BRPI1010151B1

BRPI1010151B1 - método e sistema de visualização de uma trajetória cirúrgica

Info

Publication number: BRPI1010151B1
Application number: BRPI1010151-9A
Authority: BR
Inventors: Hayriye Cagnan; Hubert Cécile François Marten; Kevin Thomas Dolan
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2020-11-10
Also published as: JP5650732B2; US20120099770A1; RU2012102923A; BRPI1010151B8; RU2559917C2; EP2448513A1; CN102470013B; CN102470013A; BRPI1010151A2; WO2011001322A1; JP2012531936A; EP2448513B1; US8831307B2

Abstract

MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR E SISTEMA PARA A VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA. É provido um método de visualização de uma trajetória cirúrgica ( 32, 101, 42, 46, 47) . O método compreende as etapas de receber (71) as informações de imagens em 3D (31) de uma região que deve se submeter à cirurgia e combinar (72) as informações de imagem 3D recebidas (31) com os dados de um atlas anatômico digitalizado. Como resultado, é obtido um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia. O mapa combinado compreende as posições esperadas das estruturas anatômicas (102, 103,104) na região que deve se submeter à cirurgia. O método compreende ainda as etapas de recepção (73) da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) para a cirurgia, determinação (74) das posições de interseção (43, 44) da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) com as estruturas anatômicas (102, 103, 104), e provimento (75) das posições das interseções (43, 44) em um sistema de coordenadas alinhado com a trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere a um método para a visualização de uma trajetória cirúrgica. O método combina informações de imagens em 3D com um modelo anatômico digitalizado para a segmentação de estruturas anatômicas na informação da imagem em 3D. A trajetória cirúrgica planejada é projetada sobre as imagens combinadas para a visualização da trajetória cirúrgica.

Esta invenção se refere ainda a um sistema e a um produto de programa de computador para a realização do dito método.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Tal método é, por exemplo, conhecido por Guo et al., 'Development and Application of Functional Databases for Planning Deep-Brain Neurosurgical Procedures'. De Guo et al., ele é conhecido por fundir imagens de RM pré-operatórias de pacientes individuais com atlas anatômicos digitalizados. A partir somente das imagens de RM é muito difícil ou até mesmo impossível distinguir visualmente pequenas estruturas neurológicas diferentes, tais como o núcleo subtalâmico (STN) que é muitas vezes alvo durante os procedimentos de estimulação profunda do cérebro. Ao usar informações adicionais de atlas anatômicos e/ou atlas funcionais probabilísticos, é possível aumentar a exatidão e a precisão de localização de alvos cirúrgicos a partir deste planejamento cirúrgico pré-operatório. Em Guo et al., os atlas funcionais probabilísticos com base em informações eletrofisiológicas padronizadas adicionais disponíveis antes da cirurgia são usados para auxiliar a determinação do alvo cirúrgico e para prover uma marcação anatômica dos dados de imagem em 3D. As imagens fundidas e as informações eletrofisiológicas padronizadas em conjunto servem para permitir a exibição da posição de uma agulha de sonda ao longo de uma trajetória real ou cirúrgica simulada. A posição 5 da agulha de sonda é exibida em um volume de imagens em 3D e em fatias em 2D de um paciente.

Entretanto, a gravação no atlas das imagens de RM pré-operatórias tem limitado a precisão devido a erros de registro inerentes a qualquer método de registro. O 10 processamento de imagem, tal como a segmentação, pode ser utilizado ainda para melhorar a marcação anatômica. No entanto, esta técnica também tem uma precisão limitada inerente. Além disso, durante a cirurgia, uma sonda implantada pode sem querer se desviar de uma trajetória 15 planejada (por exemplo, devido a uma imperfeição, como uma ligeira flexão da sonda), ou a anatomia pode ser ligeiramente mudada devido ao próprio procedimento cirúrgico (por exemplo, a implantação da sonda no tecido gera um pequeno campo de força que empurra o tecido; a perda de líquido 20 cefalorraquidiano durante a cirurgia pode causar mudanças de pressão no tecido, o que resulta em deformações maiores referidas como "alterações cerebrais"). A implantação de precisão de uma sonda em um pequeno alvo, portanto, normalmente requer medições intra-operatórias (por exemplo, ■25 medições eletrofisiológicas) para determinar com exatidão o alvo e para corrigir os erros devido a imprecisões no planejamento pré-operatório, ou devido a alterações anatômicas durante a cirurgia, ou devido a desvios (não intencionais) da sonda da trajetória planejada. A 30 interpretação correta de tais medições intra-operatórias é crucial para a localização precisa do alvo, mas pode ser uma análise muito difícil de ser feita devido à complexidade dos dados e à quantidade de informações necessárias para serem processadas por especialistas na realização esta análise. É um problema do método descrito em Guo et al. que os dados resultantes não provejam informações suficientemente claras e inequívocas para o cirurgião, informações essas que 5 poderiam ajudar o médico no reconhecimento de quais tipos de estruturas neurológicas esperar e na localização de um alvo cirúrgico ao longo das vias cirúrgicas planejadas e percorridas.

OBJETO PA INVENÇÃO 10

É um objeto da invenção prover uma forma mais clara de apresentar informações suficientemente claras para o cirurgião, a fim de saber que tipo de estruturas neurológicas esperar ao longo da via cirúrgica planejada e percorrida.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO 15

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, este objeto é alcançado pelo provimento de um método de visualização de uma trajetória cirúrgica, cujo método compreende a recepção de informações de imagem em 3D de uma região que deve se submeter à cirurgia, a combinação das 2 0 informações de imagens em 3D recebidas com os dados de um repositório de modelos anatômicos, por exemplo, um atlas anatômico digitalizado, para a obtenção de um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia, cujo mapa combinado compreende as posições esperadas das estruturas -25 anatômicas na região que deve se submeter à cirurgia, a recepção da trajetória cirúrgica para a cirurgia, a determinação das posições de interseção da trajetória cirúrgica com as estruturas anatômicas e o provimento das posições de interseção em um sistema de coordenadas alinhado 30 com a trajetória cirúrgica.

Como resultado deste método, o usuário recebe uma visão geral clara de quais estruturas anatômicas devem ser esperadas em qual posição ao longo da trajetória cirúrgica.

Na verdade, o método de acordo com a invenção mapeia as informações anatômicas em 3D para a via cirúrgica. Com o método de acordo com a invenção, o usuário sabe quais estruturas devem ser esperadas em qual posição ao longo de 5 uma via cirúrgica planejada ou navegada. Por isso, é mais fácil evitar estruturas críticas, localizar o alvo cirúrgico ou, por exemplo, liberar um certo medicamento em uma estrutura anatômica em particular. 0 método de acordo com a invenção combina (i) 10 informações de imagens médicas em 3D com (ii) um repositório de modelos anatômicos para a segmentação de estruturas anatômicas nas informações de imagens médicas em 3D e (iii) medições locais indicativas da anatomia ou do tipo de tecido de uma sonda cirúrgica obtida durante a intervenção 15 cirúrgica. O repositório de modelos é combinado com as informações de imagem em 3D para prover uma marcação anatômica em 3D das informações de imagem (por exemplo, pela gravação de um atlas anatômico digital na IRM) . Pelo menos uma trajetória cirúrgica planejada em direção a pelo menos um 20 alvo cirúrgico é combinada com as imagens em 3D marcadas anatomicamente, e a seção transversal da trajetória com as informações de imagens em 3D marcadas anatomicamente é projetada como uma marcação anatômica na trajetória cirúrgica. -25 Opcionalmente, os dados de imagens médicas e as marcações anatômicas associadas podem ser atualizados de forma intra-operatória pelas imagens perioperatórias, por exemplo, com a utilização de um sistema de raios X de tela plana em 3D, um IRM intervencionista ou um ultrassom em 3D. 3 0 As medições locais com a utilização de pelo menos uma sonda cirúrgica podem ser feitas ao longo da trajetória cirúrgica planejada para apoiar de forma intra-operatória a identificação do tipo de anatomia nos locais de medição da sonda. Os dados extraídos das medições locais são co- visualizados com a trajetória cirúrgica marcada para auxiliar sua interpretação e apoiar a localização intra-operatória precisa do alvo cirúrgico. Os dados extraídos das medições 5 locais ainda podem ser combinados com a trajetória cirúrgica marcada para o processamento em computador (por exemplo, com a utilização de algoritmos de análise de agrupamentos de características), para extrair características indicativas de certas anatomias que podem ser apresentadas aos usuários, a 10 fim de apoiar a localização do alvo.

Em uma realização preferida, o mapa combinado compreende um mapa estatístico da região que deve se submeter à cirurgia, cujo mapa estatístico compreende as probabilidades da presença de estruturas anatômicas em 15 posições na região. No dito mapa estatístico, transições de uma estrutura anatômica para outra não são precisas, mas vem gradualmente. As interseções, portanto, não representam pontos únicos nos quais uma estrutura é adjacente à outra. Em vez disso, as interseções são seções da via cirúrgica nas 20 quais a probabilidade de uma primeira estrutura diminui gradualmente enquanto a probabilidade de pelo menos uma outra estrutura aumenta gradualmente. Por exemplo, em uma certa posição ao longo da via cirúrgica pode haver uma probabilidade de 30% de estar em uma primeira estrutura e uma . -25 probabilidade de 70% de estar em uma segunda estrutura. Em algumas posições ainda mais do que duas estruturas anatômicas diferentes podem ter uma probabilidade significativa. Deve-se notar que um método que utiliza interseções precisas utiliza somente probabilidades de 0% e 100%. 30 Para uma indicação clara de quais estruturas devem ser esperadas em qual posição na trajetória cirúrgica, as posições das interseções podem ser providas como uma distância entre as interseções e um alvo da trajetória cirúrgica. Isto faz com que seja possível o usuário ver o quão perto da área alvo uma estrutura anatômica específica pode ser esperada. A trajetória cirúrgica pode ser uma trajetória planejada ou navegada. Durante o planejamento de 5 uma trajetória, o método auxilia na busca de uma rota relativamente segura e de fácil acesso ao alvo. Ao navegar uma trajetória com a utilização de uma ferramenta cirúrgica, o método de acordo com a invenção pode ajudar o usuário a ver em que tipo de estrutura anatômica está trabalhando no 10 momento e, possivelmente, quais tipos de estruturas podem ser esperadas ao seguir a via em direção a uma estrutura alvo.

Em uma realização prática do método de acordo com a invenção, a ferramenta cirúrgica é uma sonda eletrofisiológica, e o método compreende ainda uma etapa de 15 recepção de sinais eletrofisiológicos da sonda, uma etapa de extração de características dos sinais eletrofisiológicos recebidos, uma etapa de relação das características extraídas com as posições no sistema coordenado, e uma etapa de visualização das características extraídas em combinação com 20 as posições relativas no sistema de coordenadas.

Em uma realização, os dados de imagem em 3D de TC do tipo TC de uma região em torno da coluna vertebral são usados. A utilização de segmentação e modelagem anatômica da imagem em 3D é anatomicamente marcada, e uma trajetória -25 cirúrgica é planejada. Uma sonda cirúrgica com fibras integradas para a medição de reflectância óptica é utilizada para o mapeamento anatômico local na ponta da sonda ("agulha fotônica") . As informações da imagem em 3D e a marcação anatômica associada são atualizadas por raios X 30 perioperatório em 3D com a utilização de um sistema de raios X rotacional de tela plana. Os espectros ópticos são adquiridos em diferentes posições da sonda. Os espectros ópticos são visualizados juntamente com um mapa que visualiza a proximidade e a direcionalidade de certas marcações anatômicas em relação à ponta da sonda cirúrgica com base na trajetória navegada da ponta da sonda cirúrgica na imagem em 3D (anatomicamente marcada). 5 Estes e outros aspectos da invenção são aparentes e serão esclarecidos com referência às realizações descritas a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos: 10 A Figura 1 mostra uma imagem que compreende dados de IRM, um atlas e uma trajetória cirúrgica, A Figura 2 mostra um exemplo de uma saída de um registro eletrofisiológico, A Figura 3 mostra um diagrama de blocos de um 15 sistema de acordo com a invenção, A Figura 4 ilustra a computação de uma posição de uma interseção de uma seção anatômica e uma trajetória cirúrgica, As Figuras 5, 6 e 7 mostram visualizações 20 exemplares de uma trajetória cirúrgica provida por um sistema de acordo com a invenção, As Figuras 8a e 8b mostram outras visualizações de valores de parâmetro neuro-EP combinados com informações anatômicas sobre uma via cirúrgica, -25 A Figura 9 mostra o nível de ruído em relação à taxa de disparo, e A Figura 10 mostra um fluxograma de um método de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO 3

O A seguir, a invenção será descrita por uma realização exemplar relacionada à neurocirurgia com a utilização de sondas eletrofisiológicas. A invenção, no entanto, não é limitada ao uso com um sistema neuro-EP.

Outras intervenções cirúrgicas nas quais o conhecimento sobre as informações anatômicas ao longo de uma trajetória cirúrgica (planejada e/ou navegada) é útil para fins clínicos e/ou de diagnóstico também podem se beneficiar desta 5 invenção. A invenção pode, por exemplo, ser adequada para intervenções guiadas por agulha óptica.

A Figura 1 mostra uma imagem 100 que compreende dados de IRM, um atlas e uma trajetória cirúrgica 101. Ela é conhecida por utilizar tal imagem 100 para o planejamento 10 pré-operatório de uma trajetória cirúrgica. Nesta imagem, as informações do atlas são usadas para indicar estruturas específicas 102, 103, 104 na região do cérebro que é mostrada na imagem de IRM. A imagem 100 mostra uma imagem de IRM de uma seção transversal de um cérebro humano. A trajetória 15 cirúrgica 101 atravessa o tecido do cérebro em direção ao alvo 104 da cirurgia planejada. Neste exemplo, o alvo 104 da cirurgia é uma parte específica do núcleo subtalâmico (STN) 104. Neste exemplo, a trajetória 101 é escolhida de modo que as outras estruturas 102 não sejam tocadas ou danificadas 20 pela ferramenta cirúrgica utilizada para a cirurgia. É muito importante evitar, por exemplo, o dano aos principais vasos sanguíneos ou ventrículos.

A imagem 100 da figura 1 ajuda no planejamento da operação cirúrgica. Durante a realização da cirurgia, a -25 utilização de registros eletrofisiológicos (EP) é conhecida.

A Figura 2 mostra um exemplo de uma saída 200 de um registro EP. Tal registro neuro-EP é comumente realizada com a utilização das chamadas agulhas de micro-eletrodos, que são agulhas que carregam um minúsculo eletrodo (cerca de 10 3 0 micron de diâmetro) na ponta, e que podem ser usadas para captar os sinais elétricos ('picos') de células cerebrais (neurônios) individuais perto da ponta do eletrodo. Em um procedimento típico, o neurofisiologista vai investigar os registros em várias posições (até 100 posições; sendo cada registro normalmente de 10 a 2Os de dados) . Normalmente tais registros são realizados em posições de profundidade incremental, com tamanhos de etapa típica de 0,5 mm, ou seja, 5 bem abaixo da resolução disponível em sistemas de IRM clínicos. Com base na comparação das características estatísticas dos vários registros (por exemplo, características de tempo de pico como a ruptura e a taxa de disparo média, a amplitude de ruído, etc.), o 10 neurofisiologista deve traduzir os dados medidos para as propriedades funcionais dos locais investigados, ou seja, atribuir uma anatomia funcional às posições registradas. Como fica claro na figura 2, a análise dos registros de EP é complexa e exige muita experiência, especialmente quando é 15 preciso ser feita sob pressão de tempo. Portanto, de acordo com a invenção, é provido um sistema para a visualização de uma trajetória cirúrgica.

A Figura 3 mostra um diagrama de blocos de um sistema 10 de acordo com a invenção. O sistema 10 compreende 20 uma entrada 11 para a recepção de informações de imagem em 3D 31 de uma região deve se submeter à cirurgia. As informações da imagem em 3D 31 podem ser provenientes, por exemplo, de um scanner de IRM ou de TC. A entrada 11 também é provida para a recepção de informações da trajetória 32 que definem uma -25 trajetória cirúrgica planejada ou navegada. Opcionalmente, por exemplo, caso o sistema 10 seja utilizado para a visualização em tempo real de informações da trajetória durante uma operação cirúrgica, a entrada 11 também é provida para a recepção de dados EP 33 de um sistema de registro de 3 0 EP. Um processador 13 é provido para o processamento dos dados de entrada 31, 32, 33. O processamento dos dados compreende várias etapas, das quais algumas são necessárias e algumas são opcionais. Primeiro as informações de imagens em 3D recebidas são combinadas com os dados de um atlas anatômico digitalizado, para a obtenção de um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia. Os dados do atlas anatômico podem vir de um banco de dados armazenado em um 5 dispositivo de memória 12 que é parte do sistema 10. . Alternativamente, o sistema 10 é acoplado ao dito banco de dados através de uma rede fechada ou de uma rede de área ampla, como a Internet, para a recepção dos dados do atlas de lá. Nesta realização, um chamado atlas anatômico é usado para 10 a obtenção dos dados anatômicos das áreas relevantes. No entanto, esses dados anatômicos também podem ser providos de outra maneira, por exemplo, por uma modalidade de imagem adequada. Um exemplo é a segmentação de valor de intensidade das imagens de TC, acoplada a diferentes tipos de tecido 15 (sangue, ossos, etc.), para a obtenção dos dados anatômicos. Em geral, os dados anatômicos podem ser obtidos de um modelo anatômico armazenado de maneira adequada. O mapa combinado compreende as posições esperadas das estruturas anatômicas na região que deve se submeter à 20 cirurgia. O mapa combinado é criado com a utilização de técnicas de reconhecimento de imagem para encontrar as transições entre as estruturas nas informações da imagem em 3D e pela comparação das imagens em 3D com as informações do atlas anatômico. O mapa combinado pode, por exemplo, ser uma ’25 imagem ou uma lista de pontos de dados que descreve as posições esperadas de estruturas anatômicas importantes. 0 mapa pode ser parecido com a imagem 100 mostrada na figura 1. Quando o mapa combinado está disponível, o processador 13 usa os dados recebidos da trajetória cirúrgica 32 para determinar 30 as posições das interseções da trajetória cirúrgica com as estruturas anatômicas. Quando as posições dessas interseções são conhecidas, também é conhecida qual estrutura anatômica se encontra na trajetória cirúrgica. Isto torna possível o planejamento e o acompanhamento de uma trajetória que não seja prejudicial às estruturas críticas, como os grandes vasos sanguíneos.

As posições dessas interseções são providas em um 5 sistema de coordenadas alinhado à trajetória cirúrgica. O tal , sistema de coordenadas ajuda a prover uma visão geral intuitiva das estruturas anatômicas que são esperadas ao longo da trajetória. Por exemplo, as posições das interseções podem ser providas como uma distância do ponto inicial ou de 10 alvo da trajetória. A distância é medida, de preferência, ao longo da trajetória. Quando as posições das interseções são conhecidas, a informação pode ser visualizada, por exemplo, pela exibição da trajetória ou de uma representação gráfica da trajetória em um monitor 15. Com o uso, por exemplo, de 15 marcações de texto, códigos de cores ou destaque, as posições de estruturas importantes em relação à trajetória cirúrgica são exibidas.

A Figura 4 ilustra a computação de uma posição de uma interseção 43, 44 de uma seção anatômica 41 e uma 20 trajetória cirúrgica 42. Em neurocirurgia, muitas vezes mais de uma agulha é usada para a operação cirúrgica. Tipicamente, cinco agulhas de micro-registro são usadas, as quais são chamadas de 'central', 'lateral', 'medial', 'anterior' e 'posterior'. Cada agulha tem sua própria trajetória 42, 46, ’25 47, e suas próprias interseções 43, 44 com estruturas anatômicas 41. Além disso, cada trajetória cirúrgica geralmente termina em um ponto alvo um pouco diferente 45. As posições das interseções 43, 44 devem, portanto, ser calculadas para cada agulha separadamente, e cada agulha nas 30 ditas posições 43, 44 é provida em um sistema de coordenadas alinhado com a respectiva via cirúrgica 42, 46, 47. As Figuras 5, 6 e 7 mostram visualizações exemplares de trajetórias cirúrgicas providas por um sistema 10 de acordo com a invenção. Na figura 5, as estruturas anatômicas situadas ao longo das vias cirúrgicas planejadas de cinco agulhas EP são visualizadas. O procedimento cirúrgico tem o núcleo subtalâmico (STN) como alvo. Em uma 5 distância de 0 mm a partir dos pontos-alvo, todas as cinco , agulhas estão no núcleo subtalâmico. Para as agulhas central 51, lateral 52 e medial 53, é determinado que na frente do núcleo subtalâmico, a zona incerta (ZI) e o tálamo (Th) são percorridos. As agulhas posterior 54 e anterior 55 também 10 devem atravessar o tálamo (Th). Quando as agulhas são inseridas no cérebro do paciente além dos pontos de alvo, a substantia nigra pars compacta (SNc) pode ser inserida. Como pode ser visto na figura 5, nem todas as agulhas atingirão as mesmas estruturas à mesma distância do alvo. O sistema e o 15 método de acordo com a invenção tornam possível ver, para cada agulha, quando é esperado o alcance de qual estrutura anatômica.

As seções sombreadas do gráfico de barras da figura 5 representam as estruturas anatômicas esperadas em uma via 20 cirúrgica planejada. Durante a realização da cirurgia, essa imagem pode ser usada para mostrar ao cirurgião o que deve ser esperado e onde as agulhas estão situadas no momento. Em uma profundidade de momento, uma linha 56 é desenhada para mostrar onde as agulhas estão no momento. Na figura 5, todas 2 5 as agulhas estão no tálamo (Th) . Nesta realização, todas as agulhas são movidas em conjunto, e têm a mesma distância para seus respectivos pontos-alvo. Alternativamente, as agulhas são operáveis separadamente, e cada agulha tem seu próprio nível de profundidade atual correspondente. 30 Na figura 6, a trajetória de uma única agulha 61 é visualizada. Nesta realização, as interseções da trajetória cirúrgica com as estruturas anatômicas não são mostradas como uma transição precisa de uma estrutura para outra. 0 procedimento de combinação das imagens em 3D da região que deve ser submetida à cirurgia com os dados do atlas anatômico resulta nas posições esperadas para as diferentes estruturas, com alguma margem de erro. Em particular em posições perto da 5 transição de um tipo de tecido para outro, pode não ser , possível ter certeza absoluta sobre o tipo de estrutura anatômica. Portanto, esta realização utiliza um mapa estatístico da região que deve se submeter à cirurgia. 0 mapa estatístico compreende as probabilidades da presença de uma 10 estrutura anatômica em uma determinada posição. Ao usar tal mapa estatístico para a visualização da via cirúrgica de uma agulha 61, os resultados podem ser como o gráfico de barras na figura 6. Por exemplo, na "profundidade atual", a agulha provavelmente está no tálamo (Th). Quando a agulha atravessar 15 a via um pouco mais, ela vai chegar a uma posição na qual não se sabe se ela já está na zona incerta (ZI) ou ainda no tálamo (Th).

A Figura 7 mostra uma visualização das estruturas anatômicas em cinco trajetórias cirúrgica 62, 63, 64, 65, 66, 20 em conjunto com os valores de parâmetros 82, 83, 84, 85, 86 extraídos de dados de neuro-EP obtidos de forma intra- operatória nesses mesmos locais. Esta representação auxilia o , processo de decisão, uma vez que os dados anatômicos e de EP estão disponíveis em uma visão geral simples. Os dados de ■-25 neuro-EP podem ser derivados de uma ou mais sondas utilizadas para, por exemplo, localizar um alvo funcional em terapia de estimulação cerebral profunda (DBS). Os métodos de análise de neuro-EP automatizados são conhecidos pela extração de certas características de sinal dos dados brutos. Ao relacionar 30 essas características extraídas com as posições no sistema de coordenadas usado para a visualização da anatomia ao longo da via (planejada ou percorrida), a relevância dos valores extraídos pode ser mais facilmente avaliada. Falso negativos e/ou falso positivos que muitas vezes ocorrem com a extração das características dos dados de neuro-EP são reconhecidos mais facilmente quando apresentam as características extraídas em conjunto com as posições anatômicas esperadas 5 correspondentes a essas características extraídas. Em vez de extrair as características dos dados de neuro-EP 33, é possível visualizar os próprios dados de neuro-EP na posição correspondente na qual eles foram gravados.

Em uma realização, os dados de imagem em 3D de TC 10 do tipo TC de uma região em torno da coluna vertebral são usados. A utilização de segmentação e modelagem anatômica da imagem em 3D é anatomicamente marcada, e uma trajetória cirúrgica é planejada. Uma sonda cirúrgica com fibras integradas para a medição de reflectância óptica é utilizada 15 para o mapeamento anatômico local na ponta da sonda ("agulha fotônica") . As informações da imagem em 3D e a marcação anatômica associada são atualizadas por raios X perioperatório em 3D com a utilização de um sistema de raios X rotacional de tela plana. Os espectros ópticos são 20 adquiridos em diferentes posições da sonda. Os espectros ópticos são visualizados juntamente com um mapa que visualiza a proximidade e a direcionalidade de certas marcações . anatômicas em relação à ponta da sonda cirúrgica com base na trajetória navegada da ponta da sonda cirúrgica na imagem em *25 3D (anatomicamente marcada).

As figuras 8a e 8b mostram outras visualizações de valores de parâmetro de neuro-EP combinados com informações anatômicas sobre uma via cirúrgica. A figura 8a mostra um nível de ruído (eixo y) em relação a uma profundidade ao 30 longo de uma trajetória cirúrgica (eixo x) . 0 alvo dessa trajetória é o núcleo subtalâmico (STN), que é definido como estando a uma profundidade de 0 mm. Como pode ser visto na figura, o nível de ruído nas proximidades da zona-alvo é alto. Um aumento acentuado é observado com a entrada no STN (indicado pelos triângulos 91). Dentro do STN, nível de ruído permanece consistentemente alto (indicado pelos círculos 92) e, com a saída do STN, o nível de ruído cai abruptamente. No 5 entanto, o nível de ruído permanece acima da linha de base 94 observada antes da entrada no STN, e ainda aumenta com a entrada da substantia nigra (SN, indicada pelos quadrados 93). A partir da figura 8, fica claro que o nível de ruído por si só não é suficiente para distinguir o STN da SN. 10 Níveis de ruído altos são observados em ambas as estruturas anatômicas. Ao combinar o conhecimento anatômico e as imagens em 3D com os sinais de neuro-EP de uma forma de acordo com a invenção, diferentes estruturas anatômicas podem ser distinguidas com mais facilidade e de forma mais confiável. 15 A figura 8b mostra taxas de disparo (eixo y) em relação a uma profundidade ao longo de uma trajetória cirúrgica (eixo x) . A entrada no STN é marcada por taxas de disparo muito altas (indicada pelos triângulos 91). A taxa de disparo diminui dentro do STN (indicado pelos círculos 92) e, 20 com a entrada na SN (indicada pelos triângulos 93), aumenta novamente. Portanto, a taxa de disparo sozinha também não é suficiente para distinguir o STN da SN. Além disso, medições * como a da taxa de disparo mostram grande variabilidade devido à sensibilidade da medição para a proximidade das unidades *25 neurais. Em algumas profundidades ao longo da trajetória cirúrgica e no STN, a taxa de disparo cai abaixo da linha de base 94. Estas posições são indicadas pelos círculos 92a. A julgar pela taxa de disparo por si só, um cirurgião pode tomar decisões erradas. Ao combinar o conhecimento anatômico 30 e as imagens em 3D com os sinais de neuro-EP de uma forma de acordo com a invenção, diferentes estruturas anatômicas podem ser distinguidas com mais facilidade e de forma mais confiável.

Na Figura 9, nível de ruído (eixo y) é plotado em relação à taxa de disparo (eixo x) : Na ausência de informações aprofundadas, a combinação do nível de ruído com a taxa de disparo distingue claramente o STN e a SN de outras 5 regiões. Todas as medições dentro do STN (triângulos 91 e círculos 92) e da SN (quadrados 93) estão bem acima da linha de base 94. Todas as outras medições estão abaixo da linha de base 94. No entanto, estas medições não são suficientes para a distinção entre o STN (círculos 92) e a SN (triângulos 91). 10 Com o método e o sistema de acordo com a invenção, as informações de profundidade são usadas para a distinção entre o STN e a SN, e para sua indicação no diagrama, por exemplo, com a utilização de diferentes formas ou cores para pontos de dados em diferentes profundidades. 15 A Figura 10 mostra um fluxograma de um método de acordo com a invenção. 0 método começa com uma etapa de recepção de imagem 71 para a recepção das informações de imagem em 3D de uma região que deve se submeter à cirurgia. As informações da imagem em 3D podem, por exemplo, ser 2 0 obtidas de um scanner de IRM ou de TC. Em combinação com a etapa 72, as informações de imagens em 3D recebidas são combinadas com os dados de um atlas anatômico digitalizado, * para a obtenção de um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia. 0 mapa combinado compreende as posições -25 esperadas das estruturas anatômicas na região que deve se submeter à cirurgia. Na etapa de entrada da trajetória 73, pelo menos uma trajetória cirúrgica para a cirurgia é recebida. A trajetória pode ser recebida como uma rota planejada através da região que deve se submeter à cirurgia. 30 As informações de trajetória recebidas podem compreender também uma posição atual de uma ferramenta cirúrgica. Uma sequência de posições atuais de uma ferramenta cirúrgica forma uma trajetória percorrida. A trajetória cirúrgica recebida na etapa de entrada da trajetória 73 pode ser uma trajetória planejada ou uma já percorrida. Alternativamente, a trajetória recebida é uma combinação de uma trajetória planejada e uma de fato percorrida. A interpolação e a 5 extrapolação podem ser utilizadas para a formação ou o ajuste de uma trajetória cirúrgica.

Na etapa de cálculo de interseção 74, as posições das interseções de pelo menos uma trajetória cirúrgica com superfícies das estruturas anatômicas são calculadas. Estas 10 posições são providas como uma saída na etapa de saída 75.

Para facilitar a compreensão dos dados de posicionamento, as posições das interseções são providas em um sistema de coordenadas alinhado com a trajetória cirúrgica, de modo que é fácil entender quais estruturas anatômicas são esperadas em 15 diferentes posições ao longo da trajetória cirúrgica. As posições providas podem então ser usadas para a visualização da trajetória cirúrgica, por exemplo, como mostrado nas figuras 5, 6 e 7.

Pode-se afirmar que a invenção também se estende 20 aos programas de computador, em particular aos programas de computador em um transportador, adaptados para por a invenção em prática. O programa pode estar na forma de código fonte, * código objeto, uma fonte de código intermediário e código objeto, como uma forma parcialmente compilada, ou em qualquer '25 outra forma adequada para utilização na implementação do método de acordo com a invenção. Também será apreciado que o dito programa pode ter muitos projetos arquitetônicos diferentes. Por exemplo, um código de programa que implementa a funcionalidade do método ou sistema de acordo com a 3 0 invenção pode ser subdividido em uma ou mais sub-rotinas.

Muitas maneiras diferentes de distribuir a funcionalidade entre essas sub-rotinas serão aparentes para um técnico no assunto. As sub-rotinas podem ser armazenadas em conjunto em um arquivo executável para formar um programa autônomo. O dito arquivo executável pode compreender instruções executáveis por computador, por exemplo, instruções do processador e/ou instruções do intérprete (por exemplo, 5 instruções do intérprete Java). Alternativamente, uma ou . mais, ou todas as sub-rotinas, podem ser armazenadas em pelo menos um arquivo de biblioteca externa e ligadas a um programa estático ou dinâmico principal, por exemplo, na hora da execução. O programa principal contém pelo menos uma 10 chamada para pelo menos uma das sub-rotinas. Além disso, as sub-rotinas podem compreender chamadas de função de umas para as outras. Uma realização relativa a um produto de programa de computador compreende instruções executáveis por computador correspondentes a cada uma das etapas de 15 processamento de pelo menos um dos métodos estabelecidos. Estas instruções podem ser subdivididas em sub-rotinas, e/ou ser armazenadas em um ou mais arquivos que podem ser ligados de forma estática ou dinâmica. Outra realização relativa a um produto de programa de computador compreende instruções 20 executáveis por computador correspondentes a cada um dos meios de pelo menos um dos sistemas e/ou produtos estabelecidos. Estas instruções podem ser subdivididas em sub-rotinas, e/ou ser armazenadas em um ou mais arquivos que podem ser ligados de forma estática ou dinâmica. '25 0 transportador de um programa de computador pode ser qualquer entidade ou dispositivo capaz de carregar o programa. Por exemplo, o transportador pode incluir um meio de armazenamento, como um ROM, por exemplo, um CD-ROM ou uma ROM de semicondutores, ou um meio de gravação magnética, por 30 exemplo, um disquete ou um disco rígido. Além disso, o transportador pode ser um transportador transmissível, como um sinal elétrico ou óptico que pode ser transmitido através de um cabo elétrico ou óptico, ou por rádio ou outros meios.

Quando o programa é configurado em um sinal, o transportador pode ser constituído pelo dito cabo, ou outro dispositivo ou meio. Alternativamente, o transportador pode ser um circuito integrado no qual o programa está embutido, sendo o circuito integrado adaptado para a realização, ou para uso na execução do método relevante.

Note-se que as realizações acima mencionadas ilustram, em vez de limitar, a invenção, e que os técnicos no assunto serão capazes de projetar muitas realizações alternativas sem se afastar do escopo das reivindicações em anexo. Nas reivindicações, quaisquer sinais de referência colocados entre parênteses não devem ser interpretados como limitadores da reivindicação. Uso do verbo "compreender" e suas conjugações não exclui a presença de elementos ou etapas além daquelas indicadas em uma reivindicação. 0 artigo "um" ou "uma" que precede um elemento não exclui a presença de uma pluralidade de tais elementos. A invenção pode ser implementada por meio de hardware que compreende vários elementos distintos, e por meio de um computador devidamente programado. Na reivindicação do dispositivo que enumera vários meios, vários destes meios podem ser configurados por um e o mesmo item de hardware. O simples fato de que certas medições são recitadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medições não pode ser vantajosamente usada.

Claims

1. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, o método compreendendo: - a recepção (71) de informações de imagem 3D (31) de uma região deve se submeter à cirurgia, - a combinação (72) das informações de imagens em 3D recebidas (31) com os dados de um repositório de modelos anatômicos para a obtenção de um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia, cujo mapa combinado compreende as posições esperadas das estruturas anatômicas (102, 103, 104) na região que deve se submeter à cirurgia, - a recepção (73) da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) para a cirurgia, o método caracterizado por: - a utilização do mapa combinado e da trajetória cirúrgica para a determinação (74) das posições de interseção (43, 44) da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) com as estruturas anatômicas (102, 103, 104), e - o provimento (75) das posições de interseção (43, 44) em um sistema de coordenadas alinhado à trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47), em que o mapa combinado compreende um mapa estatístico da região que deve se submeter à cirurgia, cujo mapa estatístico compreende as probabilidades de presença das estruturas anatômicas (102, 103, 104) em posições da região, em que as posições de interseção (43, 44) são providas como seções da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) nas quais a presença de cada uma das duas ou mais estruturas anatômicas diferentes (102, 103, 104) é dado apenas com uma respectiva probabilidade.

2. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda uma etapa de exibição das posições das interseções (43, 44) no sistema de coordenadas alinhado com a trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47).

3. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas posições das interseções (43, 44) serem providas como uma distância entre as interseções (43, 44) e um alvo (45) da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47).

4. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA (32, 101, 42, 46, 47), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) ser uma trajetória cirúrgica planejada (32, 101, 42, 46, 47).

5. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela posição atual da ferramenta cirúrgica ser mapeada no sistema de coordenadas alinhado com a trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47).

6. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela ferramenta cirúrgica ser uma sonda eletrofisiológica, e o método compreende ainda: uma etapa de recepção dos sinais eletrofisiológicos (33) da sonda, e uma etapa de visualização dos sinais eletrofisiológicos nas posições relacionadas no sistema de coordenadas.

7. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela ferramenta cirúrgica ser uma sonda de agulha com uma fibra óptica integrada para medições de reflectância, e o método compreende ainda: - uma etapa de aquisição de espectros ópticos das medições de reflectância da sonda, e - uma etapa de visualização dos espectros ópticos nas posições relacionadas no sistema de coordenadas.

8. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela ferramenta cirúrgica ser uma sonda eletrofisiológica, e o método compreende ainda: uma etapa de recepção dos sinais eletrofisiológicos (33) da sonda, - uma etapa de extração de características dos sinais eletrofisiológicos recebidos (33), - uma etapa de relação entre as características extraídas para as posições no sistema de coordenadas, e - uma etapa de visualização das características extraídas em combinação com as posições relacionadas no sistema de coordenadas.

9. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela sonda eletrofisiológica ser uma sonda neuro- eletrofisiológica.

10. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) compreender pelo menos parte da via percorrida pela ferramenta cirúrgica em direção à posição atual.

11. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) compreender pelo menos parte de uma via esperada que deve ser percorrida pela ferramenta cirúrgica a partir da posição atual.

12. MÉTODO DE VISUALIZAÇÃO DE UMA TRAJETÓRIA CIRÚRGICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas informações de imagem em 3D (31) compreender imagens de varredura de IRM ou TC.

13. SISTEMA, para realizar o método conforme definido na reivindicação 1, o sistema (10) compreendendo: - uma entrada (11) para a recepção das informações de imagem em 3D (31) de uma região que deve se submeter à cirurgia e da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) para a cirurgia, uma memória (12) para o armazenamento das informações de imagem em 3D recebidas (31), a trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) e um repositório de modelos anatômicos, - um processador (13) que é operacional para: - a combinação das informações de imagens em 3D (31) com os dados de um repositório de modelos anatômicos para a obtenção de um mapa combinado da região que deve se submeter à cirurgia, cujo mapa combinado compreende as posições esperadas das estruturas anatômicas (102, 103, 104) na região que deve se submeter à cirurgia, o sistema caracterizado por: - a utilização do mapa combinado e da trajetória cirúrgica para a determinação das posições de interseção (43, 44) de pelo menos uma trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) com as estruturas anatômicas (102, 103, 104), e - uma entrada (15) para o provimento das posições de interseção (43, 44) em um sistema de coordenadas alinhado à trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47), em que o mapa combinado compreende um mapa estatístico da região que deve se submeter à cirurgia, o mapa estatístico compreende as probabilidades de presença das estruturas anatômicas (102, 103, 104) em posições da região, em que as posições de interseção (43, 44) são providas como seções da trajetória cirúrgica (32, 101, 42, 46, 47) nas quais a presença de cada uma das duas ou mais estruturas anatômicas diferentes (102, 103, 104) é dado apenas com uma respectiva probabilidade.