ES2220273T5 - Procedimiento y dispositivo para la correlacion entre la posicion real de un elemento marcador y los datos de posicion obtenidos a traves de un procedimiento de imagen. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la correlación entre la posición real de un elemento marcador fijado a un cuerpo y los datos de posición del elemento marcador, que resultan del procedimiento de imagen que representa por capas del cuerpo y de los elementos marcadores, en el que se toca la posición del elemento marcador en el espacio por medio de un instrumento palpador que puede tocar el elemento marcador, determina su posición espacial y correlaciona estos datos de posición con los datos de posición que resultan del procedimiento de imagen para el elemento marcador, caracterizado porque está previsto un orificio de entrada para el instrumento palpador en el elemento marcador, en el que se puede introducir el instrumento palpador de tal forma que ocupa una posición definida relativa al centro de gravedad del elemento marcador, porque en las imágenes por capas obtenidas a través del sistema de imagen se determina el centro de gravedad superficial de las secciones transversales del elemento marcador obtenidas en las correspondientes imágenes por capas, porque se determinan las coordenadas del centro de gravedad espacial del elemento marcador para cada elemento marcador a partir de las coordenadas de los centros de gravedad superficiales de estas secciones transversales en distintas imágenes por capas, y porque se correlacionan los datos reales de posición del centro de gravedad del elemento marcador, que se obtienen a partir de los datos de posición del instrumento palpador, con los datos de posición del centro de gravedad del mismo elemento marcador, que se obtienen a partir de las imágenes por capas.
Description
Procedimiento y dispositivo para la correlación
entre la posición real de un elemento marcador y los datos de
posición obtenidos a través de un procedimiento de imagen.
La invención se refiere a un procedimiento para
la correlación entre la posición real de un elemento marcador
fijado a un cuerpo y los datos de posición del elemento marcador que
resultan del procedimiento de imagen que representa por capas el
cuerpo y de los elementos marcadores, en el que la posición en el
espacio del elemento marcador se palpa por medio de un instrumento
palpador que puede tocar el elemento marcador, determina su
posición espacial y correlaciona estos datos de posición con los
datos de posición que resultan del procedimiento de imagen para el
elemento marcador.
Adicionalmente, la invención se refiere a un
elemento marcador para la realización de este procedimiento.
Se conoce una serie de procedimientos de imagen
con los que se consigue determinar por capas las estructuras
corporales internas de los cuerpos de personas o animales, por
ejemplo, la tomografía computerizada o la resonancia magnética
nuclear son procedimientos de este tipo. Para poder comparar los
datos de imagen así obtenidos, que proporcionan indicaciones acerca
de la posición de las partes corporales correspondientes, con los
datos de posición reales de estas partes corporales, por ejemplo,
sobre la mesa de operaciones durante una operación, es necesario
correlacionar los datos de posición reales con los datos de posición
medidos en la imagen. Es conocida la colocación con este fin de
elementos marcadores en el cuerpo, por ejemplo, tornillos en los
huesos, que se representan conjuntamente durante el procedimiento
de imagen. De este modo, existe la posibilidad de correlacionar los
datos reales de la posición en el espacio de estos elementos
marcadores con los datos de posición determinados por medio del
procedimiento de imagen.
Sin embargo, este procedimiento resulta
complicado porque sólo se puede obtener una precisión limitada en
la determinación de los datos de posición del elemento marcador
representado, esto es debido, por una parte, a que la precisión
está limitada por la distancia entre las capas en las que se dispone
de imágenes y, por otra parte, a que mediante el procedimiento de
imagen sólo se obtienen imágenes de secciones del elemento marcador
que, en función de la situación correspondiente del elemento
marcador en el cuerpo, corresponden a secciones a través del
elemento marcador en direcciones completamente imprevisibles, con lo
que sólo pueden indicar la posición aproximada del elemento
marcador, pero no la posición exacta.
Es cierto que para la correlación se puede
determinar la posición real del elemento marcador de forma
relativamente precisa con la ayuda de un instrumento palpador, que
puede tocar el elemento marcador de una determinada manera y cuya
posición en el espacio se puede determinar de forma relativamente
precisa por medio de dispositivos de medición, por ejemplo, con la
ayuda de sensores de ultrasonidos o sensores de infrarrojos, pero no
se puede determinar la posición exacta del elemento marcador
respecto a las otras partes corporales representadas. Este error
influye en la correlación y provoca finalmente que la precisión
alcanzable al correlacionar estos datos de posición sea del orden
de varios milímetros, siendo necesario conformarse con un error del
orden de entre 1 mm y
4 mm.
4 mm.
En el documento DE 196 39 615 C2 se describe un
elemento marcador que está conformado esféricamente y que presenta
una cavidad en forma de embudo cuya punta se encuentra en el punto
central de la esfera. Por ello es posible determinar con un
instrumento palpador navegante este punto central de la esfera
mediante un sistema de navegación. Para ello se debe conocer
previamente la geometría del elemento marcador.
El documento
US-A-5868675 da a conocer un
procedimiento y un elemento marcador según los preámbulos de las
reivindicaciones 1 y 4.
Es objetivo de la invención exponer un
procedimiento con el que se puede mejorar la precisión de esta
correlación.
Este objetivo se alcanza según la invención,
para un procedimiento del tipo descrito al principio, mediante la
previsión de un orificio de entrada en el elemento marcador para el
instrumento palpador que termina en el centro de gravedad del
elemento marcador, de manera que se puede introducir el elemento
palpador de tal forma que ocupa una posición definida relativa al
centro de gravedad del elemento marcador, mediante la determinación
del centro de gravedad superficial de las secciones transversales
del elemento marcador obtenidas en las correspondientes imágenes
por capas por medio del procedimiento de imagen, mediante la
determinación de las coordenadas del centro de gravedad espacial
del elemento marcador para cada elemento marcador a partir de las
coordenadas de los centros de gravedad superficiales de estas
secciones transversales en distintas imágenes por capas, y mediante
la correlación entre los datos reales de la posición del centro de
gravedad del elemento marcador, obtenidos a partir de los datos de
posición del instrumento palpador, y los datos de posición del
centro de gravedad del mismo elemento marcador, obtenidos a partir
de las imágenes por capas.
Con este procedimiento, en primer lugar se sitúa
el elemento palpador en una determinada posición exacta relativa al
centro de gravedad del elemento marcador, de forma que a partir de
la determinación de la posición del instrumento palpador se puede
obtener la posición exacta del centro de gravedad del elemento
marcador.
En las imágenes por capas del elemento marcador
se obtienen distintas secciones transversales del elemento marcador
representado en diferentes imágenes de capas consecutivas, y en cada
imagen de capa se calcula el centro de gravedad superficial de la
representación del elemento marcador; esto puede realizarse sin más
en función del nivel de gris. Después de calcular los centros de
gravedad superficiales en distintas imágenes de capas, se puede
calcular a partir de estos datos el centro de gravedad espacial del
elemento marcador, pudiendo éste estar situado entre las capas de
las imágenes por capas; de este modo se obtienen datos muy precisos
de la posición del centro de gravedad del elemento marcador, sin que
sea necesario determinar la disposición del elemento marcador en el
cuerpo.
Los datos de posición del centro de gravedad
espacial calculado de esta forma pueden ahora correlacionarse con
los datos reales de la posición del centro de gravedad del elemento
marcador, obtenidos por medio del instrumento palpador, y de este
modo se consigue una correlación muy exacta entre los datos reales
de la posición del elemento marcador y los datos de posición del
elemento marcador deducidos del procedimiento de imagen.
De esta forma, si se dispone y supervisa una
gran cantidad de elementos marcadores en el paciente, se puede
establecer una correlación espacial muy exacta entre los datos de
posición del paciente sobre la mesa de operaciones y los datos de
posición del paciente en el sistema de imagen.
El orificio de entrada puede estar conformado de
tal forma que el instrumento palpador no alcance el centro de
gravedad del elemento marcador, puesto que, si la disposición del
instrumento palpador, una vez introducido, con respecto al centro
de gravedad es conocida, la posición del centro de gravedad se puede
calcular sin más a partir de la posición del instrumento
palpador.
Dado que el orificio de entrada finaliza en el
centro de gravedad del elemento marcador, la punta del instrumento
palpador marca automáticamente el centro de gravedad si el
instrumento palpador está introducido en el orificio de
entrada.
En particular se puede usar un elemento marcador
con un orificio de entrada cónico, cuya punta esté situada en el
centro de gravedad del elemento marcador. Así resulta muy sencillo
tocar el elemento marcador con un instrumento palpador, por
ejemplo, en forma de aguja, de tal modo que la punta marque
exactamente en cualquier caso el centro de gravedad.
También resulta ventajoso usar un elemento
marcador con forma de disco cilíndrico circular. Una forma
geométrica de ese tipo facilita por una parte la determinación del
centro de gravedad superficial a partir de las imágenes por capas,
y por otra parte el cálculo del centro de gravedad superficial a
partir de los datos de posición de los centros de gravedad
superficiales.
La invención tiene también como objetivo la
consecución de un elemento marcador para la realización del
procedimiento descrito. Este objetivo se alcanza conforme a la
invención por medio de un elemento marcador que presente un
orificio de entrada que finalice en su centro de gravedad.
En particular se puede prever que el orificio de
entrada tenga forma de cono, cuya punta esté situada en el centro
de gravedad del elemento marcador.
Resulta ventajoso que el elemento marcador tenga
forma de disco cilíndrico circular.
La siguiente descripción de las formas
preferidas de realización de la invención sirve en relación con el
dibujo para la aclaración más detallada. Se muestra:
Figura 1: La disposición de un gran número de
elementos marcadores en el cuerpo humano.
Figura 2: Una vista longitudinal de un elemento
marcador con un orificio de entrada de forma cónica y un
instrumento palpador introducido en éste.
Para la determinación de la posición de un
paciente se fijan a éste varios elementos marcadores 1, por ejemplo,
pegando adhesivos en la piel, atornillando tornillos en los huesos,
etc.
Estos elementos marcadores se fijan en distintas
partes del cuerpo; por medio de la determinación de las coordenadas
espaciales de todos los elementos marcadores se puede describir de
forma inequívoca la posición del paciente en el espacio.
Los elementos marcadores 1 aquí usados son
discos cilíndricos circulares de un material que resulte visible en
el procedimiento de imagen, por ejemplo, en caso de utilización del
procedimiento de tomografía computerizada, un material que absorba
los rayos X, y en caso de utilización de la resonancia magnética
nuclear, un material que absorba la energía del rango de las
microondas procedente del equipo de resonancia magnética
nuclear.
En su zona central, el elemento marcador 1
presenta una cavidad cónica 2, cuya punta 3 finaliza en el centro
de gravedad espacial S del elemento marcador 1.
En esta cavidad 2 se puede introducir un
instrumento palpador 4 con una punta palpadora 5, de forma que, una
vez introducido el instrumento palpador 4, la punta palpadora 5 esté
situada en la punta 3 de la cavidad cónica 2, es decir, en el
centro de gravedad S del elemento marcador 1.
El instrumento palpador 4 lleva varios elementos
para la determinación de la posición 6, representados de forma
esquemática en la figura, por ejemplo, sensores de ultrasonidos o
diodos de infrarrojos, que emiten radiación sonora o
electromagnética que puede ser detectada por el correspondiente
receptor 7 de un sistema de medida. Este dispositivo ya conocido en
sí determina a través del tiempo de recorrido de la radiación entre
los elementos para la determinación de la posición 6 y los
receptores 7 la posición relativa del instrumento palpador 4
respecto a la de los receptores 7, y permite así una determinación
precisa de los datos de posición de la punta palpadora 5 con
respecto a los receptores 7, es decir, respecto a un sistema
estacionario. De este modo se determinan también los datos de
posición del centro de gravedad S del elemento marcador 1 respecto
a los receptores 7.
Estos datos se introducen en un dispositivo de
procesamiento de datos 8, en el que están guardados además los
datos de las imágenes por capas obtenidas de la persona a tratar por
medio de un procedimiento de imagen por capas. Procedimientos de
este tipo pueden ser, por ejemplo, la tomografía computerizada o la
resonancia magnética nuclear, y con su ayuda se puede, por ejemplo,
explorar al paciente antes del inicio de una operación, de forma
que los datos anatómicos del paciente estén disponibles por medio de
un gran número de imágenes por capas. En estas imágenes por capas
también se representan los elementos marcadores 1, fijados antes de
la exploración correspondiente.
El dispositivo de procesamiento de datos 8
determina en las imágenes por capas individuales la sección
transversal tomada de cada elemento marcador 1. Esta sección
transversal se identifica sin más y depende de las propiedades de
absorción del material de los elementos marcadores 1. Si estas
propiedades de absorción son específicas, la sección transversal de
los elementos marcadores 1 se puede diferenciar sin más de las otras
estructuras corporales, de forma que, visualmente o
automáticamente, la sección transversal de un elemento marcador 1
se puede determinar en distintas imágenes por capas
consecutivas.
El dispositivo de procesamiento de datos 8
calcula en cada imagen por capas individual el centro de gravedad
superficial de la sección transversal de un determinado elemento
marcador 1, y a partir de los datos de posición de estos centros de
gravedad superficiales se pueden determinar matemáticamente con una
precisión muy grande los datos de posición del centro de gravedad
espacial del elemento marcador 1. En la Figura 2 se representan las
correspondientes secciones transversales 9 del elemento marcador,
que resultan de una determinada orientación de las imágenes por
capas y que aparecen como superficies perforadas del elemento
marcador a través de los niveles de las imágenes. En el ejemplo de
realización representado el elemento marcador está seccionado por
cuatro imágenes consecutivas, de forma que cuatro imágenes
consecutivas muestran secciones transversales 9 del elemento
marcador 1. En cada una de estas secciones transversales 9 se
determina por cálculo el centro de gravedad superficial, y a partir
de estos datos de posición se determina igualmente por cálculo el
centro de gravedad espacial.
De este modo, se determinan con muy alta
precisión los datos de posición del centro de gravedad de cada
elemento marcador 1 a partir de las imágenes, y estos datos de
posición se pueden comparar con los datos de posición del mismo
elemento marcador 1 determinados por medio del instrumento palpador
4 de la forma descrita. Con ello es posible una correlación muy
exacta entre la posición real actual del paciente en el espacio y
los datos de posición determinados a partir del procedimiento de
imagen, y esta correlación, también denominada contraste o
registro, puede también repetirse de forma sencilla durante una
operación con fines de control. Basta con tocar sucesivamente las
cavidades 2 de los elementos marcadores 1 con el instrumento
palpador 4 y así determinar de nuevo la posición del centro de
gravedad de cada elemento marcador 1; estos datos pueden compararse
seguidamente con los datos de posición de los elementos marcadores 1
obtenidos del procedimiento de imagen; de esta forma puede
repetirse el contraste.
Es primordial en el procedimiento descrito el
hecho de que la determinación de las coordenadas del centro de
gravedad a partir del procedimiento de imagen puede efectuarse de
forma completamente automática, de tal modo que se pueden excluir
los errores visuales. Además, el procedimiento se acelera así
considerablemente.
Claims (6)
1. Procedimiento para la correlación entre la
posición real de un elemento marcador fijado a un cuerpo y los
datos de posición del elemento marcador que resultan del
procedimiento de imagen que representa por capas el cuerpo y de los
elementos marcadores, en el que la posición del elemento marcador en
el espacio se palpa por medio de un instrumento palpador que puede
tocar el elemento marcador, determina su posición espacial y
correlaciona estos datos de posición con los datos de posición que
resultan del procedimiento de imagen para el elemento marcador,
caracterizado porque está previsto un orificio de entrada
para el instrumento palpador en el elemento marcador que termina en
el centro de gravedad del elemento marcador, de manera que se puede
introducir el instrumento palpador de tal forma que ocupa una
posición definida relativa al centro de gravedad del elemento
marcador, porque en las imágenes por capas obtenidas a través del
sistema de imagen se determina el centro de gravedad superficial de
las secciones transversales del elemento marcador obtenidas en las
correspondientes imágenes por capas, porque se determinan las
coordenadas del centro de gravedad espacial del elemento marcador
para cada elemento marcador a partir de las coordenadas de los
centros de gravedad superficiales de estas secciones transversales
en distintas imágenes por capas, y porque se correlacionan los datos
reales de posición del centro de gravedad del elemento marcador,
que se obtienen a partir de los datos de posición del instrumento
palpador, con los datos de posición del centro de gravedad del mismo
elemento marcador, que se obtienen a partir de las imágenes por
capas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se usa un elemento marcador con un
orificio de entrada de forma cónica cuya punta está situada en el
centro de gravedad del elemento marcador.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se emplea un elemento marcador con forma
de disco cilíndrico circular.
4. Elemento marcador para la realización del
procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque presenta un orificio de entrada (2) que
finaliza en su centro de gravedad (S).
5. Elemento marcador según la reivindicación 4,
caracterizado porque el orificio de entrada (2) tiene la
forma de un cono, cuya punta (3) está situada en el centro de
gravedad (S) del elemento marcador (1).
6. Elemento marcador según las reivindicaciones
4 ó 5, caracterizado porque el elemento marcador (1) presenta
la forma de un disco cilíndrico circular.
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