ES2882565T3 - Generación automática de trayectoria y punto de ruta y método de navegación - Google Patents

Abstract

Un método implementado por ordenador para proporcionar una trayectoria a través de una red luminal de un paciente, el método implementado por ordenador que comprende: mostrar un mapa tridimensional de la red luminal; identificar un objetivo en dicho mapa; determinar una trayectoria desde un punto de entrada hasta el objetivo; mostrar la trayectoria en el mapa tridimensional de la red luminal; detectar al menos dos intersecciones luminales; y asignar y mostrar puntos de ruta en el mapa tridimensional de la red luminal a lo largo de la trayectoria en un punto separado de las al menos dos intersecciones luminales para su uso como guía de navegación a lo largo de la trayectoria.

Description

DESCRIPCIÓN

Generación automática de trayectoria y punto de ruta y método de navegación

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica prioridad a la solicitud de patente con número de serie 61/053,523, presentada el 15 de mayo de 2009, titulada Automatic Pathway And Waypoint Generation And Navigation Method.

Antecedentes de la invención

La tecnología de avance ha surgido, lo que permite la navegación de una punta de catéter a través de un canal tortuoso, tal como los que se encuentran en el sistema pulmonar, hacia un objetivo predeterminado. Esta tecnología compara el movimiento en tiempo real de una guía localizable (LG) con un mapa digital tridimensional del área objetivo del cuerpo (para fines de explicación, las vías respiratorias pulmonares se usarán en lo sucesivo, aunque un experto en la técnica se dará cuenta de que la presente invención podría usarse en cualquier cavidad o sistema del cuerpo: circulatorio, digestivo, pulmonar, por nombrar algunos).

Dicha tecnología se describe en las patentes de los Estados Unidos 6,188,355; 6,226,543; 6,558,333; 6,574,498; 6,593,884; 6,615,155; 6,702,780; 6,711,429; 6,833,814; 6,974,788{23; y 6,996,430, todas de Gilboa o Gilboa y otros; las publicaciones de solicitudes publicadas de los Estados Unidos. Números 2002/0193686; 2003/0074011; 2003/0216639; 2004/0249267 de Gilboa o Gilboa y otros; así como también la solicitud de patente de los Estados Unidos con núm. de serie 11/939,537 de Averbuch y otros.

El uso de esta tecnología comienza con el registro de una pluralidad de imágenes de la porción aplicable del paciente, por ejemplo, los pulmones. Estas imágenes a menudo se registran mediante el uso de tecnología de tomografía computarizada (TC). Las imágenes de TC son cortes bidimensionales de una porción del paciente. Después de tomar varias imágenes paralelas, las imágenes pueden "ensamblarse" mediante un ordenador para formar un modelo virtual tridimensional de los pulmones.

El médico entonces toma este modelo virtual y, mediante el uso del software que se suministra con el sistema de navegación, planifica una trayectoria hacia el objetivo. Planificar la trayectoria hacia el objetivo implica crear un archivo de paciente y seleccionar y guardar varios puntos de ruta a lo largo de la trayectoria hacia el objetivo. El médico también selecciona y guarda varios puntos de registro que usa el software para registrar el modelo virtual para el paciente real en el próximo procedimiento.

Típicamente, sólo hay una trayectoria que conduce al objetivo, a menos que el objetivo sea muy grande. En las vías respiratorias y la vasculatura del cuerpo, los lúmenes del cuerpo no se dividen y luego se vuelve a unir aguas abajo. Las ramas de un árbol proporcionan una buena analogía: para cualquier hoja de un árbol, solo hay una combinación de ramas que conducen a esa hoja. Por lo tanto, la etapa de la planificación de la trayectoria es una etapa que requiere mucho tiempo y que se evitaría si se automatizara.

Adicionalmente, los sistemas actuales proporcionan una guía hacia el objetivo, pero no necesariamente hacia los puntos de ruta a lo largo de la trayectoria. En lugar de centrarse en el objetivo, sería ventajoso proporcionar una guía de navegación a cada uno de los puntos de ruta intermitentes, tratando de esta manera cada punto de ruta sucesivo como un objetivo, luego, una vez que se alcance el punto de ruta, cambiando el objetivo al siguiente punto de ruta.

El documento US 2007/092864 describe métodos, dispositivos y sistemas de planificación del tratamiento. Uno de los métodos de planificación del tratamiento incluye mostrar al menos una porción de un conjunto de pulmones y una o más regiones de tratamiento potenciales; recibir una selección de una región de tratamiento objetivo de entre una o más regiones de tratamiento potenciales; y mostrar una o más ubicaciones dentro de la porción que se vinculan terapéuticamente a la región de tratamiento objetivo.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un método, sistema y programa de ordenador como se especifica en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de flujo que describe una etapa general de un método descrito en la presente descripción; La Figura 2 es un diagrama de flujo que describe una etapa general de un método descrito en la presente descripción; La Figura 3 es un diagrama de flujo que describe una etapa general de un método descrito en la presente descripción; La Figura 4 es una interfaz de usuario de un sistema descrito en la presente descripción; y

La Figura 5 es una interfaz de usuario de un sistema descrito en la presente descripción.

Descripción detallada de la invención

En general, la presente solicitud describe un sistema y un método para construir, seleccionar y presentar una trayectoria(s) a una ubicación objetivo dentro de una red luminal anatómica en un paciente. La presente solicitud es particularmente, pero no exclusivamente, adecuada para guiar y hacer navegar una sonda a través de las vías respiratorias bronquiales de los pulmones. La presente solicitud incluye un componente preoperatorio y uno operatorio. El componente preoperatorio se lleva a cabo antes de la navegación y se puede clasificar como "Planificación de la Trayectoria". El componente operatorio se lleva a cabo durante la navegación y se puede categorizar como "Navegación".

Un aspecto de la presente solicitud proporciona un sistema y un método para la planificación automática de una trayectoria desde un punto de entrada en un paciente hasta un objetivo a través de una red luminal.

Otro aspecto de la presente solicitud genera automáticamente los diversos puntos de ruta entre un punto de partida y el objetivo.

Otro aspecto de la presente solicitud proporciona un sistema y un método para proporcionar señales de navegación hacia un objetivo a través de la pluralidad de puntos de ruta. Las señales se proporcionan de tal manera que el siguiente punto de ruta en una trayectoria se detecta automáticamente y se trata como un destino. Se proporcionan señales de navegación hacia ese punto de ruta hasta que se alcanza. Luego, el sistema selecciona el siguiente punto de ruta a lo largo de la trayectoria y proporciona señales de navegación hacia ese punto de ruta. Esto continúa hasta que se alcanza el objetivo real.

Planificación de trayectoria

La fase de planificación de trayectoria incluye tres etapas generales, cada una de las cuales se describe en más detalle a continuación. La primera etapa implica el uso de una interfaz gráfica de software para generar y visualizar un modelo tridimensional del árbol de vía respiratoria bronquial ("BT"). La segunda etapa implica el uso de la interfaz gráfica de software para la selección de una trayectoria en el BT, ya sea de manera automática, semiautomática o manual, si se desea. La tercera etapa implica una segmentación automática de la(s) trayectoria(s) en un conjunto de puntos de ruta a lo largo de la trayectoria que pueden visualizarse en una pantalla. Debe entenderse que las vías respiratorias se usan en la presente descripción como un ejemplo de una red anatómica luminal ramificada. Por tanto, el término "BT" se usa en un sentido general para representar cualquier red luminal de este tipo, y no debe interpretarse que se refiere únicamente a un árbol bronquial, a pesar de que las iniciales "BT" pueden no aplicarse a otras redes.

Primera Etapa: Generación del BT

Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra un diagrama de flujo que describe la primera etapa: usar una interfaz gráfica de software para generar y ver un BT. En 20, la primera etapa comienza con la importación de imágenes de tomografía computarizada, preferentemente en formato DICOM, en el software. Los datos se pueden importar al software mediante el uso de cualquier medio de transferencia de datos, incluidos, entre otros, CD, tarjetas de memoria, conexiones de red, etc.

En 22 el software procesa las tomografías computarizadas y las ensambla en un volumen de TC tridimensional disponiendo las tomografías en el orden en que se tomaron y separándolas de acuerdo con la configuración de la TC cuando se tomaron. El software puede realizar una función de relleno de datos para crear un modelo tridimensional sin fisuras.

En 24, el software usa el volumen de TC recién construido para generar un mapa tridimensional, o BT, de las vías respiratorias. El mapa tridimensional puede esqueletizarse, de manera que cada vía respiratoria se represente como una línea, o puede incluir vías respiratorias que tengan dimensiones representativas de sus respectivos diámetros. Preferentemente, cuando se genera el BT, las vías respiratorias se marcan con una dirección de flujo de aire (inhalación, exhalación o flechas separadas para cada una) para su uso posterior durante la etapa de generación de la trayectoria. Se prevé que esta etapa sea opcional. El volumen de TC se puede usar tal como está.

En 26, el software muestra una representación del mapa tridimensional en una interfaz de usuario, tal como un monitor de ordenador.

Segunda Etapa: Selección de la Trayectoria

Con referencia ahora a la Figura 2, se muestra un diagrama de flujo que describe la segunda etapa, mediante el uso de la interfaz gráfica de software para la selección de una trayectoria en el BT. En 40, la segunda etapa comienza con una determinación, por parte del software, de una trayectoria apropiada hacia un objetivo seleccionado.

En una modalidad, el software incluye un algoritmo que hace esto comenzando en el objetivo seleccionado y siguiendo los lúmenes hasta el punto de entrada. Mediante el uso de las vías respiratorias como ejemplo, primero se selecciona el objetivo. Luego, el software selecciona un punto en las vías respiratorias más cercano al objetivo. Si el punto más cercano al objetivo está en un segmento de la vía respiratoria que se encuentra entre ramas, el software tiene que elegir entre dos opciones direccionales. Si las vías respiratorias del BT se marcaron con la dirección del flujo de aire, el software se mueve en la dirección opuesta a las flechas, generando de esta manera automáticamente una trayectoria hacia el punto de entrada.

Alternativamente, la trayectoria hacia el objetivo puede determinarse mediante el uso del diámetro de la vía respiratoria. El movimiento hacia el punto de entrada (la tráquea), da como resultado un aumento del diámetro de la vía respiratoria, mientras que el movimiento distal da como resultado una disminución del diámetro de la vía respiratoria. Por lo tanto, el software podría elegir moverse en la dirección del aumento del diámetro de la vía respiratoria. Si el punto más cercano al objetivo se encuentra en un segmento de la vía respiratoria que incluye una o más ramas, las opciones son más numerosas, pero seguir la trayectoria del mayor aumento en el diámetro de la vía respiratoria todavía dará como resultado la trayectoria correcta hacia el punto de entrada.

Aunque es poco probable, en caso de que se tome una trayectoria incorrecta, el software eventualmente detectaría una inevitable disminución de diámetro, si este es el caso, el software automáticamente abortaría esa trayectoria y volvería al último punto de toma de decisiones. El algoritmo se reanudará, bloqueando la trayectoria incorrecta como una opción. En 42, después que se determinó la trayectoria, o simultáneamente con la determinación de la trayectoria, la trayectoria sugerida se muestra para la revisión del usuario. Preferentemente, todo el BT se mostrará con la trayectoria sugerida resaltada de alguna manera. El usuario tendrá funciones de zoom y panorámica para personalizar la pantalla.

En 44, al usuario se le da la oportunidad de editar y confirmar la trayectoria. Puede haber razones por las que es deseable una trayectoria alternativa. Por ejemplo, aunque la lesión objetivo esté más cerca de una vía respiratoria en particular, puede haber una arteria o una división de lóbulo entre la vía respiratoria seleccionada y el objetivo. Por lo tanto, es importante proporcionar al usuario la capacidad de editar.

Tercera Etapa: Selección de Punto de Ruta

Con referencia ahora a la Figura 3, se muestra un diagrama de flujo que describe la tercera etapa: usar el software para generar puntos de ruta automáticamente. En 60, la tercera etapa comienza designando cada uno de los puntos de toma de decisiones de 40 de la etapa 2 como puntos de ruta. Esto puede suceder simultáneamente con 40. Cada vez que al software, mientras navegaba hacia atrás hacia la tráquea, se le presentaron opciones de navegación, al usuario que navegaba hacia el objetivo también necesariamente se le presentaron opciones. Por lo tanto, es lógico designar esos puntos de toma de decisiones como puntos de ruta a lo largo de la trayectoria hacia el objetivo.

En 62, los puntos de ruta aparecen en la trayectoria sugerida, y se pueden etiquetar de una manera tal como para distinguirlos entre sí. Por ejemplo, los puntos de ruta pueden numerarse, comenzando por 1, en el orden en que aparecen. Preferentemente, los puntos de ruta se colocan justo aguas abajo de cada bifurcación, en lugar de en la bifurcación. De esta manera, proporcionar direcciones de navegación al punto de ruta da como resultado que la sonda se coloque en la vía respiratoria apropiada una vez que se alcance el punto de ruta. Por lo tanto, el médico puede comenzar la navegación al siguiente punto de ruta simplemente haciendo avanzar la sonda sin preocuparse por avanzar por una vía respiratoria incorrecta.

En 64, se le da al usuario la oportunidad de editar los puntos de ruta. Se entiende que la segunda y la tercera etapa pueden ocurrir simultáneamente. Si el usuario está editando la trayectoria hacia el objetivo, el usuario también seleccionará puntos de ruta alternativos, como se dará cuenta un experto en la técnica.

Característica de Paseo Virtual

Además de las características de edición descritas anteriormente, el software presenta una característica de "paseo virtual" que presenta al usuario la oportunidad de ver la interfaz de usuario tal y como aparecería de principio a fin si el procedimiento se realizara como se planificó. En la Figura 4 se muestra un ejemplo de una vista de la interfaz de usuario.

La interfaz 80 se divide en cuatro cuadrantes, 82, 84, 86 y 88. El cuadrante superior izquierdo 82 es una vista lateral del volumen de TC de los pulmones, es decir, como si se mirara paralelo a la columna vertebral del paciente. El cuadrante inferior izquierdo 84 es una vista general del volumen de TC de los pulmones. El cuadrante superior derecho 86 es una vista lateral del volumen de TC de los pulmones. El cuadrante inferior derecho 88 es una vista en perspectiva tridimensional dentro de una vía respiratoria virtual del BT. Las retículas 90 se extienden por todos los cuadrantes para mostrar la ubicación actual de la LG. Las retículas 90 del cuadrante 88 se muestran en formato de perspectiva.

Navegación

El encabezamiento "Navegación" se refiere a los procesos que ocurren durante el procedimiento real. Con referencia ahora a la Figura 5, se muestra una interfaz de usuario 100 que ayuda al usuario a navegar hacia el objetivo. Esta vista de la interfaz de usuario 100 incluye cuatro cuadrantes 102, 104, 106 y 108. Las imágenes que se muestran en cada cuadrante son preferentemente personalizables. Por lo tanto, puede visualizarse cualquiera de las vistas que se mencionaron anteriormente de la interfaz 80. Sin embargo, pertinente a la descripción de navegación es la vista que se muestra en el cuadrante inferior derecho 108.

El cuadrante 108 se muestra mostrando un indicador de dirección de LG. El destino 110 aparece como un círculo que flota sobre el cuadrante 108 y se mueve cuando se gira la LG. El destino 110 representa el siguiente punto de ruta hacia el que navega el usuario, o el destino final (lesión objetivo) en caso de que se haya pasado el último punto de ruta Cuando la punta distal de la LG apunta directamente al destino 110, el destino 110 aparece en el centro del círculo 112. Si la LG no apunta directamente al destino 110, el destino 110 se encuentra en una ubicación representativa dentro o fuera del círculo 112. Por ejemplo, si la LG apunta hacia abajo y hacia la derecha del destino 110 en el cuerpo (en otras palabras, el destino 110 está arriba y a la izquierda de donde apunta la LG), el destino 110 en la pantalla en el cuadrante 108 aparecerá arriba y a la izquierda del centro del círculo 112. Si la lG se desvía lo suficientemente lejos del destino 110, es posible que el destino 110 ni siquiera aparezca en el cuadrante 108. Por esta razón, aparece una flecha guía 114 en algún lugar del círculo 112. La flecha guía 114 le dice al usuario en qué dirección debe desviarse la LG para alinear la punta con el destino 110.

Aunque la invención se ha descrito en términos de modalidades particulares y aplicaciones, un experto en la técnica, a la luz de esta enseñanza, puede generar modalidades y modificaciones adicionales sin apartarse del alcance de la invención reivindicada. En consecuencia, debe entenderse que los dibujos y descripciones en la presente descripción se ofrecen a modo de ejemplo para facilitar la comprensión de la invención y no deben interpretarse como limitantes del alcance de la misma.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método implementado por ordenador para proporcionar una trayectoria a través de una red luminal de un paciente, el método implementado por ordenador que comprende:

mostrar un mapa tridimensional de la red luminal;

identificar un objetivo en dicho mapa;

determinar una trayectoria desde un punto de entrada hasta el objetivo;

mostrar la trayectoria en el mapa tridimensional de la red luminal;

detectar al menos dos intersecciones luminales; y

asignar y mostrar puntos de ruta en el mapa tridimensional de la red luminal a lo largo de la trayectoria en un punto separado de las al menos dos intersecciones luminales para su uso como guía de navegación a lo largo de la trayectoria.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar a un usuario funciones de ampliación y panorámica para mostrar el mapa tridimensional de la red luminal.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, que comprende además ejecutar un algoritmo que genera una característica de paseo virtual que muestra una vista de navegación simulada desde el punto de entrada hasta el objetivo en una interfaz de usuario.

4. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:

recopilar datos referentes a una anatomía de la red luminal; y

desarrollar el mapa tridimensional de la red luminal mediante el uso de los datos recopilados.

5. El método de la reivindicación 4, en donde la recopilación de datos referentes a la anatomía de la red luminal comprende tomar una pluralidad de imágenes de dicha red luminal.

6. El método de la reivindicación 5,

en donde tomar la pluralidad de imágenes de la red luminal comprende tomar una pluralidad de tomografías computarizadas de la red luminal, y en donde el desarrollo del mapa tridimensional de la red luminal mediante el uso de los datos recopilados comprende ensamblar la pluralidad de tomografías computarizadas.

7. El método de la reivindicación 5 o 6, en donde el desarrollo del mapa tridimensional de la red luminal comprende desarrollar un mapa tridimensional esqueletizado de la red luminal.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en donde la red luminal comprende vías respiratorias.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el desarrollo del mapa tridimensional de la red luminal mediante el uso de los datos comprende etiquetar dicho mapa con la dirección del flujo de aire a través de dicha red luminal; y en donde las etiquetas indican la dirección del flujo de aire de exhalación a través de dicha red luminal.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la trayectoria se determina automáticamente mediante la realización de las etapas que comprenden:

comenzar en dicho objetivo identificado, siguiendo los lúmenes hasta dicho punto de entrada:

seleccionar un punto dentro los lúmenes próximos al objetivo,

determinar un diámetro de lumen en dicho punto,

seleccionar un segundo punto fuera de un plano de dicho diámetro de lumen,

determinar un segundo diámetro en dicho segundo punto, y

continuar seleccionando puntos sucesivos que tienen diámetros crecientes hasta que se alcanza dicho punto de entrada.

11. Un programa de ordenador que comprende instrucciones de programa que, cuando se ejecutan dentro de un sistema informático, hacen que el sistema informático realice el método de cualquier reivindicación anterior.

12. Un sistema para proporcionar una trayectoria a través de una red luminal de un paciente, el sistema que comprende un sistema informático que incluye una pantalla para mostrar una interfaz de usuario y un software que, cuando se ejecuta en el sistema informático, hace que el sistema informático realice el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

13. Un sistema para proporcionar una trayectoria a través de una red luminal de un paciente, el sistema que comprende un sistema informático que incluye una pantalla para mostrar una interfaz de usuario y un software que, cuando se ejecuta en el sistema informático, hace que el sistema informático:

muestre un mapa tridimensional de la red luminal en la interfaz gráfica de usuario;

identifique un objetivo en el mapa tridimensional de la red luminal;

determine automáticamente una trayectoria desde el objetivo hasta un punto de entrada;

muestre dicha trayectoria determinada en el mapa tridimensional en la interfaz de usuario; y

asigne y muestre automáticamente un punto de ruta en un punto separado de una intersección en dicha trayectoria para usarlo como guía de navegación a lo largo de la trayectoria.

14. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en donde el software, cuando se ejecuta en el sistema informático, provoca además que el sistema informático:

recopile datos referentes a una anatomía de la red luminal; y

desarrolle el mapa tridimensional de dicha red luminal mediante el uso de los datos recopilados.