ES2264845B2 - Sistema de analisis y gestion de imagenes quirurgicas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de análisis y gestión de imágenes quirúrgicas (sagiq). La presente invención tiene por objeto un sistema de análisis y gestión de imágenes quirúrgicas que consiste en una unidad portátil que consta de dos módulos a la que se conectan los diversos dispositivos generadores de imagen y señales, incluyendo señales ópticas, señales de dispositivos de diagnóstico e imágenes radiológicas permitiendo su integración y combinación para facilitar su visualización por el usuario. El sistema propuesto tiene aplicación clínica y docente y permite su uso en quirófanos y unidades de cuidados intensivos.
Description
Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas (SAGIQ).
La presente invención tiene por objeto un
sistema de análisis y gestión de imágenes quirúrgicas que consiste
en una unidad portátil que consta de dos módulos a la que se
conectan los diversos dispositivos generadores de imagen y señales
de vídeo instalados en el quirófano, incluyendo señales ópticas,
señales de dispositivos de diagnóstico e imágenes radiológicas y
que permite su integración y combinación para facilitar su
visualización por el usuario en canales individuales o en
combinaciones de imágenes en diferentes pantallas. El sistema
propuesto tiene aplicación clínica y docente y permite su uso en
quirófanos y unidades de cuidados intensivos.
En el campo de la Neurofisiología, y
concretamente en la monitorización y la combinación
imagen-datos, existen referencias relativas a un
dispositivo denominado "vídeo electroencefalograma (video
EEG)" que se utiliza para registrar simultáneamente, en una
montaje en una habitación especialmente habilitada, datos de
señales eléctricas (electroencefalograma, EEG) e imágenes (video) de
un paciente, pero esto tiene únicamente una eventual relación muy
genérica con el sistema propuesto, puesto que el sistema objeto de
la presente invención está específicamente diseñado para su uso en
el quirófano durante intervenciones de alta complejidad, como
neurocirugía, y permite, por un lado, integrar múltiples fuentes de
imagen en distintos formatos de origen (imagen óptica: vídeo,
microscopio, endoscopio, cámaras,...) entre sí y/o con fuentes de
datos en uso intraoperatorio, sin incorporar ningún tipo particular
de sistema de adquisición de datos, mientras que el "video
EEG" es un dispositivo específico para la adquisición de
únicamente señales de EEG con una única fuente de imágenes, y por
otro lado, al estar (el SAGIQ) diseñado para uso intraoperatorio
cumple las condiciones de tamaño, modularidad, e interoperabilidad
con los diversos sistemas que se usan habitualmente en quirófano,
mientras que el "video EEG" requiere adaptar una habitación
para la realización de la prueba. [Clark, J. et al.: Medical
Instrumentation Application and Design (Ed), 1998; Morihisa J.M.:
Avances en Neuiroimagen. Psiquiatría Editores S.L, 2002; Greenleaf
W., Piantanida T.: Medical applications of virtual reality
technology, en Mudry K.M, Plonsey R., Bronzino J.D. (Eds):
Biomedical imaging, CRC Press 2003; Rangayyan R. M.: Biomedical
Signal Analysis. A Case-Study Approach, IEEE Press
Series in Biomedical Engineering, 2002; Clínica Universitaria de la
Universidad de Navarra: Funcionamiento e indicaciones de una unidad
de Video-EEG].
Otra antecedente a nuestra invención y
relacionada con ella, es el proyecto de diseño y montaje de la
Universidad de California (UCLA) y RBB Architects Inc. de
"quirófanos" del futuro" en un nuevo hospital, referido en su
"Annual Seminal on Imagin and Informatics (Arrowhead,
California, 2004), donde se especifica como criterios de diseño la
integración de imagen, vídeo y datos, el control centralizado por
el cirujano de todos los dispositivos, la utilización de múltiples
pantallas planas en el quirófano y se refiere de forma genérica a
un prototipo desarrollado que indican que estará en "ajuste"
en el período 2005-2010. Aún cuando los conceptos
subyacentes sí sean coincidentes con los de nuestro sistema, de la
descripción que proporcionan se infiere que se trata de un sistema
digitalizado, con control y funcionamiento mediante sistemas
informáticos -y de muy elevado coste y prestaciones- mientras que
el sistema objeto de nuestra invención se fundamenta en el
procesado y combinación de las señales de imagen, vídeo y datos en
un sistema analógico (electrónico) no digital ni informatizado,
aunque, evidentemente, sí conectable e interoperativo con éstos y
con un coste muy inferior, sin necesidad de ordenadores de
procesado ni sistemas de digitalización y almacenamiento digital de
imagen/vídeo/datos. Este último aspecto es muy relevante, puesto que
alcanzar la máxima calidad de imagen (con muy alta resolución,
imprescindible en sistemas quirúrgicos) en tiempo real y con
múltiples fuentes simultáneas impone unos altísimos requerimientos
de sistemas y ordenadores de procesado y almacenamiento, en cuanto
a velocidad de procesado, volumen físico de los sistemas,
condiciones ambientales de funcionamiento (temperatura,...) y, por
supuesto, coste. Nuestro sistema, al estar diseñado en formato
analógico proporciona la máxima calidad óptica, en tiempo real, con
múltiples entradas y salidas de imagen y señales, sin requerir
ningún ordenador de procesado (que puede incorporarse como elemento
auxiliar), y con un volumen del sistema aproximadamente igual al de
dos maletines (tamaño de un ordenador portátil). El almacenamiento
de la información generada puede realizarse en formato analógico
(vídeo convencional) o digital (DVD, digitalización), posibilitando
su uso con la tecnología de bajo coste actualmente disponible para
uso doméstico y profesional.
Se conocen referencias sobre "planificación
quirúrgica", "entrenamiento quirúrgico",
"telecirugía", "robótica quirúrgica" y sistemas similares,
pero como se ha puesto de manifiesto (Nathoo N, Cavusoglu MC,
Vogelbaum MA, Barnett G: In touch with robotics: Neurosurgery for
the future. Neurosurgery 56: 421-433, 2005), estos
sistemas combinados "hombre-máquina" pueden ser
el futuro de la neurocirugía pero en la actualidad están fuera de
la práctica clínica.
Desde el punto de vista ergonómico, hay
referencias sobre el interés de los sistemas de integración de
imágenes y datos en quirófanos [Decker K, Bauer M: Ergonomics in
the operating room - from the anesthesiologist's point of view. Min
Invas Ther & Allied Technol 12:268-277, 2003;
Gerbrands A, Albayrak MSc, Kazemier MD: Ergonomic evaluation of the
work area of the scrub nurse. Min Invas Ther & Allied Technol
13:142-146, 2004; Van Veelen MA, Jakimowicz JJ,
Kazemier G: Improved physical ergonomics of laparoscopic surgery.
Min Invas Ther & Allied Technol 13:161-166,
2004; Van Veelen MA, Nederlof EAL, Goossens RHM, Schot CJ,
Jakimowicz JJ: Ergonomic problems encountered by the medical team
related to products used for minimally invasive surgery. Surg Endosc
17:1077-1081, 2003] dada la necesidad de optimizar
para todos los profesionales (cirujanos, anestesistas, técnicos,
personal de enfermería,...) la visualización de las múltiples
fuentes de información competitiva en un escenario tan demandante
como un quirófano que justifican el interés y aplicabilidad del
sistema objeto de la presente invención.
La presente invención se refiere a un sistema de
control y gestión de imágenes y señales de vídeo procedentes de
distintas fuentes instaladas en un quirófano, en diferentes
técnicas y formatos que consta de:
1) una unidad primaria (Unidad 1) de entrada y
salida de las imágenes y señales donde se realizan etapas de
filtrado, adaptación y amplificación de las señales de audio y
vídeo, y donde el usuario determina qué imágenes o combinación de
ellas van a ser enviadas a los diferentes canales de salida,
2) una unidad secundaria (Unidad 2) que realiza
el filtrado, amplificación y multiplexión analógica de las señales
de vídeo, generando visualizaciones combinadas de todas las
imágenes (de 4 en 4 o las 8 simultáneas)
3) un servidor de video Web, que permite el
acceso remoto (desde Internet), con las adecuadas contraseñas de
acceso, a la señal decidida por el usuario desde la unidad central,
y
4) una unidad exterior dotada de monitor o cañón
de proyección de vídeo, altavoces y micrófono (conectada con las
unidades principales por un cable de audio y vídeo o por un enlace
inalámbrico) a la que sale la señal de audio y vídeo (incluyendo
cualesquiera de las señales de entrada individuales o sus
combinaciones) decidida por el usuario de la unidad central y desde
la que, cuando este usuario decida, puede entrar hacia la unidad
central la señal de
audio.
audio.
La Unidad 2 consta de un circuito multiplexor de
vídeo analógico de 8 canales (formato PAL, con 50 fps) que admite
hasta 8 señales de entrada y genera i) una señal de salida de vídeo
con cada uno de estos canales, amplificado y filtrado, ii) una
señal de vídeo con combinaciones tipo "mosaico" de estos
canales de 4 en 4, o los 8 simultáneos, según seleccione el
usuario, iii) una señal de vídeo con los 8 canales simultáneos y
iv) una señal de vídeo con una cualquiera de las señales anteriores
(canales individuales o combinaciones) para su conexión con un
servidor de video Web estándar (cualquier modelo comercialmente
disponible que admita como entrada una señal de vídeo). Este
servidor de video Web permite la visión del canal seleccionado por
el usuario del sistema desde cualquier ordenador conectado a
Internet y adecuadamente configurado para acceder al servidor de
vídeo de que se trate.
La Unidad 1 contiene un conjunto de módulos
amplificadores y de filtrado de vídeo convencionales (formato PAL)
dotado de 10 canales de entrada de señales de vídeo en el que
entran las señales de vídeo generadas como salida por la Unidad 2 y
dos canales de entrada de audio en el que entran las señales de
audio generadas por los micrófonos situados, respectivamente, en el
quirófano y en la Unidad Exterior. La Unidad 1 dispone, asimismo,
de 9 canales de salida de señal de vídeo a los que el usuario puede
asignar cualquiera de las señales de vídeo de entrada y 4 canales
de salida de audio hacia altavoces y sistemas de grabación de audio
instalados en la Unidad Exterior y en el quirófano. Todas las
conexiones y cableado se realizan mediante cables coaxiales
apantallados dotados de conectores
BNC.
BNC.
Las referidas imágenes y señales pueden ser
ópticas (procedentes de microscopio, endoscopio, cámaras de campo
quirúrgico, microcámaras de casco, cámaras de entorno y
cualesquiera otro tipo de cámara analógica o digital que genere
señal de vídeo de salida), radiológicas (imágenes o datos de
tomografía computerizada (TC), resonancia magnética (RM),
ecografía, tomografía de emisión de positrones (PET) y cualesquiera
otras técnicas) y datos (señales de sistemas monitorización, como
los monitores de anestesia y de neurofisiología y otros).
La independencia de las Unidades 1 y 2 permite
que el cableado y conexionado desde la Unidad 1 hacia los distintos
monitores y grabadores de vídeo y audio se mantenga fijo y el
usuario pueda conectar libremente cada uno de los diferentes
dispositivos que se usan en el quirófano a los canales de entrada
(C-1 hasta C-8) de la Unidad 2. Una
configuración típica consta de los siguientes dispositivos en cada
canal: C-1: cámara de casco del cirujano,
C-2: señal de vídeo de los monitores de anestesia,
C-3: cámara de campo quirúrgico,
C-4: señal de vídeo del microscopio quirúrgico,
C-5: señal de vídeo del endoscopio,
C-6: señal de vídeo del ecógrafo o del equipo de
radiografía intraoperatoria, C-7: señal de datos o
vídeo del servidor del Servicio de Radiología (TC, RMN, PET, SPECT,
...), C-8: señal de vídeo del neuronavegador.
En cuanto a sus aplicaciones, en uso clínico, la
visualización y gestión de las imágenes y señales proporcionada por
el SAGIQ permite mejorar la información que los diversos
profesionales (neurocirujanos, neurofisiólogos, anestesistas,
técnicos,...) reciben durante la intervención (observar
simultáneamente varias señales, efecto de acciones en elementos
internos,...) y, especialmente para los neurocirujanos, reducir su
fatiga por observación de monitores distintos instalados en
posiciones diferentes.
Las diferentes señales pueden verse en monitores
individuales o múltiples en el interior o exterior del quirófano.
En uso docente, pueden seleccionarse señales de imagen y enviarse
al exterior del quirófano (aula, sala de conferencias,...) así como
establecerse un doble canal de audio bajo control del neurocirujano
y generarse una videoteca de intervenciones neuroquirúrgicas
(actualmente comenzada). Por otra parte, se establece una salida a
Internet a través de un servidor de video Web que posibilita, con
el adecuado control de seguridad, la comunicación con especialistas
en otros países o instituciones, especialmente aplicable en
investigación de técnicas neuroquirúrgicas y de patologías de escasa
frecuencia.
Otras aplicaciones a considerar del sistema de
gestión de imágenes quirúrgicas objeto de la presente invención: en
quirófanos, incluyen otros tipos de intervenciones quirúrgicas de
muy alta complejidad (cardiovascular, trasplantes etc) en las que
se utilizan numerosas fuentes de imagen y datos, unidades de
cuidados intensivos, salas de despertar y/o control de anestesia y,
en general, en recintos y/o instalaciones -especialmente en ámbitos
clínicos y/o sanitarios- donde sea necesario controlar
simultáneamente diversas fuentes de imagen y/o señales en
monitores. A diferencia de los sistemas de videoconferencia, no se
plantea ni establece en ningún momento un enlace bidireccional
simultáneo de imagen, y, a diferencia de los sistemas de control de
cámaras de seguridad, se plantea una estructura jerarquizada de
entrada de diversas señales que, además de ser evaluadas por un
"observador principal" (neurocirujano que controla el sistema),
son distribuidas, combinadas de forma adecuada a distintos puestos
de trabajo que se encuentran en la misma sala (quirófano) o en el
exterior. Especialmente importante son las posibilidades de
- \sqbullet
- enviar la señal de vídeo del microscopio quirúrgico o del endoscopio simultáneamente con la señal de los monitores de anestesia al puesto de trabajo de los neurofisiólogos (en quirófano) de manera que puedan ver exactamente dónde el neurocirujano está situando los electrodos cuyas señales está observando.
- \sqbullet
- enviar señal de monitores de anestesia al monitor de visualización del neurocirujano
y otras múltiples posibilidades
análogas.
Figura
1
A = Componentes situados en el interior del
quirófano. 1a = Monitores de TV o pantallas planas o proyectores.
1b = Altavoces. 2 = Microscopio quirúrgico. 3 = Endoscopios y
dispositivos análogos. 4 = Sistemas de monitorización de anestesia
(respiradores y similares). 5 = Sistemas de neuronavegación (y otros
dispositivos análogos de posicionamiento y navegación quirúrgica).
6 = Sistemas de radiología de uso intraoperatorio (ecografía, rayos
X..). 7 = Estudios radiológicos del paciente de preparación de la
cirugía (TC, RMN, PET,...). 8 = Cámaras de entorno quirúrgico. 9 =
Microcámaras en cascos de neurocirujanos. 10 = Cámaras de campo
quirúrgico. 11 = Servidor de video web.12 = Unidad central.13 =
Videoimpresoras y dispositivos análogos. 14 = Sistemas de grabación
analógicos (grabadores VHS,..) y digitales (grabadores DVD,
tarjetas de digitalización...). B = Componentes de la Unidad
Exterior (situada en un aula, salas de conferencia o recinto
similar). 15 = Altavoces. 16 = Monitores de TV o pantallas planas o
proyectores. 17 = Micrófonos. C = Internet. 18 = Terminal de acceso
(ordenador conectado a Internet)
Figura
2
La Unidad 2 es el multiplexor de vídeo analógico
de 8 canales. C-1 e hasta C-8e son
los canales donde el usuario conecta las señales procedentes de los
diferentes dispositivos del quirófano (señales de entrada en el
sistema). C-1 hasta C-8 son señales
de vídeo con cada uno de los canales de entrada, amplificado y
filtrado. La señal "SEL" es una señal de vídeo con
combinaciones tipo "mosaico" de los canales C-1
hasta C-8 de 4 en 4, o los 8 simultáneos, según
seleccione el usuario. La señal "IMG COMPLETA" es una señal de
vídeo con los 8 canales simultáneos. La señal SW es una señal de
vídeo de salida hacia el servidor de video Web con una cualquiera de
las señales anteriores (C1 hasta C8, señal "SEL" o señal "IMG
COMPLETA"). E-1 hasta E-10 son 10
los canales de entrada de señales de vídeo en la Unidad 1 en los que
entran las señales de vídeo generadas como salida por la Unidad 2.
E13 y E14 son, respectivamente, dos canales de entrada de audio en
los que entran las señales de audio generadas por los micrófonos
situados en el quirófano (E13) y en la Unidad Exterior (E14).
S-10, S-12, S-14,
S-16 y S-18 son salidas de vídeo
para visualización de imágenes en monitores instalados en el
quirófano y S-9 es una salida de vídeo a un monitor
o proyector para visualización de imágenes en la Unidad Exterior,
S-10b, S-11, S-13,
S-15, S-17 son salidas de vídeo para
registro y grabación de las imágenes.
Figura
3
Además de los elementos descritos en la Figura
2, se incluyen los adaptadores de impedancia (indicados como
"ADAPT. IMP.") necesarios para la conexión de los micrófonos de
E-13 y E-14 y sus correspondientes
conexiones de alimentación (indicados como "EXT".).
El Sistema de Análisis y Gestión de Imágenes
Quirúrgicas (SAGIQ) desarrollado y consta de los siguientes
elementos: unidad de entrada de las señales (imagen o datos de
distintas fuentes), unidad de combinación (multiplexión) donde se
generan las visualizaciones individuales y combinadas, servidor de
video Web (donde se adecuan las señales para su transmisión por
Internet) y conjunto de dispositivos (pantallas, monitores, en el
quirófano y en unidades exteriores) donde se visualizan las
distintas señales y con los que se establece la conexión de audio
(en unidades exteriores).
Las distintas señales de entrada (canales
C-1e hasta C-8e) entran en la Unidad
2. Esta Unidad 2 genera combinaciones (tipo "mosaico") de
estos canales de 4 en 4 (señal "SEL"), la señal combinada de
todos juntos (señal "IMG.COMPLETA") y señales de canales
individuales o combinados hacia un servidor de video Web que
posibilita su transmisión por Internet. Las señales individuales
originales (C-1 hasta C-8) o las
visualizaciones generadas por la unidad 2 (señales "SEL" e
"IMG.COMPLETA") entran en la unidad 1 donde se amplifican y
redirigen a los distintos dispositivos de salida tanto para
visualización de imágenes en el quirófano (salidas
S-10, S-12, S-14,
S-16, S-18) o en unidades exteriores
-salas de conferencias, aulas, ... conectadas con el quirófano-
(salida S-9 a un monitor o un dispositivo de
proyección) como para registro y grabación de las mismas (salidas
S-10b, S-11, S-13,
S-15 S-17). La visualización puede
verse en un monitor (TV) convencional conectado por cable con el
sistema (V1), en un monitor (TV) convencional con conexión
inalámbrica con el sistema (este enlace inalámbrico permite tener
múltiples receptores de la misma señal) (V2) o en otros monitores
conectados mediante un duplicador a la señal dada por V1.
La señal elegida puede también digitalizarse
mediante la conexión de la señal de VI con una tarjeta capturadora
de vídeo instalada en un ordenador personal convencional.
La conexión de señales de audio con Unidades
Exteriores se controla desde la UNIDAD 1. La entrada de audio
E-14 puede ser escuchada en el interior del
quirófano mediante las salidas L-3 y
L-4, y registrada (grabada) en L-2.
La señal de audio emitida desde el quirófano (entrada
E-13) puede ser escuchada en las Unidades Exteriores
mediante la salida L-1.
El número y asignación de los diferentes canales
de entrada y salida puede ser modificado por el usuario desde las
Unidades 1 y 2.
Claims (5)
1. Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas caracterizado porque consta de
- i)
- una unidad primaria (Unidad 1) donde entran las señales de vídeo procedentes de los distintos dispositivos generadores de imagen y señales de vídeo instalados en el quirófano y audio, desde un micrófono, y donde se realizan etapas de filtrado, adaptación y amplificación de las mismas mediante módulos amplificadores de señales de vídeo convencionales, en formato PAL, y donde el usuario determina qué imágenes o combinación de ellas van a ser enviadas a los diferentes canales de salida,
- ii)
- una unidad secundaria (Unidad 2), conectada con la anterior, en la que se realiza la multiplexión analógica de las señales de vídeo de entrada filtradas por la Unidad 1 mediante un circuito de procesado (multiplexado) de vídeo PAL con velocidad de 50 fps. Este circuito genera visualizaciones combinadas (tipo "mosaico") de las señales de vídeo (de 4 en 4 hasta un máximo de 8). Las señales de vídeo de entrada o las visualizaciones combinadas se transfieren mediante interruptores selectores múltiples, por el usuario a los diferentes canales de salida de la Unidad 2, para la conexión a los mismos de monitores de televisión o proyectores de vídeo,
- iii)
- un servidor de video Web convencional, que permite el acceso remoto (desde Internet), con las adecuadas contraseñas de acceso, a cualquiera de las señales de vídeo disponibles,
- iv)
- una Unidad Exterior dotada de un monitor de televisión o dispositivo de visualización de señales de vídeo, un altavoz y un micrófono conectada con la Unidad 2.
2. Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas según reivindicación 1, caracterizado porque las
referidas imágenes y datos son ópticas (procedentes de microscopio,
endoscopio, cámaras de campo quirúrgico, cámaras de entorno y
cualesquiera otro tipo de cámara analógica o digital que genere
señal de vídeo de salida), radiológicas (imágenes o datos de
tomografía computerizada (TC), resonancia magnética (RM), ecografía,
tomografía de emisión de positrones (PET) y cualesquiera otras
técnicas) y datos en formato vídeo (procedentes de señales de
sistemas monitorización, como los monitores de anestesia o de
neurofisiología y otros).
3. Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas según la reivindicación 2 caracterizado porque
el usuario puede conectar, mediante conectores BNC, hasta 8 señales
de entrada de vídeo diferentes (formato PAL), procedentes de los
diversos equipos instalados en el quirófano y, a partir de estas 8
señales, generar visualizaciones combinadas de 4 en 4 imágenes
(vídeo) o con las 8 señales de imagen (vídeo) simultáneas. Cada una
de las señales de vídeo (tanto las individuales como las
combinaciones) puede dirigirse, mediante interruptores selectores
múltiples, a cualquiera de los terminales BNC de salida para su
conexión con un dispositivo de visualización y de grabación para
que en distintos puestos de trabajo situados en el entorno del
sistema puedan visualizarse simultáneamente aquellas combinaciones
de imágenes necesarios para desarrollar diversas tareas.
4. Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas según la reivindicaciones 2 y 3 caracterizado
porque cualquiera de las señales de vídeo (entradas o
visualizaciones combinadas) puede dirigirse, mediante un
interruptor selector múltiple, a un terminal conector BNC para su
conexión con un servidor de video Web, accesible desde cualquier
ordenador conectado a Internet y adecuadamente configurado.
5. Sistema de análisis y gestión de imágenes
quirúrgicas según la reivindicación 4 caracterizado porque
el sistema consta de una Unidad Exterior conectada con la Unidad 1
por un cable de audio y vídeo BNC o por un enlace inalámbrico,
mediante el que se recibe en la citada Unidad Exterior cualquiera de
las señales de vídeo individuales o combinadas seleccionada por el
usuario en la Unidad 1. La señal de audio procedente del micrófono
de la Unidad Exterior puede escucharse en el quirófano mediante un
altavoz conectado con la Unidad 1.
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Publications (2)
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