ES2247685T3 - Aparato de terapia de torax guiado por imagen. - Google Patents
Aparato de terapia de torax guiado por imagen.Info
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Abstract
UNA SONDA, POR EJEMPLO UN ENDOSCOPIO, EQUIPADO CON UNA AGUJA PARA BIOPSIA, SE GUIA HASTA UN BLANCO SITUADO EN EL SISTEMA RESPIRATORIO O JUNTO AL MISMO. SE MONITORIZA LA POSICION DE LA SONDA. UNA REPRESENTACION DE LA SONDA SE SUPERPONE SOBRE UNA IMAGEN ANTERIORMENTE ADQUIRIDA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Y LOS TEJIDOS ADYACENTES. POR MONITORIZACION DEL ESTADO RESPIRATORIO DEL PACIENTE, SE SUPRIMEN LOS ARTEFACTOS CAUSADOS POR EL MOVIMIENTO DEBIDO A LA RESPIRACION, Y POR DETERMINACION DE LA POSICION DE LA SONDA CUANDO EL ESTADO RESPIRATORIO DEL PACIENTE ES IGUAL AL ESTADO RESPIRATORIO DEL MISMO DURANTE LA CAPTACION DE LA IMAGEN.
Description
Aparato de terapia de tórax guiado por
imagen.
La presente invención se refiere a un aparato
para efectuar procedimientos médicos en el tórax de un paciente
médico o veterinario.
Algunos procedimientos médicos comunes requieren
la habilidad para operar sobre una posición específica en el tórax,
incluyendo posiciones en el sistema respiratorio, tales como los
pulmones, bronquios y los tejidos inmediatamente circundantes. Por
ejemplo, hasta el momento se han efectuado biopsias de aspiración
por aguja utilizando un endoscopio insertado a través de la traquea
en un bronquio. Se hace avanzar la aguja por el endoscopio a través
de la pared bronquial para tomar muestras de tejidos en un nódulo
linfático en el interior del parenquimia del pulmón cerca de la
superficie exterior del bronquio. El médico puede monitorizar la
colocación del endoscopio y de la aguja de biopsia utilizando el
sistema óptico del endoscopio. Cuando se hace avanzar el endoscopio
hacia el área de la que se van a tomar muestras, el médico puede
determinar donde se encuentra la punta del endoscopio observando las
características de la misma vía respiratoria. Sin embargo, es
difícil colocar una aguja de biopsia en el interior de un nódulo
linfático particular utilizando esta solución. El médico no puede
ver los nódulos linfáticos, que se encuentran fuera de la vía
respiratoria. Por lo tanto, el médico solamente puede situar la
punta del endoscopio y la aguja de biopsia en una posición
aproximada, cerca de la posición del nódulo linfático que va a ser
sujeto a biopsia. Por esta razón, hay una necesidad significativa de
mejora de la fiabilidad de las biopsias de aspiración por aguja de
los nódulos linfáticos que rodean el conducto respiratorio. Hay
necesidades similares de mejora en otros procedimientos de biopsia
que utilizan una sonda a la que se hace avanzar en el cuerpo, tal
como una aguja de biopsia o fórceps de biopsia, para tomar muestras
de tejidos en la proximidad del conducto respiratorio. Ha habido
necesidades similares de mejoras en otros procedimientos en los
cuales se hace avanzar una sonda en los tejidos del tórax con otros
propósitos, por ejemplo, para efectuar procedimientos quirúrgicos en
estos tejidos o para administrar medicamentos dentro de esos
tejidos.
Hasta el momento, se han utilizado algunos
procedimientos de obtención de imágenes durante el avance de la
sonda para proporcionar directrices. De esta manera, cuando se hace
avanzar la sonda, se obtienen imágenes de la sonda y del cuerpo
utilizando técnicas convencionales de obtención de imágenes, tales
como la fluoroscopia o la obtención de imágenes por resonancia
magnética. Esto permite que el médico observe la relación entre la
posición de la sonda y los tejidos circundantes. Estos
procedimientos tienen la desventaja de que el aparato de obtención
de imágenes está ocupado durante el tiempo completo requerido para
efectuar el procedimiento. Además, el uso de modalidades de
obtención de imágenes sobre la base de la fluoroscopia u otros rayos
X durante el procedimiento expone al médico y al paciente a la
radiación.
Como se describe, por ejemplo, en las patentes
norteamericanas números 5.558.091, 5.391.199, 5.443. 489 y en la
Publicación Internacional PCT, WO 96/05768, se puede determinar la
posición, orientación, o ambas, del extremo distal de la sonda por
medio de la utilización de uno o más transductores de campo, tal
como un dispositivo de efecto Hall o magnetoresistivo, bobina u otra
antena transportada sobre la sonda, típicamente en el extremo distal
de la sonda o adyacente al mismo. Se disponen uno o más
transductores de campo adicionales fuera del cuerpo en un marco de
referencia externo. Los transductores de campo preferiblemente se
encuentran dispuestos para detectar o transmitir campos no
ionizantes o componentes de campo tales como un campo magnético,
radiación electromagnética o energía acústica tal como la vibración
ultrasónica. Transmitiendo el campo entre los transductores de campo
externos y los transductores de campo en la sonda, se pueden
determinar las características de la transmisión de campo entre
estos dispositivos. A continuación se puede deducir la posición y/o
orientación del sensor en el marco de referencia externo a partir de
estas características de transmisión. Debido a que el transductor de
campo de la sonda permite la determinación de la posición de la
sonda, un transductor de este tipo también es denominado como
"sensor de posición".
Como se describe, por ejemplo, en la patente
norteamericana mencionada con anterioridad 5.558.091, el marco de
referencia de los transductores de campo externos se puede registrar
con el marco de referencia de los datos de imágenes, tales como los
datos de imagen de resonancia magnética, datos de tomografía axial
computeriza, o datos de imagen convencional de rayos X. La posición
de la sonda y los datos de orientación derivados por la transmisión
de campo se pueden mostrar como una representación de la sonda
superpuesta sobre una imagen del cuerpo del paciente. El médico
puede utilizar esta información para guiar la sonda a la posición
deseada n el interior del cuerpo del paciente, y para monitorizar su
orientación durante el tratamiento o la medición de la estructura
del cuerpo. Esta disposición mejora en gran medida la capacidad del
médico para navegar el extremo distal de la sonda a través de las
estructuras corporales. Debido a que no requiere la adquisición de
una imagen óptica de los tejidos circundantes con el propósito de
navegación, se puede utilizar con sondas que son demasiado pequeñas
para acomodar elementos ópticos, y se puede usar para la navegación
de la sonda dentro de tejidos sólidos o semisólidos. El sistema
basado en el transductor también evita las dificultades asociadas
con la navegación de una sonda al representar la sonda y el paciente
en imágenes continuamente durante el procedimiento. Por ejemplo,
evita la exposición a la radiación ionizante inherente en los
sistemas fluoroscópicos.
Se encuentran algunos problemas adicionales en la
utilización de sistemas de este tipo en procedimientos en el tórax
cercanos al sistema respiratorio. Cuando el paciente respira, las
posiciones, tamaños y formas de los órganos torácicos cambian. Por
lo tanto, si se adquiere una imagen del paciente en una etapa del
ciclo respiratorio, los datos de la imagen no representan con
precisión al paciente durante otras etapas. Por lo tanto, si se
detecta la posición de la sonda mientras el paciente se encuentra en
una etapa del ciclo respiratorio, los datos de la imagen no
representarán con precisión al paciente durante otras etapas. Por lo
tanto, si se detecta la posición de la sonda mientras el paciente se
encuentra en una etapa del ciclo respiratorio, y estos datos de
posición de la sonda se combinan con los datos de imagen del
paciente de otra etapa del ciclo respiratorio para proporcionar una
imagen con una representación de la sonda superpuesta a la misma, se
mostrará de manera imprecisa la posición de la sonda con relación a
los órganos circundantes. Como se describe en la publicación
internacional WO 97/29709, se pueden evitar los problemas de esta
naturaleza situando una primera sonda, denominada "sonda de
situación" en el interior del cuerpo de un paciente en una
posición que se va a tratar, y proporcionando una sonda adicional,
denominada "sonda de instrumento" para efectuar el
procedimiento médico. La sonda de situación se sitúa en el interior
del cuerpo en la localización que se va a tratar, por ejemplo en la
localización que va a sufrir una biopsia. Utilizando un sistema de
localización tal como los sistemas de localización magnéticos que se
han discutido en las patentes mencionadas con anterioridad, las
localizaciones de ambas sondas se monitorizan durante el
procedimiento médico. De esta manera se conocen la distancia y la
dirección desde la sonda de instrumento a la sonda de situación
durante el procedimiento médico, a pesar de cualquier movimiento
producido por la respiración del paciente. Utilizando dicha
información direccional y de distancia, el médico puede navegar la
sonda de instrumento a la sonda de
situación.
situación.
La publicación PCT, WO 97/29682, se refiere a
sistemas para determinar el "movimiento fisiológico" tal como
el movimiento de respiración o el movimiento cardiaco, de una
porción del cuerpo en la cual se sitúa una sonda. Utilizando un
dispositivo tal como una banda de cintura para sentir detectar el
movimiento de respiración, el sistema selecciona una imagen
"correcta" de un conjunto de imágenes obtenidas previamente en
cada momento durante el procedimiento, o realiza una interpolación
entre las imágenes. De esta manera, la imagen mostrada siempre
refleja el tamaño y forma actual de los órganos en el instante en
cuestión. Como consecuencia, la representación de la sonda se puede
superponer con precisión sobre la imagen visualizada.
La patente norteamericana número 5.577.502
desvela un sistema en el cual se monitoriza la posición del pecho
del paciente por medio de dispositivos tales como elementos ópticos,
ultrasónicos o de seguimiento mecánico. Sobre la base de ese
seguimiento posicional, se distorsiona la imagen que se utiliza en
el sistema de superposición para proporcionar una imagen corregida
que cambia cuando el sujeto respira. La posición de la sonda se
puede superponer sobre la imagen corregida. Los sistemas de este
tipo requieren un cálculo considerable para distorsionar la imagen
de referencia cuando el paciente se mueve a través de las distintas
etapas del ciclo respiratorio. Además, se requiere equipo adicional
para seguir la posición del pecho del paciente. En un enfoque
alternativo que también se discute en la patente 5.577.502, se
adquiere una serie de imágenes en numerosas etapas del ciclo
respiratorio. Cuando el paciente se mueve a través de las diferentes
etapas del ciclo respiratorio, se utilizan diferentes imágenes. Este
enfoque multiplica la tarea de adquirir y almacenar datos de
imágenes. Además, este enfoque solamente se puede utilizar si existe
un conjunto de imágenes múltiples. Por ejemplo, cuando el paciente
está sometido a un procedimiento convencional de obtención de
imágenes para diagnostico, tal como un procedimiento de obtención de
imágenes MRI o CT, en general se adquiere un único conjunto de datos
de imágenes que representan al paciente en solamente una etapa del
ciclo respiratorio. La necesidad de una biopsia u otro procedimiento
usando una sonda a la que se hace avanzar en el paciente puede ser
solamente aparente después de que la imagen haya sido evaluada. Para
adquirir una serie de imágenes, el paciente se debe someter a
procedimientos de obtención de imagen adicionales antes de que pueda
iniciarse el procedimiento de intervención que utiliza la sonda.
En el documento US 5.482.042 desvela un aparato
médico de obtención de imágenes que incluye un dispositivo de
detección de profundidad de respiración para detectar la profundidad
de respiración de un paciente, y un dispositivo indicativo para
indicar la profundidad de respiración detectada. El dispositivo de
detección de profundidad de respiración incluye un dispositivo
ultrasónico de medición para medir la posición de una superficie del
cuerpo del paciente, un dispositivo para detectar los valores
extremos máximo y mínimo de posición, y un dispositivo para calcular
la profundidad de respiración sobre la base de los valores máximo y
mínimo.
Por lo tanto, a pesar de estos y otros esfuerzos
en la técnica, serían deseable mejoras adicionales en los
procedimientos y aparatos de intervención para efectuar los
mismos.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un aparato de acuerdo con la reivindicación 1.
Por lo tanto, el aparato de la presente invención
puede utilizar los mismos dispositivos de medición de posición que
se han utilizado para determinar la posición de la sonda y
determinar el ciclo de respiración.
Típicamente, el medio de detección se dispone
para detectar cuando el paciente se encuentra en el estado
seleccionado determinando si la posición del punto de referencia se
corresponde con la posición extrema dentro de una tolerancia
preseleccionada. Por ejemplo, la etapa seleccionada del ciclo
respiratorio puede ser el estado de inspiración mínimo, es decir, el
estado que se consigue al final de la exhalación durante un ciclo de
respiración normal. En este caso, el sistema puede seleccionar la
posición del punto de referencia en el cual la pared delantera del
pecho del paciente está más cercana a la espalda del paciente. Si el
paciente está acostado en una posición supina, estando su espalda
sobre una mesa, el sistema puede seleccionar la posición en la cual
un punto de referencia en la pared frontal del pecho del paciente se
encuentre más cercano a la mesa.
Se puede hacer avanzar a la sonda dentro de una
vía de respiración, por ejemplo, para hacer pasar una parte de la
sonda a través de la pared de la vía respiratoria para tratar
tejidos en una posición objetivo dentro de los tejidos que rodean a
la vía respiratoria. Un ejemplo de una posición objetivo son los
nódulos linfáticos fuera de la vía respiratoria. La sonda puede
incluir un endoscopio y una aguja. Se puede hacer avanzar el
endoscopio hasta que el mismo se sitúe en la pared de la vía
respiratoria adyacente a la localización objetivo, y a continuación,
hacer avanzar la aguja a través de la pared de la vía
respiratoria.
La imagen puede incluir una pluralidad de puntos
identificables en el cuerpo del paciente, que tienen posiciones
sustancialmente no afectadas por el ciclo respiratorio del paciente.
Por ejemplo, los puntos identificables pueden incluir un punto en el
omóplato o en el esternón.
Típicamente, el ordenador está adaptado para
transformar la disposición de la sonda en el marco de referencia de
imagen. Deseablemente, el ordenador puede estar dispuesto para
mostrar una imagen en perspectiva de la vía respiratoria y de los
tejidos circundantes, de manera que se puedan visualizar la posición
de la sonda y la trayectoria para mover la sonda para que se aplique
a la localización objetivo visualizando la imagen mostrada.
Debido a que la disposición de la sonda utilizada
como base para la representación superpuesta se adquiere en la misma
etapa del ciclo respiratorio que la imagen, se elimina el artefacto
de movimiento o la inexactitud producida por el movimiento debido al
ciclo respiratorio. De esta manera, el aparato de acuerdo con la
invención proporciona una solución al problema del artefacto en
movimiento que no requiere la adquisición de múltiples imágenes para
la manipulación masiva de datos de imágenes para distorsionar una
imagen. El sistema es compatible con las imágenes estándar
adquiridas con los propósitos de diagnostico que representan
solamente una etapa en el ciclo respiratorio.
Cuando se utiliza, mientras se hace avanzar la
sonda de la presente invención, se le puede instruir al paciente
para que aguante su respiración en el estado respiratorio prescrito.
De esta manera, mientras el paciente aguanta el punto prescrito en
el estado respiratorio, el sistema adquiere continuamente nuevas
posiciones de la sonda y continúa actualizando la representación
superpuesta de la sonda sobre la imagen. Si el paciente se desvía
del estado prescrito del ciclo respiratorio momentáneamente, el
sistema interrumpirá la generación de nuevas posiciones superpuestas
de la representación de la sonda sobre la imagen y preferiblemente
proporcionará un aviso al médico.
El aparato de acuerdo con una realización de la
presente invención incluye una sonda. La sonda puede incorporar
esencialmente cualquier dispositivo que se pueda insertar o que
pueda avanzarse en el cuerpo para efectuar un procedimiento médico,
tal como tratamiento, medición u observación. Como se usa en la
presente memoria, el término "tratamiento" incluye la captura
de muestras de tejidos o materiales situados dentro del cuerpo, y
por lo tanto, incluye las biopsias. La sonda deseablemente incluye
un endoscopio convencional que tiene un cuerpo tubular. El cuerpo
tiene una porción de asa fijada a un extremo próximo del cuerpo, y
tiene una porción distal separada del asa. El cuerpo tiene un
orificio que se extiende longitudinalmente desde su extremo próximo
a su extremo distal y está abierto al exterior a través del asa. El
cuerpo puede incorporar una sección flexible adyacente al extremo
distal, de manera que el extremo distal se pueda doblar o pivotar
con relación al resto del cuerpo. El endoscopio puede incorporar
dispositivos para doblar el extremo distal del cuerpo de manera que
conduzca el dispositivo cuando el mismo avanza en el interior de la
anatomía del paciente. El endoscopio puede incluir además una fibra
óptica o sistema de televisión para observar visualmente las
características anatómicas del paciente en el extremo distal del
endoscopio.
La sonda incluye además una herramienta médica
intracorporal convencional, tal como una aguja de biopsia u otra
herramienta quirúrgica que puede ser operada desde el extremo
próximo o asa del dispositivo. Meramente a título de ejemplo, en
lugar de la aguja de biopsia la herramienta puede ser cualquier
herramienta quirúrgica convencional del tipo usado comúnmente en
procedimientos quirúrgicos endoscópicos, artroscópicos, o
laparoscópicos; un fórceps de biopsia u otro dispositivo de toma de
muestras; una aguja, un catéter u otro dispositivo de suministro de
medicamentos; un instrumento de medición tal como un termómetro o un
electrodo de medición de potencial eléctrico; un dispositivo para
aplicar radiación terapéutica; o cualquier otro dispositivo que se
pueda utilizar para tratar, medir u observar estructuras en el
interior del cuerpo de un sujeto vivo. La aguja se dispone de manera
que se pueda hacer avanzar hasta una posición operativa fuera del
extremo distal del cuerpo. La aguja se dispone de manera que se
pueda manipular y controlar desde el extremo próximo o asa del
cuerpo. De esta manera, la aguja se conecta a un asa de manipulación
por medio de elementos de control convencionales o articulaciones.
Se pueden utilizar otros expedientes para manipular y controlar una
herramienta en el extremo distal del cuerpo, por ejemplo,
articulaciones de control eléctricas, electrónicas u ópticas.
Alternativamente, se puede montar una herramienta en una posición
fija en el cuerpo o se puede formar integralmente con el mismo como,
por ejemplo, cuando el cuerpo está equipado con una hoja de
corte.
Se monta un transductor de campo de sonda o
sensor de posición en el cuerpo de sonda adyacente al extremo distal
del mismo. El transductor puede ser un sensor dispuesto para
detectar campos magnéticos o electromagnéticos. Por ejemplo, el
sensor puede ser un sensor de posición de estado sólido, multieje,
del tipo que se muestra en la patente norteamericana 5.558.091 que
se ha mencionado más arriba. Un sensor de este tipo incorpora una
pluralidad de transductores sensibles a los componentes de campo
magnético en direcciones mutuamente ortogonales. Otros sensores de
posición adecuados incluyen bobinas, como se ha mostrado en la
patente norteamericana que se ha mencionado más arriba número
5.391.199, y en la solicitud PCT, PCT/US95/01103, actualmente
publicada como publicación internacional PCT, WO96/05768. Se pueden
proporcionar dichas bobinas como una bobina única o como una
pluralidad de bobinas ortogonales que pueden detectar componentes de
campo en direcciones ortogonales. El sensor de posición o
transductor de campo se conecta a conductores que se extienden a
través del orificio a y más allá del extremo próximo del cuerpo.
El aparato incluye, además, un conjunto de
transductores de campo externos o antenas que definen un marco de
referencia de localización. Por ejemplo, los transductores de campo
externo se pueden montar en una cama de soporte de paciente. Las
antenas están conectadas al dispositivo de transmisión y de
recepción de campo y a un ordenador, que a su vez está conectado a
un dispositivo de visualización tal como un tubo de rayos catódicos.
El ordenador también esta provisto de dispositivos de entrada
convencionales, tales como un teclado, bola de seguimiento, ratón u
otros similares. Se disponen el ordenador, el dispositivo de
transmisión y de recepción de campo y los transductores para que
cooperen con el transductor de campo de la sonda para determinar las
disposiciones del transductor de campo en la sonda, y por lo tanto
para determinar la disposición del extremo distal de la sonda en el
marco de referencia de localización de los transductores de campo
externo o antenas. Estos elementos del aparato pueden ser como los
que se han descrito en las patentes 091 o 199 que se han mencionado
con anterioridad. Son conocidos en la técnica otros dispositivos
para detectar la disposición de sondas equipadas con sensores de
posición transmitiendo campos no ionizantes. Como es conocido en la
técnica, se pueden transmitir los campos electromagnéticos o
magnéticos entre una antena o transductor de campo montado en un
marco de referencia externo y un transductor de campo en una sonda,
y la disposición de la sonda se puede calcular a partir de las
características de los campos detectados por el transductor en la
sonda. De esta manera, los transductores de campo externo o antenas
y el sensor de posición o transductor de campo de sonda en la sonda
definen cooperativamente una pluralidad de parejas de
transmisor-receptor. Cada de estas parejas incluye
un transmisor y un receptor como elementos de la pareja. Un elemento
de cada pareja se encuentra dispuesto en la sonda, y el otro
elemento de cada pareja de este tipo se encuentra dispuesto en una
disposición conocida en el marco de referencia externo. Típicamente,
se dispone al menos un elemento transmisor-receptor
de cada pareja en una posición u orientación diferente que el
elemento correspondiente de las otras parejas. Detectando las
características de la transmisión de campo entre elementos de varias
parejas, el sistema puede deducir información referente a la
disposición de la sonda en el marco de referencia externo. La
información de disposición puede incluir la posición de la sonda, la
orientación de la sonda o ambas. Aunque se ilustran los
transductores de campo externo montados en una estructura rígida tal
como la cama de un paciente de manera que los transductores de campo
externo permanezcan en una posición fija relativamente unos con los
otros, esto no es esencial. Como se describe en la publicación PCT
comúnmente asignada WO 97/29685, los transductores de campo externo
pueden ser móviles relativamente entre si. El sistema de ordenador
puede determinar las posiciones de los transductores de campo
externo midiendo las propiedades de los campos transmitidos entre
estos transductores, o entre los transductores de campo externo y
los transductores de calibración montados en los transductores de
campo externo individuales.
El aparato incluye además un transductor de campo
de referencia montado en un alojamiento protector efectivo para
proteger el transductor de campo del daño físico cuando se despliega
el transductor de campo en una posición en el exterior del cuerpo de
paciente. Por lo tanto, se pueden montar el alojamiento y el
transductor de campo por cualquier medio convencional, tal como
cinta adhesiva, vendas, suturas o similar en un punto seleccionado
en el exterior del paciente. Opcionalmente, el alojamiento puede
estar provisto de características tales como almohadillas planas o
alas, orificios de sutura u otras características físicas que
faciliten adicionalmente la fijación a la superficie exterior del
cuerpo. El transductor de campo de referencia tiene esencialmente la
misma estructura que el transductor de campo de sonda que se ha
discutido más arriba. Los conductores conectan el transductor de
campo de referencia al dispositivo de transmisión y recepción de
campo. El transmisor y receptor de campo y el ordenador activan los
transductores de campo externo y al transductor de campo de
referencia para transmitir y recibir campos de la misma manera que
se ha discutido más arriba con referencia al transductor de campo de
sonda. De esta manera, el sistema determina la disposición del
transductor de campo de referencia en el marco de referencia de
localización definido por los transductores de campo externo.
De acuerdo con una realización de la invención,
cuando se utiliza se toman imágenes de un paciente B usando
cualquier modalidad convencional de obtención de imágenes, tal como
el sistema de obtención de imágenes por tomografía computerizada de
rayos X ("CAT" o "CT"), el sistema de obtención de
imágenes por resonancia magnética o cualquier otro procedimiento de
obtención de imágenes que pueda mostrar los órganos internos del
cuerpo, y en particular, el sistema respiratorio y los tejidos
circundantes. La imagen se adquiere mientras el paciente se
encuentra en un estado respiratorio seleccionado. El estado
respiratorio seleccionado es una etapa del ciclo respiratorio normal
del paciente. Preferiblemente, la imagen se adquiere mientras el
paciente se encuentra en la denominada etapa de "inhalación
mínima". Esta etapa es la etapa durante la respiración normal
cuando el paciente ha exhalado el volumen normal de aire. Se le
puede dar instrucciones al paciente para que aguante su respiración
en el estado seleccionado durante la adquisición de imágenes. La
imagen puede ser una imagen de diagnostico convencional adquirida
sin referencia a ninguna consideración especial para el
procedimiento terapéutico, y ciertamente adquirida antes de que se
conozca la necesidad del procedimiento terapéutico.
La imagen incluye al menos una porción del tórax
del paciente e incluye ciertas características de la anatomía del
paciente que son fácilmente identificables en la imagen con un buen
grado de precisión. Estas incluyen características del sistema
esquelético, tal como el omóplato, porciones de la columna y el
entalle del esternón. En la manera convencional, se proporciona la
imagen como datos de ordenador definiendo propiedades de estructuras
de varias localizaciones en el interior del cuerpo, por ejemplo, la
absorción de rayos X de elementos de volumen individuales o
"voxel" en una imagen CAT o en datos MRI definiendo propiedades
de resonancia magnética tales como la densidad de protones, T_{1}
o T_{2} para voxels individuales.
Después de que se haya adquirido la imagen, se
coloca al paciente en posición en el marco de referencia de
localización definido por los transductores de campo externo, por
ejemplo colocando al paciente en una posición supina sobre la mesa
de soporte. A continuación, se aplica el transductor de campo de
referencia sucesivamente a varios de los puntos definidos que se han
mencionado con anterioridad en el cuerpo del paciente, por ejemplo,
con cada uno de los puntos del omóplato, con el entalle del esternón
o con puntos fácilmente identificados en la columna vertebral. Esto
se realiza mientras el paciente se encuentra en posición sobre la
mesa. La mesa puede estar provista de aberturas o ranuras en su
superficie para permitir la inserción del transductor de campo de
referencia para aplicarse a las características de la espalda del
paciente. Aunque el transductor de campo de referencia se encuentra
aplicado a cada punto definido en la anatomía del paciente, los
transductores de campo externo, el aparato de transmisión y
recepción de campos y el ordenador se activan para determinar la
localización del transductor de campo de referencia en el marco de
referencia de localización definido por los transductores de campo
externo. De esta manera se proporcionan al ordenador las
localizaciones de los distintos puntos definidos en el marco de
referencia de localización.
Un operador también puede introducir las
posiciones de los mismos puntos definidos en el marco de referencia
de la imagen. Por ejemplo, se puede actuar el ordenador para que
muestre representaciones de la imagen que incluyan los distintos
puntos identificables en la anatomía y el operador puede ajustar
manualmente un cursor sobre la imagen, por ejemplo ajustando un
botón, bola de seguimiento o ratón incorporado en los dispositivos
de entrada. Cuando el cursor se alinea con un punto identificable en
todas las dimensiones, el operador introduce una señal adicional que
indica al ordenador que las coordenadas del cursor en el marco de
referencia de la imagen se corresponden a las coordenadas del punto
particular en la anatomía. Una vez que se hayan proporcionado al
ordenador las coordenadas en los puntos identificables en la
anatomía en el marco de referencia de la imagen y en el marco de
referencia de localización, el ordenador puede derivar una
transformación matemática entre el marco de referencia de
localización y el marco de referencia de imagen. Las técnicas para
adquirir localizaciones de puntos en la anatomía y derivar
transformaciones entre un marco de referencia de imagen y un marco
de referencia de localización son bien conocidas y se describen en
las patentes y publicaciones que se han mencionado con anterioridad.
En una variante de las técnicas de este tipo, también descrita en
estas patentes y publicaciones, se montan en el paciente marcadores
fiduciarios que incorporan transductores de campo, antes del
procedimiento de obtención de imágenes, de manera que los marcadores
fiduciarios son visibles en la imagen. Las posiciones de los
marcadores fiduciarios en el marco de referencia de localización se
adquieren haciendo actuar los transductores de campo en los
marcadores fiduciarios en conjunto con los transductores de campo
externo, de la misma manera que se ha descrito más arriba. En otras
variantes, el sistema adquiere una sucesión de posiciones en el
marco de referencia de localización mientras un transductor de campo
de referencia se mueve sobre un contorno bien definido en la
anatomía del paciente. El sistema de ordenador utiliza técnicas
automáticas de correspondencia de patrones para encontrar una
característica que tenga un contorno que incluya un conjunto de
localizaciones en el marco de referencia de imagen que pueda ser
mapeado al conjunto de localizaciones en el marco de referencia de
localización por una transformación de cuerpo rígido. De nuevo, son
bien conocidas en la técnica varias técnicas para encontrar puntos
de correspondencia en ambos marcos de referencia y para derivar una
transformación entre los marcos de referencia de localización y de
imagen.
A continuación, se monta el transductor de campo
de referencia en un punto en el exterior del pecho del paciente, que
se mueve durante la respiración. Por ejemplo, el transductor de
campo de referencia puede adherirse o suturarse en su lugar sobre
una de las costillas del paciente. Aunque el paciente permanece en
posición sobre una mesa, el paciente respira normalmente y por lo
tanto el transductor de campo de referencia se mueve cíclicamente en
un movimiento que se corresponde con las distintas fases del ciclo
respiratorio. Por lo tanto, la localización del transductor de campo
de referencia varía con el tiempo. El ordenador, cooperando con la
unidad de transmisión y recepción de campo y con los transductores
de campo externo monitoriza continuamente la posición del
transductor de campo de referencia. El ordenador rastrea la posición
del transductor de campo de referencia en el tiempo y genera un
gráfico de la posición del transductor de campo de referencia en una
dirección seleccionada respecto al tiempo. En la práctica, el
gráfico consiste en una serie de números que indican la localización
del transductor de campo de referencia a lo largo del eje
seleccionado en distintos momentos. El eje seleccionado para el
seguimiento puede ser un eje vertical (hacia y desde la mesa) y por
lo tanto hacia y desde la espalda del paciente; un eje horizontal
transversal al eje longitudinal (cabeza a pie) del paciente o un eje
con un ángulo arbitrario entre el vertical y el horizontal.
El ordenador selecciona posiciones extremas
sucesivas en el gráfico. Por ejemplo, cuando la localización
representada por el gráfico es una localización en un eje vertical
que se corresponde al movimiento hacia y desde la espalda del
paciente, se puede actuar el ordenador para que seleccione mínimos
sucesivos de tal localización, es decir, los puntos en los cuales el
transductor de campo de referencia está más cercano a la espalda del
paciente. Alternativamente, cuando la localización representada por
el gráfico es una localización horizontal, se puede actuar el
ordenador para que seleccione el mínimo en el gráfico que se
corresponde a las localizaciones en las cuales el transductor de
campo de referencia se encuentra más cercano al eje central del
paciente. Estos mínimos se pueden encontrar por técnicas de
programación de ordenadores convencionales para seleccionar valores
mínimos locales en una secuencia de números. Las técnicas numéricas
de esta naturaleza son bien conocidas en las técnicas de
programación y se encuentran disponibles en muchos paquetes de
software matemático estándar. El mínimo representa el punto de
inspiración mínimo en el ciclo respiratorio del paciente, como se ha
discutido más arriba.
El valor de la localización en mínimos sucesivos
puede no ser exactamente el mismo. Sin embargo, para un paciente que
respire normalmente, todos los mínimos tendrán valores cercanos
entre si. De esta manera, el ordenador calcula un valor medio que
representa la localización media de los distintos mínimos sucesivos.
A continuación, el sistema aplica una tolerancia preseleccionada o
desviación máxima. Cuando la localización del transductor de campo
de referencia se desvía del valor medio una cantidad menos de una
tolerancia predeterminada, el sistema trata al paciente considerando
que se encuentra en el punto de inspiración mínimo del ciclo
respiratorio. De esta manera, monitorizando el ciclo respiratorio,
el sistema establece un estado respiratorio particular que se
corresponde a un extremo de movimiento del transductor de referencia
que se encuentra en la respiración normal.
En uso, el médico hace avanzar el extremo distal
de la sonda en el sistema respiratorio del paciente de la manera
convencional. Típicamente, se hace avanzar el extremo distal de la
sonda a través de una vía respiratoria, por ejemplo, a través de la
laringe y de la traquea, al interior de los bronquios. El ordenador,
unidad de transmisión y recepción de campo y transductores de campo
externo cooperan con el transductor de campo de sonda para
determinar la posición del transductor de campo de sonda y por lo
tanto, la posición del extremo distal de la sonda en el marco de
referencia de localización definido por los transductores de campo
externo, y coopera con el transductor de referencia para determinar
su posición. Cuando la posición del transductor de referencia se
encuentra dentro de la tolerancia predeterminada de la localización
de inspiración mínima media, el ordenador captura la localización
del transductor de campo de sonda y del extremo distal de la sonda
en el marco de referencia de localización definido por los
transductores de campo externo. De esta manera, el ordenador captura
la localización del extremo distal de la sonda cuando el paciente se
encuentra en el estado inspiratorio mínimo.
El ordenador transforma la localización del
extremo distal de sonda en el marco de referencia de la imagen y
prepara una visualización compuesta que incluye, al menos, una
porción de la imagen y una representación de la sonda superpuesta
sobre la imagen. Por ejemplo, la imagen mostrada en el tubo de rayos
catódicos puede incluir una representación de la porción de la vía
respiratoria junto con una representación del extremo distal de la
sonda. La imagen también incluye una representación del tejido
objetivo, en este caso una lesión exterior a la vía respiratoria
pero adyacente a la misma. Preferiblemente, la imagen mostrada es
una vista en perspectiva, de manera que el médico pueda percibir
fácilmente la relación espacial entre el extremo distal de la sonda
y el tejido objetivo. El sistema también puede generar una línea o
flecha en la imagen mostrada, que muestra la trayectoria desde la
punta distal de la sonda al objetivo. El médico puede utilizar la
información mostrada en la imagen presentada para llevar el extremo
distal de la sonda a aplicación con el objetivo, por ejemplo, el
médico puede llevar el extremo distal del cuerpo de sonda para que
se aplique a la vía respiratoria adyacente al objetivo y puede hacer
avanzar la aguja de biopsia a su posición extendida y de esta
manera, perforar la pared de la vía respiratoria y aplicarse al
objetivo.
Debido a que la localización del extremo distal
de la sonda solamente es capturada cuando el paciente se encuentra
en el mismo estado respiratorio que se ha utilizado en la
adquisición de imágenes, la posición adquirida del extremo distal de
la sonda, transformada en el marco de referencia de la imagen,
representa con precisión la posición relativa del extremo distal de
la sonda y de los tejidos circundantes. El paciente continúa
respirando mientras se hace avanzar la sonda en la vía respiratoria.
Se adquiere una nueva posición de la sonda en cada ciclo
respiratorio cuando el paciente alcanza el estado de inhalación
mínimo. Cada vez que se adquiere una nueva posición de sonda, la
visualización mostrada en la pantalla CRT se revisa para que se
conforme a la nueva posición de sonda. De esta manera el médico
puede monitorizar el progreso del extremo distal de la sonda hacia
el tejido objetivo. El médico puede alinear con precisión la sonda
con el tejido objetivo.
El procedimiento discutido más arriba puede
variarse de muchas maneras. Por ejemplo, se puede ajustar el
ordenador para que encuentre la localización media de la inhalación
máxima del ciclo respiratorio del paciente, y se puede adquirir la
imagen en un estado de inhalación máxima similar. En una variante
adicional, el ordenador puede seleccionar un eje arbitrario para
trazar el movimiento del transductor de referencia de manera que el
eje se alinee con la dirección principal de movimiento del
transductor de campo de referencia durante la respiración. Por
ejemplo, el ordenador puede rastrear en primer lugar la localización
del transductor de campo de referencia utilizando un eje horizontal,
vertical u otro preseleccionado para encontrar el máximo y el mínimo
en la localización sobre ese eje. A continuación, el ordenador puede
calcular el tiempo promedio entre máximos sucesivos o mínimos
sucesivos. Ese tiempo se corresponde al periodo del ciclo
respiratorio. A continuación, el ordenador puede probar varias
parejas de localizaciones, incluyendo cada una de ellas un punto
retrasado temporalmente un periodo completo desde otro punto. A
continuación, el ordenador puede calcular la distancia en un espacio
en tres dimensiones entre cada pareja de puntos. La pareja de puntos
que tenga la mayor distancia se mantiene a lo largo de la dirección
principal del movimiento del transductor de campo de referencia
durante el ciclo respiratorio. A continuación, el ordenador puede
trazar la localización a lo largo de esta dirección con respecto al
tiempo.
Se puede adquirir la imagen cuando el paciente se
encuentra en un estado respiratorio anormal, tal como una exhalación
forzada máxima obtenida por forzar deliberadamente la exhalación con
el esfuerzo voluntario máximo, o con una instalación forzada máxima
obtenida forzando deliberadamente la inhalación máxima con un
esfuerzo voluntario máximo. En este caso, el estado utilizado
durante la adquisición de imágenes no se producirá durante un ciclo
respiratorio normal. Por el contrario, se instruye al paciente para
que repita el estado mientras el sistema monitoriza la localización
del transductor de campo de referencia. Después de que el paciente
haya repetido el estado en una o más pruebas, el sistema registra la
localización del transductor de referencia en este estado, o la
localización media obtenida en varias pruebas. Mientras el médico
está haciendo avanzar la sonda en el sistema respiratorio, se
instruye al paciente periódicamente para que repita el mismo estado.
El sistema adquiere la imagen cuando el paciente está aguantando su
respiración en el estado respiratorio deseado. También se puede
utilizar un estado respiratorio arbitrario, tal como un estado
intermedio entre la inhalación máxima y mínima en un ciclo
respiratorio normal. Sin embargo, el paciente típicamente no podrá
reproducir un estado arbitrario de este tipo de manera precisa. De
acuerdo con una realización adicional de la invención, cuando se
utiliza, el sistema puede proporcionar directrices al paciente y al
médico para ayudar a duplicar un estado respiratorio arbitrario. De
esta manera, si el transductor de referencia se monta en el paciente
antes del procedimiento de captura de imágenes, y si el transductor
de campo de referencia es visible en la imagen, la posición del
transductor de campo con relación a los puntos identificables en el
cuerpo, tal como la espina escapular o esternón variará con el
estado respiratorio del paciente. Por ejemplo, si se monta el
transductor de campo de referencia en las costillas, el transductor
de campo se moverá hacia fuera, separándose del eje central del
cuerpo cuando el paciente inhala. Cuando el paciente se coloca sobre
la mesa próximo a los transductores de campo externo, el sistema
puede rastrear la localización del transductor de campo de
referencia de la manera que se ha discutido más arriba. La posición
del transductor de campo de referencia puede ser transformada en el
marco de referencia de la imagen. Si el paciente se encuentra en el
mismo estado respiratorio que se utilizó en la captura de la imagen,
la posición del transductor de campo de referencia en el marco de
referencia de la imagen se superpondrá a la representación del
transductor de campo de referencia en la imagen. En una variante
adicional, se pueden fijar al paciente dos o más transductores de
referencia en localizaciones que se mueven hacia o desde una a la
otra durante la respiración. El sistema puede rastrear la distancia
entre los transductores de referencia como una medida del estado de
respiración.
El médico puede utilizar la información respecto
al estado respiratorio proporcionado por el transductor o
transductores de referencia para proporcionar reinformación al
paciente, por ejemplo, instruyendo al paciente para inhale o exhale
ligeramente para ajustarse mejor al estado respiratorio utilizado
durante la captura de las imágenes. Alternativamente, se puede
controlar automáticamente un respirador mecánico para conseguir la
superposición entre la posición de referencia del transductor de
campo de referencia como está determinada por el aparato de
transmisión y recepción de campo y la posición mostrada en la
imagen. De esta manera, se puede disponer el respirador para que
proporcione sustancialmente una respiración normal seguida por
periodos de aguante de respiración forzada e inflado de los pulmones
en la extensión necesaria para que se corresponda con la posición
capturada en la imagen.
En los procedimientos que se han discutido más
arriba, se hace avanzar la sonda a través de la vía respiratoria.
Sin embargo, se pueden obtener las mismas ventajas en procedimientos
cuando se hace avanzar la sonda a través de la piel o a través del
tracto intestinal, a otros órganos afectados por el movimiento
debido a la respiración.
Puesto que se pueden utilizar estas y otras
variaciones y combinaciones de las características que se han
discutido más arriba sin separarse de la amplitud de la presente
invención, la descripción que antecede de la realización preferente
se debe tomar a título ilustrativo en lugar de serlo a título
limitativo de la invención definida por las reivindicaciones.
La presente invención se puede aplicar en
procedimientos médicos y veterinarios.
Claims (10)
1. Aparato para efectuar un procedimiento médico
en el ciclo respiratorio de un paciente, que comprende:
- (a)
- un medio para adquirir una imagen del paciente en un marco de referencia de imagen mientras el paciente se encuentra en un estado respiratorio seleccionado, siendo el citado estado respiratorio seleccionado una etapa del ciclo respiratorio normal del paciente;
- (b)
- una sonda adaptada para insertarse en el sistema respiratorio del paciente, una herramienta médica intracorporal y un transductor de campo de sonda;
- (c)
- un conjunto de transductores de campo externo adaptados para definir un marco de referencia de localización, estando conectados los citados transductores a un dispositivo de transmisión y recepción de campo y a un ordenador, en el que se disponen el ordenador, el dispositivo de transmisión y recepción de campo y los transductores de campo externo para que cooperen con el transductor de campo de sonda para determinar la disposición de la sonda en el marco de referencia de localización; y
- (d)
- un transductor de campo de referencia el cual, cuando se encuentra en uso, se despliega en el exterior del cuerpo del paciente en una posición que se mueve durante la respiración y está conectado al dispositivo de transmisión y recepción de campo, en el que se disponen el ordenador, el dispositivo de transmisión y recepción de campo y los transductores de campo externo para cooperar con el transductor de campo de referencia para determinar su disposición en el marco de referencia de localización;
en el que el ordenador está adaptado para:
- transformar al menos una de las imágenes y la disposición de la sonda en el citado marco de referencia de localización para colocar la imagen y la disposición de la sonda en un marco de referencia común;
- mostrar la citada imagen del paciente habiendo una representación de la sonda que se encuentra superpuesta a la misma en una localización que se corresponde a la disposición de la sonda en el marco de referencia común;
- detectar cuando el paciente se encuentra en el citado estado respiratorio seleccionado monitorizando la posición del transductor de campo de referencia;
- establecer una posición del citado transductor de campo de referencia que se corresponda a la citada etapa seleccionada del ciclo respiratorio monitorizando la posición del transductor de campo de referencia en una pluralidad de ciclos respiratorios y encontrando una posición extrema del transductor de campo de referencia que se produce en cada ciclo.
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que
la citada posición extrema se corresponde a la expiración
mínima.
3. El aparato de la reivindicación 2 o de la
reivindicación 3, en el que el citado ordenador está adaptado para
detectar cuando el paciente se encuentra en la citada etapa
seleccionada determinando si la posición del transductor de campo de
referencia se corresponde a la citada posición extrema con una
tolerancia preseleccionada.
4. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la sonda está adaptada para
que sea avanzada en el interior de una vía respiratoria.
5. El aparato de la reivindicación 4, en el que
la sonda está adaptada para hacer pasar una parte de la sonda a
través de la pared de la vía respiratoria y tomar muestras o tratar
tejidos en un objetivo situado dentro de los tejidos que rodean a la
citada vía respiratoria.
6. El aparato de la reivindicación 5, en el que
la citada sonda incluye un endoscopio y una aguja y está adaptada
para hacer avanzar el endoscopio hasta que el endoscopio se
encuentre situado en la pared de la vía respiratoria adyacente a la
localización objetivo, y a continuación, hacer avanzar la aguja a
través de la pared de la vía respiratoria.
7. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la citada imagen incluye una
pluralidad de puntos identificables en el cuerpo del paciente.
8. El aparato de la reivindicación 7, en el que
los citados puntos identificables incluyen un punto en el omóplato o
en el esternón.
9. El aparato de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el citado ordenador está
adaptado para transformar la disposición de la sonda en el marco de
referencia de imagen.
10. El aparato de la reivindicación 9, cuando
depende de la reivindicación 4, en el que se dispone el ordenador
para que muestre una imagen de la vía respiratoria y de los tejidos
circundantes de manera que la posición de la citada sonda y la
trayectoria para mover la citada sonda para que se aplique a la
citada localización objetivo se pueda visualizar viendo la imagen
mostrada.
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