ES2351433T3

ES2351433T3 - Sistema para fundir imágenes tomográficas con la visión humana.

Info

Publication number: ES2351433T3
Application number: ES01984137T
Authority: ES
Inventors: George Dewitt Stetten
Original assignee: University of Pittsburgh
Current assignee: University of Pittsburgh
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2011-02-04
Anticipated expiration: 2021-07-09

Abstract

Un dispositivo (10) de formación de imágenes compuesto por: un dispositivo (12)de captación de imágenes,destinado a captarunaimagen (34)delaestructurainternadeunaimagen pretendida o deinterés (16); un dispositivo de presentación visual (32), destinado a presentarvisualmentelaimagencaptada(34)procedentedel dispositivo (12)decaptación deimágenes;y una superficie parcialmente reflectante y parcialmente transparente(20),orientada parareflejarlaimagen captada (34)hacia unoperador(22)del dispositivo(10)depresentacióndeimágenes,de tal manera que la imagen captada y reflejada (24)se combina o funde con la vista directa (26),porparte del operador,del objeto de interés (16)através delasuperficie(20),independientementedelaposiciónde observacióndel operador(22),cuandoel ángulocomprendidoentrela superficie y el dispositivo de presentación visual es igual al ángulo comprendidoentrelasuperficiedel planodeimagen,caracterizadopor que dicho dispositivo (12)de captación de imágenes,dicho dispositivo depresentaciónvisual (32)ydichasuperficieparcialmentereflectantey parcialmentetransparente(20)estánasegurados fijamenteaunbastidor rígido (18), que está configurado para dejar una distancia entre la superficie(20)yel objetodeinterés (16)cuandodichodispositivo(12) de captación de imágenes entra en contacto con dicho objeto de interés (16).

Description

CAM PO DE LA INVENCIÎN

Lapresenteinvención serefieregeneralmenteadispositivos para presentaciones visuales de imágenes médicas y, más particularmente,serefiereadispositivos paracombinarunareflexiónde una imagen tomográfica con la visión humana en el curso de procedimientos médicos subcutáneos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÎN

Debido a que la visión humana depende, al menos parcialmente,de la detección de luz visible reflejada,las personas no pueden—ver“el interiordeobjetos através delos cuales nopasalaluz. Enotras palabras,las personas nopuedenverenel interiordesecciones de un objeto macizo que no sea transparente.Con mucha frecuencia,y en muchos sectores tecnológicos diferentes,esta limitación de la vista puedeimpediro estorbarlaultimación eficazdeunatareaparticular.Se han venido utilizando en el pasado diversas soluciones parciales a este problema (cámaras en miniatura,métodos de empleo de rayos X,etc.), Sin embargo,sigue existiendo la necesidad de mejoras en los métodos por los que se presenta visualmente el interior de un objeto, especialmente utilizando la modalidad de formación de imágenes de formainmediatao en tiempo real.

Quizá,no existeun campo en queestalimitación delavista sea de mayorimpedimento que el campo médico.La medicina clínica recurre a menudo a procedimientos invasivos que se inician en la piel del paciente y prosiguen hacia el interior, hasta profundidades significativas dentro del cuerpo.Por ejemplo,las agujas para biopsia que se introducen a través de la pared abdominal con el fin de tomar muestras de tejido del hígado para el diagnóstico del cáncer, deben atravesarmuchos centímetros del tejido que se está interviniendo.Un problema potencial de tales procedimientos es la falta de información visual de retorno inmediata o en tiempo real en las proximidades de estructuras críticas tales como las arterias hepáticas.

M odalidades convencionales deformación deimágenes tales comolaTomografíaComputerizada(CT œ—ComputerizedTomography“) y la Formación de Imágenes por Resonancia M agnética (M RI œ —M agnetic Resonance Imaging“) pueden proporcionar datos para el registro estereotáctico de agujas para biopsia dentro de objetivos situados en el hígado, los pulmones, o en cualquier otro lugar, pero estos métodos están,típicamente,caracterizados porel desplazamiento físico del paciente entre el instante de la captación de la imagen y el procedimiento invasivo.Las modalidades de formación de imágenes en tiempo real ofrecen información de retorno más inmediata.Entre tales modalidades en tiempo real, la de ultrasonidos puede resultar muy adecuada para el guiado de agujas porque es, de preferencia, relativamente portátil,es barata,no produce radiación de ionización y presentavisualmenteun corteo rodajatomográfica,en contraposición a laangiografía,quepresentavisualmenteunaproyección.Comparadacon la angiografía,los ultrasonidos pueden ofrecerla ventaja adicional de que los profesionales clínicos no se ven apresurados en el curso de los procedimientos por el deseo de mantener al mínimo los tiempos de exposición.

Los ultrasonidos endos dimensiones (2D)convencionales se utilizandeformarutinariaparaguiarbiopsias del hígado,enlas quela aguja se mantiene en una —guía“ fijada a un transductor. La guía mantienelaagujadebiopsiaenel planodelaimagen,al tiempoquela punta de la aguja es dirigida a objetivos situados dentro de ese mismo plano. El sistema requiere, típicamente, que un profesional clínico observeunmonitoropantalladevídeo,desviandolavistadesus manos, lo quetiene como resultado una pérdidade coordinación directaentrela mano y el ojo.Si bien el profesional clínico puede adiestrarse en esta formamenos directadecoordinación,seprefiereel instintonatural yla experienciadeverlas propias manos antelos mismos ojos.

Como desventaja adicional, el sistema de guía de aguja restringe la aguja de biopsia a permaneceren el plano de la imagen, mientras que el profesional clínico puede preferirque la aguja corte el plano delaimagen en el curso dealgunos procedimientos invasivos.Por ejemplo,cuando seinsertaun catéterintravenoso (IV)en unaarteria,la configuración óptima puede serutilizarla imagen de ultrasonidos para verla arteria en corte transversal,a la vez que se inserta la aguja,de formaaproximadamenteperpendicularalaimagen,dentro delacavidad interna de la arteria.El sistema de la técnica anteriorque se acaba de describirpuedeno sercapazdellevaracabo estatarea.

Se ha desarrollado una tecnología de visualización relacionada en la que unas interpretaciones gráficas tridimensionales (3D)dedatos deCTpreviamenteobtenidos sefusionanofundenconla visión,por parte de un observador,del paciente,utilizando un espejo parcial o semitransparente conocido como espejo —semiplateado“.Un espejo parcial se caracteriza por una superficie que es capaz tanto de reflejar una parte de la luz incidente como de permitir que otra parte pase a través del espejo.M ediante el uso de un espejo parcial (u otra superficieparcialmentereflectante),un observadorpuedeverun objeto situadotras el espejoparcial,al mismotiempoqueel observadorvela imagen de un segundo objeto reflejado en la superficie del espejo.El sistemade —SuperposicióndeImágenes“ deCT basadoenespejoparcial requiere una determinación independiente de la posición tanto del paciente como del observador, utilizando dispositivos de seguimiento externos de 6 grados de libertad, a fin de permitir la provisión de imágenes apropiadas apartirdelos datos deCT previamentecaptados.

Otra tecnología de formación de imágenes recientemente desarrollada combina o funde las imágenes de ultrasonidos y la visión humanapormediodeundispositivodepresentaciónvisual montadoen la cabeza (HM D œ—Head-M ounted Display“) que lleva el operador humano.Laposiciónylaorientacióndel HMD sedeterminandeforma continua con respecto a un transductor de ultrasonidos utilizando dispositivos de seguimiento de 6 grados de libertad, y se generan perspectivas apropiadas de las imágenes de ultrasonidos para el HM D, utilizando unacomputadoradegráficos.

El documento US 5.526.812 divulga un sistema de presentación visual conocido para mejorar la visión de estructuras corporales en el curso de procedimientos médicos.El documento US

4.200.885 divulga un aparato de presentación visual ultrasónico que comprendelas características del preámbulo delareivindicación 1.

Estos sistemas de la técnica anterior pueden no ser apropiados para el uso con dispositivo de formación de imágenes en tiempo real que sea práctico. El control de los múltiples grados de libertadpuederesultardifícil,ylos sistemas puedentenerdemasiadas partes complejas como para ser útiles. Así, pues, se constata una necesidad en la técnica de proporcionar un dispositivo que sea capaz fusionarlavisión normal,porpartedeuna persona,de un objeto con una imagen —interna“ del objeto, que ponga énfasis en la libertad de movimientos del operadory/oenlasimplicidaddediseño.

COM PENDIO DE LA INVENCIÎN

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo de formación de imágenes que está compuesto de un dispositivo de captación de imágenes, destinado a captarunaimagen delaestructurainternadeun objeto pretendido o de interés, un dispositivo de presentación visual, destinado a presentar visualmente la imagen captada procedente del dispositivo de captación de imágenes,y una superficie parcialmente reflectante y parcialmente transparente,orientadaparareflejarlaimagen captadahaciaun operador del dispositivo de formación de imágenes,de tal modo que la imagen captada,reflejada,sefundeconlavistadirecta,porpartedel operador, del objeto pretendido o de interés a través de la superficie, independientemente del lugar de observación del operador, cuando el ángulo entre la superficie y el dispositivo de presentación visual es igual al ángulo entre la superficie del plano de imagen,de tal manera que dicho dispositivo de captación de imágenes,dicho dispositivo de presentación visual y dicha superficie parcialmente reflectante y parcialmente transparente están sujetos de forma fija a un bastidor rígido,el cual se ha diseñado para dejar una cierta distancia entre la superficie el objeto de interés cuando el dispositivo de captación de imágenes entraen contacto con dicho objeto deinterés.

Estos y otros detalles,propósitos y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto de un modo más evidente por la siguientedescripción delas realizaciones presentementepreferidas.

BREVE DESCRIPCIÎN DE LOS DIBUJOS

La invención y sus realizaciones preferidas en el momento presente se comprenderán mejor al hacer referencia a la divulgación detallada que se proporciona en lo que sigue,y a los dibujos que se acompañan.

La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo capazdefusionaro fundirunaimagen tomográficareflejadaprocedente de un escáner de ultrasonidos en 2D con una visión directa de una imagen pretendidao deinterés;

La Figura 2 es un esquema de los ángulos de imagen que permitenal operadordesplazarseenrelaciónconel espejosemiplateado al tiempoquesemantienelafusióndeimágenes;

La Figura 3 es una vista esquemática de un dispositivo capaz de fundir un corte o rodaja de un barrido de 3D con una vista directadeunaimagen deobjetivo;

La Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de formación de imágenes que no cae dentro del ámbito de la reivindicación1,enlaqueel dispositivodecaptacióndeimágenes seha eliminadodel restodel sistema;

La Figura 5 muestra la metodología aplicada para el funcionamiento a distancia o remoto utilizando un elemento de intervención ficticio en el campo devisión;

La Figura 6 muestra la metodología aplicada en el funcionamiento a distancia utilizando un elemento de intervención ficticio controlado deformaremotao adistancia;y

La Figura 7 es un diagrama esquemático de la presente metodología,aplicadaalapartefrontal deunamáquinadeformación de imágenes degrantamaño,tal comounescánerdeCT.

DESCRIPCIÎN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

La invención contempla, en al menos una realización preferida en el momento presente, un dispositivo para fundir o superponer la reflexión de una imagen tomográfica bidimensional del interiordeunobjetopretendidoodeinterés conlavistadelavisión humana normal del exterior de ese mismo objeto de interés. Esta metodología puede ser utilizada en cualquier aplicación en la que se deseeverel interiordeunobjeto,demaneraquelametodologíanoestá limitadaaningunaindustriao aplicación particular.Laimagen interior es captada,preferiblemente,por cualquier modalidad de formación de imágenes de forma inmediata o en tiempo real,de manera que tiempo real no indica necesariamente una presentación visual casi instantánea, sino tan solo que el objeto de interés no se ha desplazado significativamente desde que se llevó a cabo el barrido.Una de tales modalidades de formación de imágenes en tiempo real son los ultrasonidos.

Si bienestametodologíaydispositivopuedenserutilizados en muchos campos de trabajo diferentes,la presente invención puede encontraraplicabilidadparticularenel campodelamedicina.Debidoa que una intrusión sin garantías o excesiva en las partes internas de un cuerpo humano puede ocasionar daños, infección u otros efectos indeseados,estas intrusiones debenestarlimitadas tantoenel númerode experiencias comoenel alcancedelaintrusión.Así,pues,es preferible llevar a cabo procedimientos subcutáneos con al menos alguna visión directa del interiordel paciente.Comoquiera que las aplicaciones de dispositivos médicos pueden ser particularmente útiles, la presente invención se describirá con referencia a un tal dispositivo médico, aunque esta divulgación proporcionada a modo de ejemplo no deberá limitarel ámbitodeestaPatenteaningunaindustriaousoparticular.

LaFigura1 muestraunavistaisométricadeunarealización presentemente preferida de un dispositivo 10 de formación de imágenes que utiliza un transductorde ultrasonidos bidimensional (2D)12 capaz de tomar un corte o rodaja de imagen 14 en M odo B de un objeto pretendido o de interés 16.En la Figura 1,existe un transductorde ultrasonidos bidimensional 12 asegurado fijamente a un bastidorrígido

18. Este transductor 12 es, preferiblemente, un transductor de ultrasonidos convencional que capta una rodaja de imagen tomográfica —sónica“ 14 de la porción interna del objeto de interés 16 (en este caso, un pacientehumano).

Extendiéndose verticalmente desde la región media del bastidor rígido 18, existe un espejo semiplateado u otro material semitransparente y semirreflectante 20. El espejo semiplateado 20 permiteaunusuario22 (porejemplo,unmédico)observaratravés del espejo20unobjetodeinterés 16 (porejemplo,unpaciente)situadoal otroladodel espejo20,al mismotiempoqueunasegundaimagen24 es reflejada sobre la superficie anterior o frontal del espejo (según se indica porla referencia 28).De esta forma,la imagen directa 26 del objeto de interés y la imagen tomográfica reflejada 24 pueden combinarse(líneadeimagen30)enel campodevisióndel usuario22.

EnlaFigura1,el espejosemiplateado20sehailustradode manera que se extiende verticalmente desde el transductor de ultrasonidos 12,amediocaminoalolargodel mangodel transductor,si bien,dehecho,el espejo20puedeestarsituadoenalgunaotraposición, enotroplanovertical,yaseapordetrás del planovertical representado, yaseapordelantedeeste.Más específicamente,el espejosemiplateado 20 de la Figura 1 puede ser trasladado hacia delante o hacia atrás (o incluso inclinado) siempre y cuando el dispositivo de presentación visual 32 se desplace en un recorrido que esté aproximadamente en correspondencia(según sedescribeen detallemás adelante).

Enel extremoopuestodel bastidorrígido18 conrespectoal transductor 12, se encuentra un dispositivo de presentación visual de panel plano 32 que muestra la imagen de ultrasonidos u otra rodaja tomográfica 34,de manera que la porción de imagen 34 está situada cada arriba. Este dispositivo de presentación visual 32 puede ser cualquier dispositivo de presentación visual de perfil bajo o plano y puede consistir, preferiblemente, en un dispositivo de presentación visual de cristal líquido (LCD œ—liquid crystal display“).Cuando un usuario 22 observa un objeto de interés 16 a través del espejo semiplateado20,laimagen34 del dispositivodepresentaciónvisual de ultrasonidos seráreflejadaalolargodelalínea24,sobrelacarafrontal del espejosemiplateado(segúnseindicaporlareferencia28).Lalínea visual 30 del usuario será, en consecuencia, una combinación o superposición de la imagen directa 26 del objeto de interés y la reflexióndelaimagendeultrasonidos 24.

Con el fin de fusionar o fundir visualmente de un modo correcto la imagen de ultrasonidos reflejada 24 con la imagen 26 del objetodeinterés,laimagen34 del dispositivodepresentaciónvisual de ultrasonidos puede ser invertida (a lo largo de un plano horizontal), dada la vuelta o volteada (a lo largo de un plano vertical), rotada, trasladada y/o transformada en escala (dependiendo de la posición de la imagenoriginal 34,desuorientaciónydelaescalaenel dispositivode presentación visual 32),de tal manera que la imagen de ultrasonidos reflejada 24 en la cara del espejo semiplateado (según se indica porla referencia 28) reproduce correctamente el tamaño, la escala y la orientacióndelarodajadeultrasonidos 14 queseestátomando.Enun sentido práctico,si simplemente se hace rotarel transductor12 180 grados, la imagen 34 del dispositivo de presentación visual de ultrasonidos será volteada exactamente como si esta manipulación de imagen sellevaseacabo electrónicamente.

En la Figura 1 se muestra el perfil de un ojo 22 de un operadorhumano,mirandoatravés del espejosemiplateado20el objeto de interés 16 (paciente). Debido a las bien conocidas leyes de la reflexióndelaluz,laimagendeultrasonidos 34 queseencuentrasobre el dispositivodepresentaciónvisual depanel plano32 sereflejaráenla superficie del lado del operador del espejo semiplateado (según se indicaporlareferencia28).Enconsecuencia,conformeel operador22 mira el objeto de interés 16 a través del espejo semiplateado 20,la imagen de ultrasonidos reflejada 24 se funde (superpone)con,o sobre, laimagendirecta26 del objetodeinterés.Parael operador22,estas dos imágenes 24,26 se combinarán de manera efectiva en una sola imagen 30queincluyelasuperficie(visiónnormal 26)del objetodeinterés 16 yel interior(ultrasonidos 24 reflejados uotrareflexióntomográfica)del objetodeinterés 16.Debidoaqueel ángulodereflexióndelaimagen de ultrasonidos sigue el ángulo visual del operador a medida que se muevelacabezadel operador,lafusión30deestas dos imágenes 24 y 26 es independiente de la posición del operador 22 (usuario). En consecuencia, el usuario 22 puede mover la cabeza además de aprovecharal máximolavisiónestereoscópicaparaextrapolarlas partes ocultas de la herramienta invasiva (porejemplo,una aguja)a partirde las partes expuestas o al descubierto de esa misma herramienta, con respecto alas estructuras anatómicas,en el barrido deultrasonidos.

Debidoaquelaimagendirecta26 del objetodeinterés yla imagen de ultrasonidos reflejada 24 se combinan o superponen en la superficie de un espejo semiplateado (según se indica porla referencia 28)quepuedeencontrarse,deformanatural,dentro delalíneadevisión directa del operador (a lo largo de la referencia 30), el operador 22 puede mantener, preferiblemente, una coordinación directa entre las manos ylos ojos alolargodetodoel procedimiento.Estacombinación 30 deimágenes según lalíneanatural devisión permiteefectivamenteal operador 22 ver —a través de“ la superficie (por ejemplo,la piel) del formacióndeimágenes puedeserutilizadocon,prácticamente,cualquier tecnología de formación de imágenes, el uso de una tecnología de formación de imágenes casi instantánea, tal como los ultrasonidos, permitequelas vistas deinteriorydel exteriordel objetodeinterés 16 sean casi sincrónicas. Sin embargo, el método puede ser aplicado a cualquiermodalidad de formación de imágenes tomográficas en tiempo real,de manera que —tiempo real“ se refiere a cualquiermodalidad de formación de imágenes que sea capaz de actualizar la imagen visualmente presentada 34 antes de que el paciente (objeto de interés 16) se mueva.A medida que se reduce el movimiento del paciente, ganan utilidad las modalidades más —lentas“.En el caso de que se emplee una tecnología de formación de imágenes más lenta (es decir, existeuntiempoderetardosustancial entrelacaptacióndelaimagenya la presentación visual de la imagen), el operador 22 puede dar instrucciones al paciente16 paraquepermanezcaquieto,demodo quela imageninteriorretardada34 sigaestandoalineadaconlaimagen26 del objeto de interés de ese momento. De esta forma, puede incluso utilizarse una tecnología de formación de imágenes más lenta con la presenteinvención.

objeto de interés: 16 y en el interior de las estructuras o capas de

materiales subyacentes.

Por otra: parte, si bien el presente dispositivo 10 de

Algunas posibles modalidades de formación de imágenes —rápidas“ incluyen los ultrasonidos, la cine-CT [tomografía computerizada cinematográfica]y la M RIrápida.Algunas modalidades más —lentas“ incluyen la M RI convencional, la CT convencional, la SPECT [tomografía computerizada de emisión de fotón único œ—Single Photon Emission Computed Tomography“] y la PET [tomografía de emisión de positrones œ—Positron Emission Tomography“].Sin embargo, inclusoestas modalidades lentas puedencrearunaimagencombinadade precisión 30, siempre y cuando el objeto de interés 16 no se haya movido desde que se captó la última imagen. Sigue siendo posible introducirunaagujau otrodispositivodeintrusión utilizandolaimagen superpuestacomoguía,acondicióndequeel objetodeinterés 16 nose hayamovido.Conel findeaumentarlaprobabilidaddequeel paciente permanezca quieto, puede utilizarse alguna combinación de láser o exploradores de distancia de separación por ultrasonidos, cámaras de vídeo y/o sensores de movimiento (no mostrados) para detectar dicho movimiento y advertir al operador 22 de que la imagen no se superpondrá a la perfección (según se indica por la referencia 28).

Alternativamente, estos mismos dispositivos sensores pueden detectar exactamenteenquémedidasehamovidoel objetodeinterés 16 desdela última captación de imagen y corregir electrónicamente la imagen visualmente presentada 34 y/o la posición del dispositivo de presentaciónvisual 32 odel espejo20(véasemas adelante)conel finde compensardichomovimientodel objetodeinterés.

Los requisitos matemáticos paraubicarlos componentes del aparato se muestran en la Figura 2.El espejo semiplateado 20 está situado, preferiblemente, entre el corte o rodaja tomográfica 14 y su imagen 34 reflejada en el dispositivo de presentación visual de panel plano,separadodecadaunodeellos enel mismoángulo � (�1= �2= �). En esencia,el espejo semiplateado 20 biseca el ángulo 2�.Como se observa en la Figura 3 (más adelante), � puede aproximarse a cero. Debidoaqueel espejo20delaFigura2 bisecael ángulo2�,el punto P de la rodaja de ultrasonidos 14 y su correspondiente imagen P‘ del dispositivo de presentación visual de panel plano 34 se encuentran, ambos,a una distancia d del espejo semiplateado 20.La línea entre el puntoPdelarodaja14 ysuimagenP‘del dispositivodepresentación visual 34,a lo largo de la cual se mide d ,es ortogonal al plano del espejo semitransparente20.

La Figura muestra el ojo del observador22,con el que se superpondrá la presentación visual de ultrasonidos (a lo largo de la referencia 30),en la posición física correspondiente de la rodaja,con independencia de la posición del observador.El ángulo de incidencia desde el dispositivo de presentación visual de panel plano 34 hacia la cara del espejo semiplateado (según se indica porla referencia 28),se hadesignado porlareferencia�1 enlaFigura2.Envirtuddeleyes bien conocidas delareflexióndelaluz,el ángulodereflexión �3 es igual al ángulo de incidencia�1.Debidoaqueel espejo20biseca2� y,además, a causa de leyes bien conocidas de la geometría, el ángulo de —incidencia“ �3 desde el punto correspondiente 14 del objeto de interés 16 hacia la cara trasera o envés del espejo semiplateado 20,es también igual (�1= �2= �3= �).De esta forma,con independencia de la posicióndel observador,laimagendirecta26 del objetodeinterés yla imagen de rodaja tomográfica reflejada 24 coincidirán siempre para combinarlaimagen 30.

La Figura 3 muestra una realización preferida en el momento presente del dispositivo 10 de formación de imágenes utilizando un transductor de ultrasonidos tridimensional (3D) 12.Al igual queconel transductorde2D anteriormentedescrito,larealización de la Figura 3 detalla un espejo semiplateado o parcial 20,asegurado fijamenteal transductor12 yqueseextiendeverticalmentehaciaarriba desdeel mismo.Enestarealización,el transductor12 es capazdecaptar datos de formación de imagen en 3D de un volumen explorado o barrido 54 (por ejemplo, una imagen de ultrasonidos de 3D en tiempo real (RT3D)).Laimagen34 quesemuestraenel dispositivodepresentación visual de panel plano 32 (y,portanto,que se refleja,24,en el espejo parcial 20),es,preferiblemente,unarodajatomográficade2D através del volumen barrido 54 en el objeto de interés 16 (por ejemplo,una rodajade —ModoC“,paralelaalacaradel transductor12).Estaimagen tomográficade2D 34 puedesercomputadamatemáticamenteapartirde los datos de formación de imagen en 3D por una computadora (no mostrada). El dispositivo de presentación visual de panel plano 32 deberá estar adecuadamente colocado y orientado para reflejar con precisión, según se indica por la referencia 24, sobre el espejo semiplateado (conforme a la referencia 28) la posición de la imagen tomográficacorrespondientedentrodel objetivodeinterés 16.Unavez más,laimagen34 sobreel dispositivodepresentaciónvisual 32 es,de preferencia,electrónicamentetrasladada,rotada,transformadaen escala y/ovolteadaconel findecompletarel adecuadoregistro,independiente delaposición del observador,según serequiera.

Comparados conel sistemabasadoenCT de —Superposición deImágenes“,queutilizadatos previamenteobtenidos ocualquierotro esquema de formación de imágenes —retardador“,se prefieren datos de ultrasonidos u otros datos en —tiempo real“ para que no sea necesario establecero registrarde forma independiente,porparte del dispositivo de formación de imágenes,la posición en ese momento del paciente (objeto de interés)16.Lo que quiera que esté situado en ese momento frente al transductor aparecerá sencillamente superpuesto sobre el campo visual del operadoren la posición apropiada.Porotra parte,la presente invención presenta visualmente,de preferencia,tan solo una única rodaja,en contraposición a una interpretación en 3D completa, como ocurre en el sistema de CT de —superposición de imágenes“ (anteriormente descrito). En consecuencia, la fusión 30 de imágenes visuales puede llevarse a cabo independientemente de la posición del observador,simplemente situando el dispositivo de presentación visual 32 deultrasonidos dondesureflexión24 enel espejosemiplateado20se superponesobrelavistadirecta26 del objetodeinterés 16.Puestoque la imagen tomográfica visualmente presentada 34 es en 2D y se refleja precisamente en su posición apropiada en el objeto de interés 16,la correctacombinación 30 deestas imágenes 24,26 es independientedela posición del observador22.Esto puede sermás simple y más eficiente quesuperponerinterpretaciones en3D.

Los dispositivos según se ha descrito anteriormente incluyen la fijación rígida de un espejo semitransparente 20 y de un dispositivo de presentación visual de panel plano 32 al dispositivo de barrido tomográfico 12 (o a otro dispositivo de captación de imágenes). Esta fijación rígida y la voluminosidad asociada del dispositivo completo10puedenreducirlacapacidaddel operador22 paramanipular el dispositivo de barrido o el transductor 12 en el curso de un procedimiento.Existen diversas maneras de aumentar la libertad y la capacidad de un operador 22 para manipular el dispositivo 12 de captación deimágenes.

Por ejemplo,puede construirse un sistema de ligadura de palancas,pesos,poleas y/o resortes (no mostrados),al tiempo que se mantiene la relación rígida entre los componentes del dispositivo (escáner12,espejo20,dispositivodepresentaciónvisual 32),conel fin de ayudara la manipulación de todo el aparato 10.Este sistema de ligadura de palancas, pesos, poleas y/o resortes puede sobresalir en voladizo o reducirde otra manera la cantidad de fuerza necesaria para manipular el aparato 10.Una configuración similar,por ejemplo,se empleaamenudoenhospitales paraayudarenlamanipulacióndeluces

o focos pesados durante la cirugía. Estas palancas, pesos, poleas y/o resortes son,preferiblemente,fijados al techo o aun soportedesuelo.

Alternativamente, el operador 22 puede obtener mayor flexibilidadparamanipularel transductor12 pormediodeunsistemade ruedas de engranaje y/o dispositivos de accionamiento que mantienen el ángulo (�1)entre el dispositivo de presentación visual 32 y el espejo semiplateado 20 igual al ángulo (�2)entreel transductor12 yel espejo

20.En la medida en que el usuario 22 mueve el transductor 12 de diversas maneras, ruedas dentadas adicionales, dispositivos de accionamiento y/o codificadores de movimiento lineal y/o angular pueden adaptarse a este movimiento del transductor (y al cambio correspondienteen �2),al proporcionarunmovimientoequivalentedela imagen de ultrasonidos presentada visualmente 34 (y del correspondiente cambio en �1)a través de la manipulación física de la pantalladepresentaciónvisual 32 y/olamanipulaciónelectrónicadela imagen 34 visualmente presentada en la pantalla 32.Estas ruedas de engranaje,dispositivos de accionamiento y/o manipuladores de imagen mantienen,preferiblemente,el ángulo (�)y la posición apropiados entre el dispositivodepresentaciónvisual 32 yel espejosemiplateado20,de tal manera que el usuario 22 puede moverel transductor12 y seguir viendo una imagen de combinación apropiada 30 de la imagen 26 del objetivo de interés y la imagen de ultrasonidos reflejada 24, independiente de la posición del observador.Semejante sistema puede hacerse de modo que incorpore 6 grados de libertad para el transductor, incluyendo3 rotaciones y3 traslaciones.Al igual queconrealizaciones anteriores, esta realización conlleva la fijación del transductor 12 al restodel aparato(loquepodríaestorbarel usodel dispositivo10).

Con el fin de aumentar adicionalmente la capacidad del operador 22 para manipular el transductor 12 (u otro dispositivo de barridotomográfico),el transductor12 (uotrodispositivodecaptación de imágenes)puede serliberado físicamente del resto del aparato.Al determinar continuamente los ángulos y la posición relativos del transductor 12 con respecto al espejo semiplateado 20 utilizando un sistematal comolos sistemas comercialmentedisponibles —FLOCK-OFBIRDS“ u —OPTITRACKER“,es posible ajustarde la misma manera el ángulo (�1)y la orientación del dispositivo de presentación visual 32 conrespectoal espejo20,al objetodecompensarestamanipulacióndel transductor.En la Figura 4 se muestra una realización de un sistema para liberar un transductor de ultrasonidos de 3D 12. La rodaja apropiada a través de los datos de ultrasonidos de 3D 54 se computa y presentavisualmente(enel dispositivodepresentaciónvisual 32)conel fin realizaruna fusión o fundido de las dos imágenes 24,26 sobre la caradel espejo 20.

De forma similar, para ultrasonidos en 2D, la susceptibilidad de manipulación del transductor 12 puede ser especialmente importante cuando se busca un determinado objetivo.El problema puede afrontarse, preferiblemente, desligando el transductor 12 del resto del conjunto (el espejo 20 y el dispositivo de presentación visual de panel plano 32). Puede asegurarse un dispositivo de seguimiento de 6 grados de libertad tal como el sistema —FLOCK-OFBIRDS“ o el —OPTITRACK“, al mango del transductor 12. El dispositivodepresentaciónvisual depanel plano32 puedeserdesligado del espejo20ycontroladoporunaseriedemotores,detal maneraque el dispositivo de presentación visual 32 se disponga para permanecer exactamenteenel planoreflejadodelarodajadeultrasonidos,segúnse determina por el sistema de seguimiento dispuesto en el mango del transductor.Dichomovimientodel dispositivodepresentaciónvisual se producirá,preferiblemente,de acuerdo con principios de robótica bien conocidos.

Semejante dispositivo motorizado puede retrasarse por detrás del movimiento del transductor 12 durante manipulaciones rápidas del transductor 12 por parte del operador 22, pero, preferiblemente,alcanzará al operadoren periodos de relativa ausencia de movimiento, cuando el operador 22 haya localizado un objetivo deseado. El espejo 20 puede ser sostenido, de preferencia, de forma inmóvil con respecto al objetivo deinterés 16,estableciendo el marco de referencia tanto para el sistema de seguimiento del transductor como para el dispositivo de presentación visual motorizado 32. Alternativamente,el espejo 20 puede estarmotorizado y el dispositivo de presentación visual 32 mantenerse quieto (o bien pueden moverse tanto el espejo como el dispositivo depresentación visual).

Los restantes grados de libertad que se pueden necesitar para fundirvisualmente (superponer),según se indica porla referencia 30,laimagendeultrasonidos visualmentepresentada24 conlaimagen real 26 del objetivo,puedenaportarseporlamanipulacióngráficadela imagen visualmente presentada 34 en el dispositivo de presentación visual de panel plano 32,basándose en el seguimiento del transductor 12.Al igual queconlos conjuntos fijoyarticuladoporengranajes que se han descrito anteriormente,la manipulación con el dispositivo de presentación visual motorizado 32 y gráfica de la imagen visualmente presentada34 proporciona,preferiblemente,una—fusión“visual 30 dela imagen de ultrasonidos reflejada 24 con la imagen real 26 del objeto de interés,independiente de la posición del operador 22 o del objeto de interés 16.

En un ejemplo,dos brazos robóticos,o un único dispositivo robótico emparejado, manipulan tanto el transductor 12 como el dispositivo de presentación visual 32 (y/o el espejo 20)porcontrol a distancia o remoto,de tal manera que se mantiene la fusión visual 30. Esto puede eliminar la necesidad de efectuar un seguimiento del transductor 12, reemplazándolo por un control remoto de proalimentación [alimentación por adelantado] de la posición del transductorpormedio de una palanca de mando u otro controlador.El control simultáneo de dos dispositivos robóticos cuyos movimientos puedenestarrelacionados entresídeunmodotansencillocomoqueuno es imagenespeculardel otro,puedeconseguirsedeunamanerabastante inmediata, de manera que puede exhibir una fusión de imágenes más sincrónica.

Un punto de pivote natural para el monitorde presentación visual puedeserlareflexióndel puntodecontactoentreel transductory el objeto de interés, ya que, en el curso de un gran número de procedimientos, el operador tiende a hacer rotar el transductor de ultrasonidos en los tres grados de libertad rotacionales en torno a este punto (afin deencontrarun objetivo deinterés).Deestaforma,parael control simultáneo de los dos dispositivos robóticos que se acaban de describir,puedepreferirsehacerrotarel monitordepresentaciónvisual con tres grados de libertad en torno a este punto. Para sistemas que desplazan el dispositivo de presentación visual mientras realizan un seguimiento de un transductor manejado manualmente, puede ser necesarioal menos ungradodelibertaddetraslaciónparapermitirque el monitor de presentación visual quede coplanario con la rodaja de ultrasonidos.

Lacalibracióndel sistemafijoyel desarrollodel sistemade presentaciónvisual ligadoporservo(motorizado)odel sistemarobótico dual que se acaban de describir pueden requerir una consideración cuidadosadelos grados delibertadenel procedimientoderegistro.En primerlugar,considérese únicamente la transformación geométrica,es decir,supóngase que la escala de la rodaja captada y de la imagen visualmente presentada son idénticas y no están distorsionadas. Para completarlatransformación geométrica que registra lareflexión dela imagen de ultrasonidos hacia la rodaja real,es necesario satisfacer 6 grados delibertad.Enprimerlugar,sedisponede3 grados delibertad para manipular físicamente el dispositivo de presentación visual hasta situarlo en el plano de la reflexión de la rodaja.Esto puede adoptarla forma de dos rotaciones para situar la reflexión de la pantalla del dispositivodepresentaciónvisual paralelaalarodaja,yunatraslación ortogonal a la pantalla del dispositivo de presentación visual para llevarlaprecisamentedentro del mismo plano.

Una vez que la reflexión del dispositivo de presentación visual y la rodaja se encuentran en el mismo plano,se necesitan 3 grados más delibertadparahacercoincidirlaimagenylarodaja,loque puede conseguirse por medio de dos traslaciones y una rotación de la imagen en el dispositivo depresentación visual.En esencia,los 6 grados delibertadsitúanel dispositivodepresentaciónvisual enel planofísico apropiadoparareflejarlaimagenenel espejosemiplateado(3 grados de libertad)y,a continuación,hacerrotary trasladarla imagen sobre el dispositivo de presentación visual de tal manera que la reflexión correctamente situada quede adecuadamente alineada (3 grados adicionales de libertad)en el espejo con la imagen real del dispositivo deinterés.

M ás allá de la transformación geométrica, puede ser necesariaunacalibración adicional.En primerlugar,debecalibrarsela escala apropiada.Esto incluye una escala isotrópica (transformada de similitud)y unaescalanoisotrópica(transformadadeafinidad).Pueden precisarse correcciones adicionales para geometría no lineal tanto en el sistema de formación de imágenes como en el dispositivo de presentación visual,porcombadurao abombamiento.

En la medida en que las propiedades geométricas de la rodajanocambienconel tipodetejido,yquelageometríadelarodaja nocambieconformeel transductores desplazadoconrespectoal objeto de interés, la calibración del sistema 10 puede necesitarse tan solo inicialmente,utilizando un objeto de interés simulado (no un paciente real).Dicha calibración bastará para la geometría de la rodaja debida solo al escáner.Los cambios adicionales en la geometría de la imagen debidos a las propiedades del tejido dependerán de la posición del transductorcon respecto al tejido.Estos cambios pueden serdebidos a las diferencias en la velocidad del sonido en los diferentes tipos de tejidos.Puede serposible corregirlos utilizando técnicas de análisis de imagen como las conocidas y desarrolladas en latécnica.

Puede presentarse un problema en la calibración debido a queun modelo simulado dispuesto en un tanquedeagua,queseexplora fácilmente utilizando ultrasonidos,aparecerá desplazado ante la visión humana como consecuencia de la refracción en la superficie de separación o interfaz aire-agua. Se describen aquí algunas soluciones para este problema.Una de las soluciones puede servirse de una barra que interseca tanto la imagen reflejada (en el aire)como una rodaja de ultrasonidos desplazadaalolargodelabarra(agua).El dispositivode presentaciónvisual puedeserentonces físicamentedesplazadoorotado, y la imagen presentada en el dispositivo de presentación visual puede serdesplazadaorotadaelectrónicamenteconel findehacerquelabarra parezca intersecar apropiadamente la imagen de ultrasonidos reflejada correspondiente.

Una segunda solución de calibración incluye el uso de un modelosimuladodecalibración.El modelosimuladosecolocaenagua

o en algún otro medio de transmisión de los ultrasonidos (pero que refractalaluz)yes exploradoobarridoporel dispositivodecaptación deimágenes.Laimagense —congela“(imagenfija)enel dispositivode presentaciónvisual ysereflejaenel espejosemiplateado.Sinmoverel modelo simulado de calibración,el agua u otro medio es drenado o extraídodel equipodecalibración.El usuariopuedeentonces ajustarel dispositivo de presentación visual o la imagen sobre el dispositivo de presentaciónvisual hastaquelaimagendebarridodel modelosimulado, reflejada y —congelada“,se alinee con la imagen de visión directa del modelo simulado de calibración.Es posible utilizar,dentro del ámbito delapresenteinvención,muchos otros esquemas decalibración.

En unejemplo,sellevaacabounprocedimientoadistancia o —remoto“ mediante el uso de un dispositivo de barrido tomográfico e instrumental quirúrgico controlado a distancia con un —elemento de intervenciónficticio“,mecánicoorobótico,dentrodel campodevisión del operador, en lugar de que el objeto real de interés se encuentre dentro del campo de visión del operador.Un elemento de intervención ficticio es una réplica o reproducción física del verdadero instrumento invasivo,preferiblemente con idéntica forma pero no necesariamente a la misma escala.Bien el elemento de intervención ficticio puede ser controlado directamente por el operador (Figura 5) por medio de ligaduras o articulaciones mecánicas,codificadores y/o dispositivos de seguimiento que transfieren el movimiento deseado al elemento de intervenciónreal,obien,alternativamente,el operadorpuedeutilizarun control remoto para animar tanto el elemento de intervención ficticio como el elemento de intervención real (quirúrgico)de los movimientos correspondientes (Figura6).

Porejemplo,unprocedimientopuedeimplicarel usodeuna aguja hipodérmica o de una micropipeta para tomar muestras en un cierto plano.En la Figura 5,el dispositivo de barrido tomográfico (no mostrado) puede disponerse alineado para captar un corte o rodaja 14 del objetodeinterés,del quepuedetomarselamuestra.Laaccióndela aguja quirúrgica real 70 puede ser controlada a distancia por la manipulación,porpartedel operador22,deunelementodeintervención ficticio(aguja)70dentrodel campodevisióndel usuario,quemuestre el movimientoprecisodel elementodeintervenciónreal 72 adistancia, si bien posiblemente,a una escala diferente.La escala (asícomo la posición y la orientación) del elemento de intervención ficticio 70 coincidiráconladelaimagentomográficareflejada24 (parahacerdela imagen combinada30 unarepresentación precisa).

En este ejemplo,puede estarpresente una aguja ficticia 70 enfrentedel operador22 (distantedel objetodeinterés).El operador22 mira,preferiblemente,através del espejosemiplateado20situadoenel extremo del elemento deintervención ficticio 70.El campo devisión del operadores una imagen fundida o combinada 30 de la vista directa 26 del elemento de intervención ficticio y la reflexión de la rodaja tomográfica24.Si laagujareal 72 quellevaacaboel procedimientoen el paciente(objetodeinterés 16,nomostrado,através del cual secapa larodajatomográfica14)estáaunaescaladiferentedeladelaagujade intervención ficticia 70,entonces la imagen tomográfica 34 presentada visualmente en el monitor 32 es, preferiblemente, desplazada y/o modificada en escala de tal manera que la imagen tomográfica reflejada 24 y la vista directa 26 del elemento de intervención ficticio son de igual tamaño, escala y orientación en la superficie 28 del espejo semiplateado 20.

La aguja de intervención ficticia 70 y la aguja de intervención quirúrgica real 72 están conectadas, preferiblemente, a través dealgunaclasedemecanismodecontrol 74.EnlaFigura5,este mecanismo decontrol sehamostrado en formadeunaligaduramecánica directa74,consistenteenunabarrafijadaporunodesus extremos auna conexiónderótula57 parapermitirtres grados derotación.Conformeel operadormanipula el elemento de intervención ficticio 70,el elemento de intervención real 72 se moverá en correspondencia (si bien a una escalamás pequeña).Deformasimilar,el mecanismodecontrol puede seralgún tipo de dispositivo de seguimiento o codificadorque registre el movimientodel elementodeintervenciónficticio70ytransfieraeste movimiento al elemento deintervención real 72.

De esta manera,el operadorpuede manipularun elemento deintervención ficticio 70 y hacerqueselleveacabo un procedimiento en un objeto deinterés situado en unaubicación distante.

Este modelo de procedimiento a distancia puede ser de utilidad en procedimientos a una escala extremadamente pequeña. Supóngase,porejemplo,que debe cortarse una región microscópica de un paciente (por ejemplo, extraerse una célula cancerígena o intervenirseen unacórnea).En laregión deun instrumento decortemuy pequeño, puede utilizarse una modalidad de exploración o barrido tomográfico especializada (tal como Tomografía de Coherencia Îptica (OCT œ—Optical Coherence Tomography“) o ultrasonidos de muy alta frecuencia(100M Hz)paracaptarunarodajadeimagen.Enunaposición distante,unmédicopuede,preferiblemente,miraratravés deunespejo parcial que tiene, en su cara, una reflexión de la rodaja tomográfica superpuestasobre un instrumento decorte ficticio cuyo movimiento está ligadoal del instrumentodecortereal.Si bienel procedimientoreal se produceaunaescalamicroscópica,tanto larodajatomográficacomo el elemento de intervención ficticio pueden ser agrandados o aumentados en escala hasta un punto que permita al médico llevar a cabo el procedimientodeunmodomás relajadoypreciso.Siempreycuandose aumente la escala del elemento de intervención ficticio hasta un tamaño similar al de la rodaja tomográfica,la superposición de las imágenes puede ser situada y orientada de manera precisa una con respecto a la otra. De esta forma, los procedimientos médicos (o no médicos) a pequeñaescalapuedensermás fáciles derealizar.Similarmente,pueden llevarse a cabo a distancia procedimientos a escala grande,tales como robótica submarina utilizando formación de imágenes tomográficas basada en sónar, a una escala menor que a la que tienen lugar en realidad.

La Figura 6 detalla una posible versión de robótica. La aplicación remota de la Figura 6 es generalmente similar a la implementación de la Figura 5,con el añadido de una caja de control 84 que se emplea para controlar el movimiento tanto del elemento de intervención ficticio 80 como del elemento de intervención quirúrgica real 82.Al igual queenel ejemploanterior,el operador22 miraatravés de la superficie del espejo semiplateado 20 situado en el extremo de trabajo de un elemento de intervención ficticio 80. Una imagen tomográfica 34 del objeto de interés es presentada visualmente en un monitor32 yreflejadaalolargodeunalínea24,sobrelasuperficiedel espejo semiplateado 28.El campo de visión del operador incluye la fusión20deestas dos imágenes 24,26.

En este ejemplo,sin embargo,el operador22 no manipula, depreferencia,directamenteel elementodeintervenciónficticio80.En lugardeello,semanejaporpartedel operador22 algúntipodecontrol, porejemplo,una palanca de mando,un teclado,software activado por voz, u otro dispositivo. Este dispositivo de control provoca el movimiento tanto del elemento deintervención ficticio 80 (através dela línea o conducción de control 86) como del elemento de intervención real 82 (através delalíneadecontrol 88).EnlaFigura6,cadaunode estos elementos de intervención 80, 82 puede ser movido en un movimiento con 3 grados de libertad. El elemento de intervención ficticio 80 puede,denuevo,haberseampliado o reducido en escalapara hacermás cómodalamanipulacióndel elementodeintervenciónreal 82. Preferiblemente, el tamaño, la escala y la orientación de la imagen tomográfica 34 visualmente presentada en el monitor 34, se hace coincidir con el tamaño, la forma y la orientación del elemento de intervención ficticio 80.

Para versiones de robótica,el elemento de intervención 82 queinteraccionacon el paciente 16 no tiene porqué ser,necesariamente, unútil quirúrgicomecánico.Porejemplo,el elementodeintervención puede ser un láser, un transmisor de RF (radiofrecuencia) u otro dispositivo destinado asuministraro impartirenergíao materiasobreun objeto de interés.En estos casos,el elemento de intervención ficticio utilizadoporel operadorpuedeincluiralgunaclasededemostraciónde laenergíao materiasuministrada,yaseaesperadao medida,al paciente. Por ejemplo, puede construirse físicamente una isosuperficie de la intensidad de campo de FR esperada, y montarse en el elemento de intervención ficticio utilizado por el operador, de tal manera que el modelo de intensidad interseque o corte la imagen reflejada apropiadamente.Deestaforma,el operadorpuedetenerencuentael campodeusodel elementodeintervenciónasícomoel propioelemento deintervención.

La presente invención puede también depender de la iluminaciónqueseutiliceenel dispositivooenel entornodeeste.Por ejemplo,la luz que incide en la superficie del espejo semiplateado o parcial desde arriba (lado del operador) puede introducir reflexiones indeseadas en el espejo semitransparente. En este caso, el objeto de interés serámás difícil dever.Alternativamente,laluzquellegadeuna fuente situada pordebajo del espejo semiplateado (del mismo lado del espejoqueel objetodeinterés),puedeaumentarlaclaridaddelaimagen del objeto de interés sin introducirreflexiones de luz indeseadas en el espejo semiplateado. Diversos tipos de iluminación (visible, ultravioleta),asícomo pinturas,marcas y marcadores emisores de luz situados enlos objetivos oenlos propios útiles,puedentenerdiferentes propiedades que son ajustables al objeto de cambiar el contraste, la intensidad y la susceptibilidad de interpretación de la superposición de imágenes.

Pueden utilizarse también formas alternativas de luz para registrarposiciones enlos ultrasonidos duranteunprocedimiento.Estas fuentes luminosas alternativas pueden ser utilizadas para identificar ciertos rasgos o formaciones del objeto deinterés,además delas señales visuales en3D inherentes alasuperposicióndelaimagenreflejada.Por ejemplo,puedecrearseun plano deluzdelásercon un espejo movibley un láser,de tal manera que cualquier objeto real (parte del objeto de interés odel elementodeintervenciónficticio)quecorteel planodela luz de láserserá —marcado“ porlas líneas de colorde la luz de láser. Semejante sistema de marcación por láser puede ser utilizado con un sistemadevisiónporcomputadoraconel findepermitirladetección automatizaday ladeterminación delaposición del punto deintersección del objeto localizado y el plano de luz.Este sistema puede emplearse para una calibración automatizada con los rasgos o formaciones

correspondientes detectadas en laimagen tomográfica.

Las fuentes deluzpueden también disponersecon respecto a unas pantallas opacas de tal manera que solo se iluminen ciertas partes del objeto de interés,tal como todas las partes situadas más allá de la imagen tomográfica reflejada.De esta forma,la imagen caerá en de lo que constituirá efectivamente un plano de truncamiento a través del objeto,de manera que todas las partes de la imagen más cercanas al observadornoseiluminan.Puedenaportarseal operadorsonido,tacto y/u otras formas de información de retorno basándose en la posición de las herramientas con respecto a la imagen reflejada.Estos indicadores deinformaciónderetornopuedenavisaral operadorcuandoseestablece contacto,porejemplo,entrelapuntadeunaagujay larodajareflejada.

Pueden utilizarse diversas técnicas para alterar la imagen según se observa en el dispositivo de presentación visual de perfil bajo. La imagen puede ser rotada, trasladada, modificada en escala o distorsionada, según se ha descrito previamente, o diferentemente recortada o manipulada de muchas otras maneras,de acuerdo con las necesidades del usuario del sistema.Por ejemplo,pueden eliminarse partes extrañas de la imagen; pueden identificarse automáticamente y resaltarse gráficamente objetivos anatómicos específicos; puede realizarse un seguimiento de instrumentos quirúrgicos y simularse gráficamente sus tramos o secciones ocultas; y/o puede superponerse otra información de utilidad sobre la imagen visualmente presentada al operadorenrelaciónconel procedimientoinvasivo.

En suma,la presente invención puede serde utilidad para muchos procedimientos médicos,incluyendo la amniocentesis;muchas formas de cirugía,biopsia de tejido blando de órganos tales como el hígado,el riñónolamama;yprocedimientos tales comolainserciónde conducciones venosas centrales, o incluso de catéteres intravenosos periféricos. En la cirugía cerebral, por ejemplo, la deformación del cerebro tras la extracción de partes del cráneo conlleva una imprecisión deregistroenmodalidades quenosoninmediatas oentiemporeal,tales como la CT convencional. El guiado en tiempo real utilizando ultrasonidos puede compensar tales deformaciones, así como proporcionarun guiado adaptativo durante la extracción de un absceso, porejemplo,oenotros casos enlos quelas estructuras puedencambiar de forma o de posición durante los procedimientos.Otro ejemplo es la supervisión y la corrección de la infiltración de tejidos durante la infusióndemedicamentos contrael cáncerdentrodevenas grandes.La invenciónpuedesuponerpositivamenteel éxitoylaflexibilidaddeestos y otros procedimientos invasivos.

Puestoquelafusióndeimágenes visuales es independiente de la posición del observador, dos o más personas a cargo del funcionamiento pueden trabajar conjuntamente en el mismo campo de visión,ayudándose entre símanualmente y/o ofreciendo asesoramiento. Lainvención puedeserdegran valorparalaenseñanza,porejemplo,al clarificar el contenido de imágenes de ultrasonidos por medio de su ubicación en el objeto deinterés.

Tal ycomosehamencionadobrevementeenloanterior,la versión del dispositivo que utiliza un elemento de intervención ficticio puede serutilizada a escalas microscópicas,porejemplo,para insertar micropipetas en células individuales bajo guiado de OCT con el fin de reunirmuestras intracelulares paradeterminarsi las células sononode naturalezacancerígena (o paraaportarterapiaaunaúnica célula).Otros posibles ejemplos incluyen el uso deultrasonidos demuy altafrecuencia para guiarcirugía microscópica en la córnea,asícomo MRIde alta resolución para guiar biopsias de muestras de tejido de animales pequeños. Puede utilizarse también para guiar la administración de radiación y otros procedimientos no invasivos, o bien la presente invención puede utilizarse en muchas otras aplicaciones técnica y no técnicas.

Una o más de las realizaciones anteriores pueden estar orientadas aunaversiónportátil delapresenteinvención.El tamaño,la formaylos materiales utilizados puedenminimizarsedemaneratal,que el conjunto del aparato pueda llevarse por un único usuario (o unos pocos usuarios) al lugar de un procedimiento. Se utiliza, preferiblemente,untransductordeultrasonidos enlarealizaciónportátil debidoasupequeñotamañoyasufacilidaddeuso.Estas realizaciones puedenresultarespecialmenteadecuadas parausoenel campodebatalla paralaextracción decuerpos extraños tales como balas o metralla.

El transductor ultrasónico de la versión portátil anterior puede ser reemplazado (hacia el extremo opuesto del conjunto del espectro)porunescánerdeCT odeMRIcomparativamentevoluminoso (véaselaFigura7).El principiodefuncionamientosiguebasándoseen una relación geométrica controlada entre el escáner,el espejo 20 y el dispositivo de presentación visual 32, justamente como en las realizaciones y ejemplos anteriores.En esencia,el ángulo (�2 )entre el dispositivo de presentación visual 32 y el espejo semiplateado 20 debe serigual al ángulo (�2)entre el espejo 20 y la rodaja 91,a través del objetodeinterés,dentrodel anillodesoportedel escánerCR odeMRI

90.

La imagen procedente de una máquina de CT o de M RI puede convertirse, con frecuencia, en un corte o rodaja tomográfica apropiada en menos de un minuto desde el barrido de imagen.Una vez que el escáner de CT ya no está transmitiendo rayos X (tras haber captado la imagen),no se producirá ninguna exposición peligrosa del operador.Según se observa en la Figura 7,el anillo de soporte 90 de estas máquinas puedeproporcionarunaccesoamplioaunmédicouotro usuario22 parallevaracabounprocedimientoinvasivoenunpaciente dentrodelamáquinadeCT.Porotraparte,si el espaciosituadodentro del anillo de soporte 90 no es suficiente para un procedimiento particular,el paciente(uotroobjetodeinterés)puedensertrasladados fueradelamáquinaunadistanciaconocida,ylaimagen34 del barrido tomográfico puede ser entonces desplazada en la misma cantidad (siemprey cuando el pacienteno semuevedeningunaotramanera).

La memoria anterior describe diversas realizaciones y características diferentes deundispositivoparafundirosuperponeruna imagen directa del objeto y una imagen reflejada en una imagen combinada que incluye tanto una imagen topográfica subsuperficial de unobjetodeinterés comounaimagensuperficial visual,biendel mismo objeto o bien de un elemento de intervención ficticio.Diversas partes, selecciones y/oalternativas apartirdelas distintas realizaciones pueden ser intercambiadas, preferiblemente, con otras partes de diferentes realizaciones. Si bien la invención se ha descrito anteriormente en términos de realizaciones particulares,una persona con conocimientos ordinarios delatécnica,alaluzdelas enseñanzas aquíexpuestas,puede generarrealizaciones ymodificaciones adicionales sinsuperarel ámbito delainvención.Deacuerdoconello,hadeentendersequelos dibujos y las descripciones aquí proporcionados son únicamente a modo de ejemplo para facilitar la comprensión de la invención y no deben interpretarsecomolimitativas del ámbitodelamisma.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (10) de formación de imágenes compuesto por:

un dispositivo (12)de captación de imágenes,destinado a captarunaimagen (34)delaestructurainternadeunaimagen pretendida

o deinterés (16);

un dispositivo de presentación visual (32), destinado a presentarvisualmentelaimagencaptada(34)procedentedel dispositivo (12)decaptación deimágenes;y

una superficie parcialmente reflectante y parcialmente transparente(20),orientada parareflejarlaimagen captada (34)hacia unoperador(22)del dispositivo(10)depresentacióndeimágenes,de tal manera que la imagen captada y reflejada (24)se combina o funde con la vista directa (26),porparte del operador,del objeto de interés (16)através delasuperficie(20),independientementedelaposiciónde observacióndel operador(22),cuandoel ángulocomprendidoentrela superficie y el dispositivo de presentación visual es igual al ángulo comprendidoentrelasuperficiedel planodeimagen,caracterizadopor que dicho dispositivo (12)de captación de imágenes,dicho dispositivo depresentaciónvisual (32)ydichasuperficieparcialmentereflectantey parcialmentetransparente(20)estánasegurados fijamenteaunbastidor rígido (18), que está configurado para dejar una distancia entre la superficie(20)yel objetodeinterés (16)cuandodichodispositivo(12) de captación de imágenes entra en contacto con dicho objeto de interés (16).
2.

El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho dispositivo (12) de captación de imágenes captaunaimagen bidimensional (34).
3.

El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 2,en el cual dicha imagen bidimensional (34)es una imagen deultrasonidos.
4.

El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho dispositivo (12) de captación de imágenes captaun conjunto dedatos tridimensionales.
5. El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual dicho dispositivo (12) de captación de imágenes captaunaimagen deultrasonidos tridimensional.
6. El dispositivo deformación deimágenes deacuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye

5 adicionalmente un sistema de ligadura que permite la manipulación del dispositivo deformación deimágenes.
7. El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1,que incluye adicionalmente un sistema de marcación porláser.

10 8. El dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1,de tal manera que dicho dispositivo de formación de imágenes hadesermanipuladodirectamenteporel operador.