mostrar las imágenes mejoradas del árbol vascular del paciente y la localización del endoscopio al cirujano en tiempo real, que aplican diferentes procesos de tratamiento de dichas imágenes.
2. Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales, comprende un endoscopio o fetoscopio o laparoscopio (3), que tiene al menos un canal, desde el cual se adquiere la imagen de vídeo del interior del paciente, al que se le acopla una fuente de luz infrarroja (4) y una fuente de luz blanca (5), o que contenga, por lo menos, luz de tres longitudes de onda comprendidas en el azul, verde y rojo; en que la luz se acopla al canal de vídeo del endoscopio usando distintos elementos ópticos tales como "Splitters", hot mirrors or cold mirrors o cualquier dispositivo óptico capaz de modificar sus características de transmisión o reflexión según la longitud de onda o polarización como, "hot mirrors", "cold mirrors" o "polarizing beam splitters") o separadores encapsulados (7) en fibras ópticas.
3. Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el mismo canal del endoscopio o fetoscopio o laparoscopio (3) puede ser utilizado para la detección mediante el uso de elementos tales como "Hot Mirrors" o espejos encapsulados (6) en fibras ópticas; y porque se prevé el uso de elementos ópticos adicionales, tales como filtros (8) y lentes (9), para formar la imagen en una cámara de vídeo (CCD, EM-CCD, etc.) y así digitalizarla para su post-procesado mediante la unidad de visión vascular mejorada (2).
4. Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, adicionalmente, se prevé añadir intensificadores de imagen en las cámaras de vídeo (10) (11), si las señales detectadas son muy bajas o de mala calidad.
5. Equipo para visión mejorada por infrarrojo de estructuras vasculares, aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, de forma alternativa, y con la finalidad de simplificar la unidad de adquisición de imágenes endoscópicas multimodales (1), se acoplan las fuentes de luz (4) y (5) y los sistemas de vídeo (10, 11) usando dos canales del endoscopio (3).
6. Proceso de tratamiento de la señal para mejorar la visión por infrarrojo de estructuras vasculares, de un equipo aplicable para asistir intervenciones fetoscópicas, laparoscópicas y endoscópicas, según la reivindicación 1, caracterizado porque se aplica en la unidad de visión vascular mejorada (2), en los siguientes métodos:
Método 1. Normalización (15), siendo un procedimiento de tratamiento de la señal para normalizar la cantidad de luz que ilumina el tejido, mediante la comparación de las intensidades en cada uno de los puntos de la imagen de la intensidad de luz visible (rojo, verde y azul) e infrarroja y el uso del filtro paso bajo en las imágenes.
Método 2. Segmentación (16), siendo un procedimiento de tratamiento de la señal para segmentar de los vasos basado en el análisis espectral de la luz infrarroja y visible en tiempo real e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Método 3. Seguimiento (17), siendo un procedimiento de tratamiento de la señal para el seguimiento ("tracking") y la colocalización de los vasos entre dos escenas consecutivas a partir de las imágenes generadas por los métodos 1 y 2 e implementado en una Unidad de Procesamiento gráfico (GPU) dedicada.
Método 4. Árbol (18), siendo un procedimiento de tratamiento de la señal para la generación del mapa vascular a partir de las imágenes y las coordenadas de seguimiento obtenidas a partir de los métodos de normalización y segmentación.
Método 5. Fusión (19), siendo un procedimiento de tratamiento de la señal para fusionar la imagen del visible (producida por un endoscopio estándar) con la información del método de seguimiento.
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