BR112018010382B1

BR112018010382B1 - Sistema de navegação, rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo de um paciente

Info

Publication number: BR112018010382B1
Application number: BR112018010382-9A
Authority: BR
Inventors: Alessandro ROTILIO; Marco SOLBIATI; Maurizio MIRABILE; Luigi Zeni
Original assignee: R.A.W. S.R.L.
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2022-07-26
Also published as: US20180344408A1; RU2018117932A3; ES2815800T3; EP3380034A1; EP3380034B1; CN108601628A; ITUB20155830A1; WO2017089941A1; JP2019503820A; RU2018117932A; RU2746458C2; JP6905535B2; DK3380034T3; AU2016358472A1; US11596480B2; CA3005705A1; BR112018010382A2; US20190183586A1; CN108601628B

Abstract

Sistema de navegação, rastreamento e guia (1) para o posicionamento de instrumentos operacionais (5) dentro do corpo de um paciente (P) compreendendo uma unidade de controle (2), um mostrador (3) e um primeiro meio de detecção (4) para determinar a posição espacial do visualizador (3). O sistema (1) compreende ainda um sensor associado a um instrumento operacional (5) e inserível dentro da porção interna (Pi) do corpo do paciente (P). A sonda compreende pelo menos um guia óptico, tendo zonas de dispersão de um fluxo luminoso gerado dentro do guia óptico e meios de detecção para a detecção da dispersão do fluxo luminoso, para identificar a disposição espacial da sonda quando inserida dentro do paciente (P). A unidade de controle (2) é configurada para projetar no visualizador (3) uma imagem do estado interno de pelo menos uma porção interna (Pi) do corpo do paciente (P) e a imagem da sonda com base no arranjo espacial identificado.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de navegação, rastreamento e guia para a colocação de instrumentos operatórios dentro de um corpo de um paciente no qual a realidade aumentada é usada como a interface do operador.

[0002] O sistema da presente invenção é particularmente adequado para aplicações tais como radiologia diagnostica, radiologia cirúrgica oncológica, radiologia cirúrgica vascular, procedimentos realizados pela inserção de sondas e/ou agulhas (tais como biópsias e aspirações líquidas) e neurocirurgia.

[0003] Até o presente, no campo de cirurgia e navegação cirúrgica, o uso de sistemas que empregam imagens radiológicas e tem interface com os mesmos com o movimento da sonda de ultrassom é conhecido.

[0004] Por exemplo, durante estes tipos de navegação cirúrgica, sistemas equipados com dispositivos de tomografia computadorizada (CT) são usados, os quais proporcionam imagens radiológicas em tempo real e durante a operação (varreduras de CT intraoperatórios).

[0005] Existem também outros sistemas conhecidos que podem fornecer o rastreamento virtual de sondas de ablação mas sem fornecer qualquer informação concernente à deformação.

[0006] Por outro lado, o uso de óculos de sala de operação dotado de um visor para visualização de imagens é conhecido. Para este propósito, o documento EP2737868A1 descreve um sistema que inclui uma lente de aumento cirúrgica sem fio, que permite que um usuário que utilize a lente sem fio durante a execução de um procedimento transmita a informação adquirida a partir da lente sem fio, e para ver a informação de paciente em um visor. Deste modo, a informação transmitida pode ser usada para auxiliar o procedimento no ambiente operacional e melhorar as instruções e para ser registrada para uso posterior.

[0007] Além disso, o documento US 6.847.336 B1 descreve um sistema e um método para a exibição de dados em uma tela translúcida montada no campo normal de visão de um usuário. A tela pode ser montada na cabeça do usuário, ou montada em uma estrutura móvel e posicionada em frente ao usuário. Uma interface de usuário é exibida na tela, incluindo um cursor móvel e um menu de ícones de controle de computador. Um sistema de "rastreamento de olhos" é montado na vizinhança do usuário e é usado para controlar o movimento do cursor.

[0008] Adicionalmente, o documento US7501995B2 descreve um sistema e um método para a apresentação de informações de suporte clínicas que empregam uma navegação baseada em ocular.

[0009] Além do mais, o documento WO200908191 A1 descreve um sistema de exibição seletiva que permite a detecção para exibir seletivamente dados e informação em um dispositivo de exibição montado em óculos.

[00010] Por outro lado, a reconstrução de imagens médicas através de uma exibição tridimensional 3D é igualmente conhecida, em que o rastreamento tridimensional do volume no paciente é fornecido, bem como, possivelmente, também o rastreamento da agulha nos vários campos de aplicação médicos e cirúrgicos.

[00011] Por exemplo, o documento US5526812A descreve um sistema de exibição que permite aumentar e melhorar a exibição de estruturas de corpo durante procedimentos médicos.

[00012] Outros exemplos de sistemas e métodos de navegação na realidade aumentada nos procedimentos relacionados com intervenções médicas são descritos em documentos US 7.774.044 B2, US 2002/0082498 A1 e US 2013/0267838 A1.

[00013] Embora todos os sistemas listados acima descrevam vários métodos de assistência ao operador durante a cirurgia, há ainda algumas limitações no caso de intervenções minimamente invasivas.

[00014] De fato, no caso de intervenções minimamente invasivas, a inserção de instrumentos cirúrgicos dentro do paciente, isto é, sondas, capazes de realizar operações sem abrir o corpo de um paciente. Tais intervenções são complicadas por causa das dificuldades em estimar com precisão a posição dos tecidos sobre os quais é necessário operar e dos instrumentos a serem inseridos. Para esta complexidade, os erros frequentemente ocorrem durante a conclusão da cirurgia.

[00015] Estes sistemas combinam o uso de ultrassom, caracterizados por uma baixa resolução espacial, a exibição de imagens radiológicas, caracterizada por alta resolução, através do rastreamento da sonda de ultrassom para intervenções minimamente invasivas com sensores eletromagnéticos ou sistemas ópticos, sem ou com baixa resolução espacial.

[00016] Neste contexto, a tarefa técnica subjacente à presente invenção é propor uma navegação, sistema/método de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo do paciente que supera uma ou mais desvantagens da técnica anterior mencionada acima.

[00017] Em particular, é um objetivo da presente invenção fornecer uma navegação, sistema/método de rastreamento e guia e um guia para o posicionamento de instrumentos operacionais em que a realidade aumentada é usada como a interface do operador, de modo a permitir que o operador opere no paciente de uma maneira precisa, confiável, segura e eficiente.

[00018] Vantajosamente, a invenção refere-se a um sistema e a um método que traz diversas tecnologias diferentes, todos juntos ou em combinações dos mesmos, o visualizador, em dispositivos de qualquer tipo, de imagens relacionadas com estruturas internas do corpo de um paciente (de tipo biomédico, fisiológico e patológico) e referindo-se aos instrumentos operacionais parcialmente inseridos no interior do corpo do paciente, ambos, portanto, não externamente visíveis ao operador a menos que o corpo do paciente seja aberto. Estas imagens, em 2, 3 ou 4 dimensões, são tornadas visíveis ao operador em posições correspondentes à posição real no espaço das estruturas que elas representam.

[00019] Vantajosamente, de acordo com a invenção, a tela também se refere ao uso, rastreamento e posicionamento de instrumentos cirúrgicos para um foco particular no "direcionamento" de patologias dentro do corpo humano.

[00020] Portanto, a presente invenção proporciona um sistema e um método de navegação, rastreamento e orientação para a colocação de instrumentos operacionais dentro de um paciente no qual a realidade aumentada é usada como uma interface de operador para ver em tempo real a área de operação interna do paciente na posição externa real exata de um paciente.

[00021] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, a tarefa técnica mencionada e os objetivos especificados são alcançados substancialmente por uma navegação, sistema de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do paciente, compreendendo as características técnicas estabelecidas em uma ou mais das reivindicações anexas.

[00022] Em particular, a presente invenção proporciona uma navegação, sistema de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo de um paciente, compreendendo:

[00023] - uma unidade de controle para receber uma pluralidade de informações relacionadas ao estado interno do corpo de um paciente,

[00024] - um visualizador configurado de tal maneira que um operador pode ver a figura pelo menos uma parte interna do corpo de um paciente através do visualizador, e

[00025] - primeiro meio de detecção de primeira posição para determinar a posição espacial do visualizador. A unidade de controle é configurada para projetar no visualizador uma imagem do estado interno da parte interna do corpo de um paciente, em que a imagem é obtida pelo processamento da pluralidade de informações com base na posição espacial do visualizador.

[00026] Vantajosamente, o sistema ainda compreende uma sonda associada a um instrumento operacional e inserível dentro da parte do corpo de um paciente, em que a sonda compreende pelo menos um guia óptico que tem zonas de dispersão de um fluxo luminoso gerado dentro do guia óptico e meio de detecção da dispersão do fluxo luminoso a fim de identificar a disposição espacial da sonda quando inserida no interior do paciente.

[00027] Vantajosamente, a unidade de controle é também configurada para projetar no visualizador a imagem da sonda, com base no arranjo espacial identificado.

[00028] As reivindicações dependentes, incluídas aqui para referência, correspondem a diferentes configurações da invenção.

[00029] Em um segundo aspecto da invenção, a tarefa técnica mencionada e os objetivos especificados são alcançados substancialmente por uma navegação, método de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do paciente, compreendendo as características técnicas estabelecidas em uma ou mais das reivindicações anexas.

[00030] De acordo com a invenção, o método compreende as etapas de:

[00031] -Fornecer um visualizador configurado de tal maneira que um operador pode ver pelo menos uma parte interna do corpo do paciente (P) através do dito visualizador;

[00032] - fornecer primeiros meios de detecção para determinar a posição espacial do visualizador;

[00033] Fornecimento de uma unidade de controle para realizar as etapas de:

[00034] - Recepção de uma pluralidade de informações relacionadas ao estado interno do corpo de um paciente,

[00035] - Processamento da pluralidade de informações com base na posição espacial do visualizador; e

[00036] - Projeção no visualizador de uma imagem do estado interno da pelo menos uma parte interna do corpo do paciente com base no processamento executado.

[00037] Vantajosamente, o método compreende as etapas de:

[00038] - Uma sonda associada a um instrumento opera e inserível dentro da parte do corpo de um paciente, a sonda compreendendo pelo menos um guia óptico tendo zonas de dispersão de um fluxo luminoso gerado dentro do dito guia óptico e meios de detecção da dispersão do fluxo luminoso de modo a identificar o arranjo espacial da sonda quando inserido no interior do corpo do paciente,

[00039] - Além disso, projetando-se no visualizador a imagem da sonda com base no arranjo espacial identificado, pela unidade de controle.

[00040] As reivindicações dependentes, incluídas aqui para referência, correspondem a diferentes configurações da invenção.

[00041] Em um terceiro aspecto da invenção, a tarefa técnica mencionada e os objetivos especificados são alcançados substancialmente por uma navegação, método de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do paciente, em que é realizado por um computador, de acordo com a descrição das reivindicações anexas.

[00042] Em um quarto aspecto da invenção, a tarefa técnica mencionada e os objetivos especificados são alcançados de forma substancial por ASTM programa de computador em que executa as etapas do método descrito, quando em execução em um computador.

[00043] Características e vantagens adicionais da presente invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir do indicador, e, portanto, uma descrição não limitante de uma modalidade preferida mas não exclusiva de uma navegação, sistema de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo de um paciente, conforme ilustrado no desenho anexo, em que a Figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de uma navegação, sistema de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo de um paciente de acordo com a presente invenção durante uma configuração de operação.

[00044] Com referência às figuras em anexo, as quais indicam de forma geral uma navegação, sistema de rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operacionais dentro do corpo de um paciente, a partir de agora como indicado simplesmente como o sistema 1.

[00045] O sistema 1 compreende uma unidade de controle 2 configurada para receber uma pluralidade de informações relacionadas ao estado interno do corpo de um paciente P.

[00046] De preferência, a pluralidade de informações relativas ao estado interno do corpo de um paciente P ocorre pelo menos através de uma varredura, por exemplo, RX (Raio X), MRI (formação de imagem de ressonância magnética), CT (tomografia axial computadorizada), PET-CT (tomografia computadorizada de pósitron computadorizada).

[00047] A varredura pode ser realizada in situ ou pré-carregada na unidade de controle 2.

[00048] O sistema 1 compreende um visualizador 3 configurado de tal maneira que um operador não é mostrado, pode ver pelo menos uma parte interna Pi do corpo do paciente P através do visualizador 3

[00049] O sistema também compreende um primeiro meio de detecção 4 para determinar a posição espacial do visualizador 3.

[00050] A unidade de controle 2 é configurada para projetar no visualizador 3 uma imagem do estado interno da parte interna Pi do corpo de um paciente P; em particular, a imagem é obtida desenvolvendo a pluralidade de informações com base na posição espacial do visualizador 3.

[00051] Em outras palavras, a unidade de controle 2 pode projetar uma imagem de realidade aumentada do interior do corpo do sistema um paciente P no visualizador 3 que varia dependendo da disposição espacial do visualizador 3

[00052] De preferência, o visualizador 3 é disposto ao longo de uma parte do corpo do operador do eixo geométrico visual do paciente P de modo a assegurar as melhores condições ergonómicas para o operador e evitar quaisquer problemas de coordenação.

[00053] De preferência, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção ilustrada na Figura 1, o visualizador 3 é definido por um observador facial usável pelo operador (também chamado Visor Montado Na Cabeça, HMD), por exemplo, óculos com lentes pelo menos parcialmente transparentes.

[00054] De preferência, o visualizador 3 compreende um giroscópio, uma bússola e uma unidade de medição inercial; vantajosamente, estes elementos permitem uma identificação correta e precisa da posição espacial do visualizador 3.

[00055] De preferência, o visualizador 3 também compreende um sensor de profundidade adaptado para registrar um volume reconstruído do paciente, que vantajosamente permite ao operador explorar órgãos e patologias dentro do corpo do paciente P enquanto procurando o mesmo paciente P.

[00056] Vantajosamente, o sistema 1 de acordo com a presente invenção compreende ainda uma sonda, não ilustrada, associada (isto é, inserida internamente) para um instrumento operacional 5 e inserível dentro da Parte Pi do corpo do Paciente P.

[00057] A sonda compreende pelo menos um guia óptico, não mostrado, tendo zonas de dispersão de um fluxo luminoso gerado dentro do guia óptico e meios de detecção para a detecção da dispersão do fluxo luminoso, para identificar a disposição espacial da sonda quando inserida dentro do paciente P.

[00058] A unidade de controle 2 é de fato também configurada para projetar sobre a tela 3 a imagem da sonda, com base no arranjo espacial identificado.

[00059] Graças à presente invenção, o operador pode exibir no visualizador 3 o que não seria de outra forma visível ao olho nu. De fato, a unidade de controle 2 transmite no visualizador 3 uma imagem de realidade aumentada que, além de mostrar o estado interno do corpo do paciente P, também mostra o movimento da sonda (e, portanto, do instrumento operacional 5 associado a ele) dentro da parte interna Pi do corpo do mesmo paciente P.

[00060] A imagem real do paciente P visível através do visualizador 3 é, portanto, superposta a uma imagem virtual projetada em transparência, mostrando os órgãos e os tecidos internos do paciente P juntamente com a parte de sonda inserida dentro do paciente P que de outra forma não seria visível.

[00061] Graças à presente invenção, o operador pode operar em segurança e precisão absolutas sobre a área afetada sem a necessidade de utilização para abrir o corpo do paciente P para exibir a área operacional e a posição/movimento dos instrumentos operacionais 5.

[00062] Como mencionado acima, a fim de identificar a disposição espacial da sonda quando inserida dentro do paciente P, um guia óptico é provido, dentro do qual um fluxo luminoso flui; modulando e medindo as perdas de potência ópticas refletidas através das áreas de dispersão, é possível determinar, e portanto, visor no visualizador 3 por meio da unidade de controle 2, a posição da sonda dentro do paciente P.

[00063] Portanto, é possível checar e exibir em tempo real o manuseio correto de instrumentos cirúrgicos 5 que incorporam sondas do tipo de objeto da presente invenção a fim de operar precisamente e confiavelmente.

[00064] Em outras palavras, o guia óptico é microusinado ao longo de seu eixo geométrico central para introduzir perdas de energia óptica refletidas variando de acordo com a entidade e direção da curvatura à qual é submetida.

[00065] As zonas de dispersão são realizadas, de preferência, por meio de um procedimento de microusinagem da guia óptica, que consiste na abrasão mecânica direta do revestimento externo do guia (também chamado de "revestimento") de modo a reduzir localmente o grau de confinamento de luz no núcleo.

[00066] A parte do guia óptico submetido à remoção seletiva do revestimento permite a luz, não mais confinada dentro do núcleo, para escapar no sentido do exterior, resultando em uma perda de potência refletida.

[00067] A perda de potência óptica aumenta ou diminui em seguida à curvatura positiva ou negativa do guia óptico, assim, a perda de potência parece ser diretamente proporcional à curvatura da área sensível (também chamada “núcleo”) do guia óptico.

[00068] Assim, de acordo com o princípio de operação do presente sistema 1, a integração de medição da flexão da sonda é provida, com os dados de posição que se originam do primeiro meio de detecção 4 para determinar a posição espacial do visualizador 3.

[00069] De acordo com uma configuração possível da presente invenção, o sistema de referência espacial é realizado com um braço articulado com cinco graus de liberdade, que permite prover coordenadas Cartesianas X, Y, Z Da sonda, com relação ao sistema de referência de "campo de operação".

[00070] De preferência, as zonas de dispersão são definidas por uma série de primeiras zonas de dispersão dispostos em sequência ao longo de pelo menos uma parte do dito guia óptico.

[00071] De preferência, as zonas de dispersão são ainda definidas por uma série de segundas zonas de dispersão dispostas em sequência ao longo da linha pelo menos uma parte do dito guia óptico e disposta radialmente escalonada com relação a um eixo geométrico central do guia óptico.

[00072] Graças à configuração escalonada das duas séries de zonas de dispersão, e possível obter uma estimativa precisa do arranjo espacial da sonda.

[00073] Ainda mais preferivelmente, as segundas zonas de dispersão são dispostas a um ângulo de 90° com relação à série de primeiras zonas de dispersão, em que o ângulo é medido com relação a um eixo geométrico central do guia óptico.

[00074] De preferência, a sonda compreende duas guias ópticas paralelas, em que a série de primeiras zonas de dispersão e a série de segundas zonas de dispersão são definidas respectivamente em um dos dois guias ópticos.

[00075] De preferência, o guia óptico é conectado a uma fonte de luz, em particular uma fonte de laser, não mostrada, e tem uma parede de reflexão disposta em uma extremidade terminal livre, em que entre a fonte de laser e a parede refletiva um acoplador direcional é disposto, conectado a um osciloscópio.

[00076] Vantajosamente, o fechamento com material refletivo a extremidade livre da fibra óptica, e possível gerar um retorno da luz no sentido oposto.

[00077] De preferência, o sistema compreende um conjunto de conversão de vídeo, não mostrado, conectado à unidade de controle 2.

[00078] De preferência, o conjunto de conversão de vídeo compreende: pelo menos dois conversores VGA-HDMI, pelo menos um conversor BNC-HDMI, e pelo menos duas portas HDMI. Ainda mais preferivelmente, os conversores são dispostos em um único recipiente e os cinco sinais de vídeo definem a entrada de um "comutador" e "escalonador" com cinco entradas e uma única saída HDMI. Os sinais de vídeo são captados por um comutador e enviados em Padrão HDMI para o visualizador 3.

[00079] Os sinais de vídeo são enviados para o visualizador 3 por um dispositivo de espelhamento ou por um codificador; alternativamente, é possível usar um servidor local.

[00080] De acordo com uma configuração possível do presente sistema, espera-se que os sinais de vídeo possam ser selecionados pelo operador por meio de um dispositivo de pressão, por exemplo, um pedal.

[00081] O pedal é útil para a ergonomia durante a cirurgia na qual o médico/operador deve procurar monitores diferentes, ambos durante a operação e durante o diagnóstico, bem como durante o direcionamento no campo de biópsia.

[00082] De preferência, o sistema 1 compreende um segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P, não ilustrado, conectado com a unidade de controle 2 e compreendendo, por exemplo, uma câmera ou uma câmera estereoscópica, preferivelmente integral com o visualizador 3

[00083] Vantajosamente, o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo da figura o paciente P permite registrar a operação enquanto o operador realiza o mesmo; também, se instalado no visualizador 3, eles são especialmente úteis com relação a ambas as instruções, porque é possível obter diretamente o ponto de vista clínico, e aspectos legais, porque eles registram toda a operação.

[00084] De preferência, o visualizador 3 compreende uma unidade de transmissão e recepção de dados, não ilustrada, de preferência através de Wi-Fi, conectado com o primeiro meio de detecção para determinar a posição espacial do visualizador 3 e/ou conectado com o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P.

[00085] Para permitir a exibição de uma imagem de realidade aumentada como fiel e consistente quanto possível com o estado interno real do paciente P, é necessário levar em conta os parâmetros vitais do paciente P (respiração, batimento cardíaco, etc.). De fato, as varreduras radiológicas só podem fornecer uma imagem estática do interior do paciente P.

[00086] Para este propósito, é necessário identificar a variação da configuração espacial da ferramenta superfície externa do corpo do paciente P que o operador olha através do visualizador 3 para obter uma sobreposição/projeção correta da imagem processada pela unidade de controle 2 na imagem real do paciente P.

[00087] A invenção provê para dispor segundos meios de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P conectado com a unidade de controle 2.

[00088] Em particular, a invenção proporciona a disposição de pelo menos três primeiros marcadores físicos adequados para serem dispostos na respectiva superfície externa da parte de corpo Pi do paciente P e detectável pelo segundo meio de detecção 6; detectar o posicionamento dinâmico dos primeiros marcadores físicos para enviar uma pluralidade de informações para a unidade de controle 2; e pela unidade de controle 2, alinhar os primeiros marcadores virtuais da imagem do estado interno projetado no visualizador 3 com os primeiros marcadores físicos dispostos no corpo do paciente P.

[00089] Em outras palavras, o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo da figura o paciente P compreende pelo menos três primeiros marcadores físicos (preferivelmente eletromagnéticos ou ópticos), não ilustrado nas figuras em anexo, adequado para ser disposto na superfície externa da parte de corpo Pi do paciente P e detectável pelo segundo meio de detecção 6. O segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P detecta o posicionamento dinâmico dos primeiros marcadores físicos para enviar uma pluralidade de informações para a unidade de controle 2, que é vantajosamente configurado para alinhar os primeiros marcadores virtuais da imagem do estado interno projetado no visualizador 3 com os primeiros marcadores físicos dispostos no corpo do paciente P.

[00090] Isto torna possível a geração de uma imagem de realidade aumentada precisa e de boa qualidade que reflita instantaneamente o estado real do interior do paciente, as imagens paradas sendo "corrigidas" com os parâmetros vitais do paciente P.

[00091] A invenção provê um segundo marcador físico disposto sobre a sonda e adequado para ser disposto em uso fora do corpo do paciente P, e também para detectar a posição física do segundo marcador utilizando o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P.

[00092] Em outras palavras, o sistema 1 compreende um segundo marcador físico disposto sobre a sonda e GAT adequado para ser colocado em uso fora do corpo do paciente P, em que o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo do paciente P é configurado para também detectar a posição física do segundo marcador.

[00093] Vantajosamente, deste modo, é possível identificar precisamente o posicionamento da sonda no interior da sonda corpo do paciente P e ver o mesmo na realidade aumentada projetada no visualizador 3.

[00094] É útil apontar aqui que a referência espacial pode ser provida de um braço antropomórfico empregado pelo operador, então, nesta configuração, a segunda marca física pode representar uma peça adicional de informação (substancialmente redundante) mas útil para aumentar a confiabilidade do sistema na posição do cabo da sonda.

[00095] De preferência, o segundo meio de detecção 6 da superfície externa do corpo de um paciente compreende pelo menos um de um transdutor ultrassônico, uma unidade de medição inercial e um codificador de medição, de modo a determinar em tempo real os parâmetros vitais do paciente.

[00096] Em particular, o codificador de medição é um sistema composto de pelo menos dois braços unidos por uma junta cujo movimento é detectado por um codificador.

[00097] As extremidades dos dois braços são fixadas ao peito do paciente e, consequentemente, se movem de acordo com o movimento de respiração do peito do paciente. Ao fazê-lo, elas revelam um padrão dinâmico do ciclo respiratório. Cada momento do padrão será combinado com a posição alvo detectada naquele momento, de modo a combinar cada fase do ciclo respiratório, determinada desta maneira, com uma posição do nódulo.

[00098] De preferência, o sistema 1 compreende um sensor de compacidade dos tecidos internos do paciente P, preferivelmente um sensor interferométrico de fibra ótica de modulação de perda.

[00099] Vantajosamente, graças à compacidade do sensor, e possível integrar na pluralidade de informações detectadas também uma medida da assim chamada "rigidez”, que permite a provisão de parâmetros de caracterização de tecidos cruzados pela sonda.

[000100] O presente sistema 1 pode ser usado vantajosamente durante, antes ou após a cirurgia. De fato, o sistema 1 torna possível para o operador mostrar uma sobreposição de órgãos internos e patologias em 3D, alinhada com as estruturas anatômicas reais.

[000101] Além do mais, o presente sistema 1 torna possível a apresentação de instrumentos operatórios dentro do corpo do paciente P e representam sua deformação através de diferentes estruturas anatômicas.

[000102] Pode ser utilizada tanto para procedimentos minimamente invasivos quanto para intervenções cirúrgicas padrão. A única diferença é que, em procedimentos minimamente invasivos, todo o volume reconstruído do interior do corpo do paciente P é alinhado com o corpo do paciente P; enquanto no segundo caso, o alinhamento é feito entre uma parte específica de um órgão e a mesma parte do órgão no volume reconstruído. Por exemplo, a Figura 1 mostra esquematicamente um segmento real do fígado e o volume reconstruído do mesmo.

[000103] O sistema desta invenção tem muitas vantagens.

[000104] A solução inventada permite visualizar subjetivamente com relação ao operador as imagens em 2, 3 ou 4 dimensões no local exato onde as estruturas são referidas são localizadas, com alta resolução espacial, e aumentar a resolução, precisão e reconhecimento do posicionamento correto dos instrumentos operacionais 5.

[000105] Além disso, a solução inventada permite detectar a posição e a flexão das sondas e dos instrumentos deformáveis.

[000106] O sistema, diferente das soluções usadas para resolver os mesmos problemas, permite maior precisão, mesmo sem sistemas eletromagnéticos, através de sistemas mecânicos e/ou visão por computador, junto ou separadamente.

[000107] O sistema da presente invenção pode ser usado para a preparação ou o desempenho de cirurgia, lapartomia, endoscopia ou intervenções minimamente invasivas, percutâneas ou transósseas, ou durante intervenções por lapartomia ou endoscopia. O sistema também é válido para a realização de procedimentos de diagnóstico percutâneos ou radiologicamente guiados, tal como, por meio de exemplo, biópsia ou aspiração de agulha.

[000108] Vantajosamente, a invenção provê que a etapa de processamento da pluralidade de informações com base na posição espacial do visualizador 3 compreende processamento através de segmentação de órgãos e doenças;

[000109] De preferência, a etapa de processamento inclui a produção de renderizações 3D de varreduras radiológicas.

[000110] A invenção também envolve a criação de uma representação 3D com a patologia segmentada e separada do resto do volume como função das segmentações realizadas.

[000111] A invenção compreende ainda uma etapa de se projetar no visualizador 3 uma imagem do estado interno da pelo menos uma parte interna Pi do corpo do paciente P como uma função do processamento executado, realizado pela projeção de uma visualização conjunta de órgãos e patologias.

[000112] Como alternativa, vantajosamente, a invenção provê que a etapa de processamento da pluralidade de informações sobre a posição espacial do visualizador 3 compreende processamento por meio de segmentação de órgãos e necrose pós-tratamento;

[000113] A invenção também envolve a criação de uma representação 3D com a patologia segmentada e separada do resto do volume como função das segmentações realizadas.

[000114] De preferência, a etapa de processamento inclui a produção de renderizações 3D de explorações radiológicas.

[000115] A invenção compreende ainda uma etapa de se projetar no visualizador 3 uma imagem do estado interno da pelo menos uma parte interna Pi do corpo do paciente P como uma função do processamento executado, realizado pela projeção de uma visualização conjunta da patologia e necrose.

[000116] Em outras palavras, em uma primeira das duas alternativas, a invenção provê o uso de um programa de computador capaz de produzir segmentos de órgãos e patologias (tal como, por exemplo, tumores, etc. 0) e uma renderização 3D de varreduras radiológicas. Além disso, o software também é capaz de comparar renderizações tridimensionais a partir de diferentes varreduras. Ele consiste de códigos de software que incluem algoritmos de segmentação.

[000117] O programa, em particular, uma aplicação da rede que pode tirar imagens a partir de diferentes varreduras radiológicas (MRI, CT, PET-CT) e transformar as mesmas em uma representação 3D com a patologia segmentada e separada do resto do volume (por exemplo, com uma cor diferente).

[000118] A segmentação é completamente automática, isto é, sem intervenção do usuário, e não precisa de qualquer correção.

[000119] Além disso, na segunda das duas alternativas, o programa também mede se o tratamento foi bem sucedido ou não. De fato, usando este software, os órgãos e as necrose pós-tratamento são segmentadas nas imagens (CT-PET, MRI e varreduras CT) e o volume é registrado antes do tratamento e após o tratamento, e uma visualização de juntas da patologia e a necrose é realizada.

[000120] O programa espera receber uma solicitação de processamento de imagem de uma parte interna Pi do corpo do paciente P e transmitir dados representativos da solicitação para a unidade de controle 2.

[000121] Em outras palavras, um cliente de rede solicita a execução de um script, o script é colocado em um programador que irá gerenciar a fila/a ordem do script a ser executado no servidor e, uma vez que o programador irá fornecer a passagem para a frente, o servidor processará os arquivos com o script requerido e escrever os arquivos no armazenamento compartilhado.

[000122] O programa espera receber a imagem de uma sonda como previamente definida e para exibir a imagem.

[000123] Em outras palavras, o cliente da rede encontrará os arquivos gerados ou as camadas solicitadas e irão ver os mesmos no visualizador 3, particularmente na HMD.

[000124] Uma outra configuração da invenção envolve o registro de um volume reconstruído de um paciente utilizando um sensor de profundidade. Este sensor vantajosamente permite ao operador explorar órgãos e patologias dentro do corpo do paciente P enquanto assistindo o mesmo paciente P.

[000125] Esta é a solução de um segundo programa de computador, com base no meio apropriado adaptado para implementar a assim chamada "visão de computador".

[000126] Esta segunda solução envolve o uso de sensores de profundidade e de uma câmera estereoscópica, em conjunto ou separadamente, de tal maneira que os dois volumes são alinhados. A dita câmera é usada tanto em reconhecimento AR quanto para a geração de um "mapa de disparidade" que permite ter mais informação sobre a profundidade da cena; por esta segunda razão, a câmera deve também ter a possibilidade de ajustar a distância interocular do mesmo, neste caso a fim de operar com diferentes faixas de profundidade (por exemplo, um ajuste para dois/três pré-conjuntos fixos, para uma faixa longa e uma faixa curta mais precisa).

[000127] Deve ser aqui especificado que o referido sensor de profundidade deve ser suficiente para definir o mapa de profundidade da cena, tornando desnecessário computar um mapa de disparidade utilizando uma câmera estereoscópica, mas dado que este tipo de sensores é frequentemente suscetível a fortes fontes de luz e de raios infravermelhos que podem interferir com a leitura, e possível e, em alguns casos, necessário para integrar ambas as tecnologias para obter um alinhamento mais preciso entre a realidade e a realidade aumentada.

[000128] Sistema/método de navegação, rastreamento e guia para o posicionamento de instrumentos operatórios dentro do corpo de um paciente em que a realidade aumentada é usada como uma interface de operador, de modo a permitir que o operador opere no paciente em um sentido preciso, foi descrita uma maneira confiável, segura e eficiente.

Claims

1. Sistema de navegação, rastreamento e guia (1) para o posicionamento de instrumentos operacionais (5) dentro do corpo de um paciente (P) compreendendo: uma unidade de controle (2) configurada para receber uma pluralidade de informações relacionadas ao estado interno do corpo de um paciente (P), um visualizador (3) configurado de tal maneira que um operador pode ver pelo menos uma parte interna (Pi) do corpo do paciente (P) através do visualizador (3), um primeiro meio de detecção (4) para a determinação da posição espacial do visualizador (3); a unidade de controle (2) sendo configurada para controlar uma projeção sobre o visualizador (3) de uma imagem do estado interno de uma parte interna (Pi) do corpo do paciente (P), a imagem sendo obtida pelo processamento da pluralidade de informações com base na posição espacial do visualizador (3); em que o sistema também compreende uma sonda associada a um instrumento operacional (5) e inserível dentro da parte interna (Pi) do corpo do paciente (P), o sistema sendo caracterizado pelo fato de que a sonda compreende um guia óptico tendo zonas de dispersão de um fluxo luminoso gerado dentro do guia óptico e meios de detecção de dispersão do fluxo luminoso a fim de identificar a disposição espacial da sonda quando inserida dentro do corpo do paciente (P), a unidade de controle (2) sendo também configurada para controlar a projeção sobre o visualizador (3) de uma imagem da sonda baseada na disposição espacial identificada, em que as zonas de dispersão são definidas por uma série de primeiras zonas de dispersão dispostas em sequência ao longo de uma parte do guia óptico.

2. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as zonas de dispersão são também definidas por uma série de segundas zonas de dispersão dispostas em sequência ao longo de uma parte do guia óptico e dispostas radialmente escalonadas com relação a um eixo geométrico central de um guia óptico.

3. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a série de segundas zonas de dispersão é disposta em um ângulo de 90° com relação à série de primeiras zonas de dispersão, o ângulo sendo medido com relação a um eixo geométrico central do guia óptico.

4. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a sonda compreende preferencialmente duas guias ópticas paralelas, a série de primeiras zonas de dispersão e a série de segundas zonas de dispersão sendo definidas respectivamente em um dos dois guias ópticos.

5. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um guia óptico é conectado a uma fonte de luz, em particular uma fonte de laser, e tem uma parede de reflexão disposta em uma extremidade terminal livre, um acoplador direcional conectado a um osciloscópio sendo disposto entre a fonte de laser e a parede refletiva.

6. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender um conjunto de conversão de vídeo conectado à unidade de controle (2), em que preferencialmente o conjunto de conversão de vídeo compreende: dois conversores VGA-HDMI, um conversor BNC-HDMI e duas portas HDMI.

7. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de informações relacionadas ao estado interno do corpo de um paciente é obtida por meio de uma varredura, por exemplo, RX, MRI, CT, CT-PET.

8. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o visualizador (3) é disposto ao longo de uma parte de operador do corpo do eixo geométrico visual do paciente (P).

9. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o visualizador (3) é definido por um observador facial usável pelo operador, por exemplo, óculos.

10. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender um segundo meio de detecção (6) da superfície externa do corpo do paciente (P) conectado com a unidade de controle (2), o segundo meio de detecção (6) compreendendo, por exemplo, uma câmera ou uma câmera estereoscópica, preferivelmente integral com o visualizador (3).

11. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o segundo meio de detecção (6) da superfície externa do corpo do paciente (P) compreende três primeiros marcadores físicos adequados para serem dispostos na superfície externa da parte interna (Pi) do corpo do paciente (P) e detectáveis, a unidade de controle (2) sendo configurada para alinhar o primeiro estado interno dos marcadores virtuais da imagem projetada no visualizador (3) com os primeiros marcadores físicos.

12. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o segundo meio de detecção (6) da superfície externa do corpo do paciente (P) compreende um dentre: um transdutor de ultrassom, uma unidade de medição inercial e um codificador de medição, de modo a determinar os parâmetros vitais do paciente (P) em tempo real.

13. Sistema (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende um segundo marcador físico disposto sobre a sonda e adequado para ser disposto em uso fora do corpo do paciente (P), em que o segundo meio de detecção (6) da superfície externa do corpo do paciente (P) é configurado para também detectar a posição física do segundo marcador.

14. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender um braço robô antropomórfico com cinco graus de liberdade, capaz de fornecer as coordenadas cartesianas X, Y, Z da sonda com relação a um sistema de referência predeterminado pelo sistema (1).

15. Sistema (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender um sensor configurado para detectar uma compacidade dos tecidos internos do paciente, preferivelmente um sensor interferométrico de fibra ótica de modulação de perda.