ES2952771T3 - Sistemas de imágenes mejoradas - Google Patents

Abstract

Los sistemas y métodos radiográficos multimodo, versátiles, utilizan emisores de energía portátiles y detectores de seguimiento de radiación. El emisor de rayos X puede incluir una cámara digital y, opcionalmente, una cámara de imágenes térmicas para proporcionar imágenes térmicas fluoroscópicas, digitales e infrarrojas de un paciente con el fin de ayudar en intervenciones diagnósticas, quirúrgicas y no quirúrgicas. El emisor puede cooperar con una ingeniosa etapa de captura de rayos X que gira, se orienta y se alinea automáticamente con el emisor para maximizar la calidad y la seguridad de la exposición. El sistema combinado utiliza menos energía, corrige cualquier desviación o perspectiva en la emisión, permite que el sujeto permanezca en su lugar y permite que el flujo de trabajo del cirujano continúe sin interrupciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de imágenes mejoradas

Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a la captura de imágenes de rayos X y fluoroscópicas y, en particular, a un sistema de imágenes multimodo versátil que incorpora un emisor de rayos X de mano operativo para capturar imágenes digitales o térmicas de un objetivo; una platina operativa para capturar imágenes de rayos X estáticas y fluoroscópicas dinámicas del objetivo; un sistema para el seguimiento y colocación de la emisión de rayos X; un dispositivo para limitar automáticamente el campo de la emisión de rayos X.

Antecedentes de la invención

Las máquinas fluoroscópicas actuales para cirugía ortopédica unen una fuente de radiación a un intensificador de imágenes por medio de un 'brazo en C’ grande y fijo. La manipulación de estas máquinas más grandes y menos portátiles es difícil y requiere mucho tiempo. Con frecuencia es necesario volver a colocar al sujeto para que se ajuste al campo de visión alcanzable, lo que puede ser problemático durante las etapas sensibles de un procedimiento. De este modo, mientras que los brazos en C son ergonómicamente adecuados para el tratamiento quirúrgico de la columna vertebral y las articulaciones más grandes, las unidades existentes son pesadas y engorrosas con respecto a la cirugía de extremidad de mano/muñeca/brazo y pie/tobillo/pierna, donde la anatomía relevante es más pequeña y más móvil por el cirujano. Las máquinas fluoroscópicas existentes también son caras y emiten grandes dosis de radiación. En muchos casos, estas dosis de radiación mayores no se requieren para procedimientos más delicados, en las extremidades, por ejemplo, exponiendo innecesariamente al paciente y al cirujano a estas dosis más altas.

Por ejemplo, el documento US 2012/0051513 A1 describe un aparato radiográfico capaz de aumentar un intervalo de irradiación de radiación y aplicar una dosis óptima de radiación a un sujeto en el momento en que una imagen radiográfica del sujeto se captura usando una fuente de radiación de emisión de campo a una distancia corta de fuente a imagen. Un dispositivo de control pondera las dosis de la radiación emitida desde las fuentes de radiación en base a la imagen tomada y controla el dispositivo de salida de radiación para aplicar las dosis ponderadas. Se conocen aparatos radiográficos adicionales de la técnica anterior a partir de los documentos US 2015/245456 A1, US 2008/020332 A1 y US 2016/174918 A1.

En el entorno quirúrgico de hoy en día, a menudo se necesitan imágenes y vídeo digitales para documentar la anatomía o patología quirúrgica relevante. Las imágenes térmicas también pueden ser una herramienta útil, particularmente para el cirujano de extremidades. Se puede usar imágenes térmicas para ayudar a determinar si el suministro de sangre a una extremidad o dedo está amenazado, y si se requiere un procedimiento de revascularización. La adición de imágenes térmicas proporciona una herramienta rápida y sencilla para guiar las decisiones intraoperatorias. No obstante, debido a que las máquinas fluoroscópicas existentes solamente capturan imágenes de rayos X, la necesidad de conmutar entre dispositivos de captura de imágenes digitales y/o térmicas puede generar un retraso en la finalización de la cirugía. Además, en una serie de situaciones, la cámara digital o térmica no es un dispositivo estéril, forzando al cirujano o bien a violar el campo quirúrgico, tomar una fotografía y luego frotar nuevamente, o bien hacer que un asistente tome la fotografía, lo que puede crear confusión acerca de la correlación de imágenes.

Existe una necesidad sobresaliente, por lo tanto, de un sistema pequeño y ligero y un método que permita al cirujano capturar rayos X sin volver a colocar al equipo.

Compendio de la invención

La invención proporciona un sistema radiográfico multimodo versátil mejorado como se define en la reivindicación 1, que permite al cirujano operar a un paciente sin interferencias, y capturar rayos X estáticos y dinámicos y otras imágenes fijas y de video sin volver a colocar al equipo, al sujeto o al cirujano. Las realizaciones preferidas de la invención se establecen en las reivindicaciones dependientes.

Se describen tanto emisores como detectores de rayos X. Una variación de un emisor novedoso permite el control portátil del emisor. Tal emisor puede ser liviano y extremadamente maniobrable. Las variaciones incluyen que el emisor portátil sea una unidad de mano. Alternativamente, el emisor portátil se puede fijar a una estructura de montaje que o bien sea automática/controlable o bien que simplemente soporte el peso del emisor para evitar que el usuario sostenga constantemente el emisor. En variaciones adicionales, el emisor se puede diseñar de modo que se pueda acoplar de manera liberable con una estructura de montaje, lo que permite una portabilidad mejorada cuando sea necesario y el acoplamiento a una estructura de montaje cuando se desee. El emisor puede incluir un emisor de rayos X junto con al menos una modalidad de imágenes adicional, tal como una cámara digital para producir una imagen visual, una imagen térmica y una imagen de infrarrojos de un paciente con los propósitos de ayudar en intervenciones de diagnóstico quirúrgicas y no quirúrgicas. Claramente, los sistemas y métodos descritos en la presente memoria se pueden usar para aplicaciones no médicas en las que son deseables imágenes no invasivas.

Los controles ergonómicos hacen más fácil y más rápida la adquisición de imágenes y un visualizador integrado facilita las funciones de control fáciles de usar. El dispositivo detecta su distancia desde el sujeto y bloqueará la activación y descarga de radiación si el tubo de rayos X no está a una distancia segura; es decir, demasiado cerca del paciente. La distancia mínima se puede definir en el software y es ajustable en base al el uso previsto y otros factores. El sistema gestiona de manera automática e inteligente su estado de energía a través de la implementación y el uso de una unidad de medición inercial (IMU) y diversos componentes de temporización.

El emisor de rayos X se puede usar con cualquier detector de rayos X disponible. Una opción es montar el emisor en un accesorio que incluya una placa detectora correctamente alineada, muy parecida a un brazo en C tradicional, aunque mucho más pequeño y más capaz. Una variación alternativa se describe en la presente memoria e incluye el uso de un emisor con una platina de captura de rayos X distinta, descrita en detalle, que pivota, se orienta y se alinea ella misma automáticamente con el emisor para maximizar la exposición, la calidad y la seguridad.

La platina de rayos X inventiva comprende una plataforma fija de manera estática, colocada durante el comienzo de la cirugía, con una cavidad abierta que contiene un sensor de rayos X, un sistema de colocación de sensor de rayos X, un sistema de seguimiento de emisor, un sistema de protección y una unidad de control. 0pcionalmente, el sistema puede utilizar un monitor de visualización externo o cualqOier otro método para revisar la imagen capturada. Una variación de los sistemas mejorados descritos puede incluir un sistema de imágenes no invasivo para examinar un objeto para inspecciones médicas y no médicas. Tal sistema de imágenes no invasivo puede incluir un aparato de emisión configurado para emitir energía; un sensor de imágenes configurado para generar una señal de imágenes tras la recepción de la energía cuando el aparato de emisión y el sensor de imágenes están en una posición alineada operativamente; una plataforma que tiene una superficie externa para la colocación del objeto y que comprende al menos un mecanismo de colocación situado adyacente a la superficie externa; al menos un mecanismo de colocación acoplado al sensor de imágenes que permite el movimiento del sensor de imágenes adyacente a la superficie externa; al menos un elemento de seguimiento de posición fijado con relación a la plataforma; donde el aparato de emisión es móvil con relación a la superficie externa de la plataforma; y un sistema de control configurado para determinar una primera medición coordinada entre el al menos un elemento de seguimiento de posición y el sensor de imágenes, el sistema de control configurado para determinar una segunda medición coordinada entre el aparato de emisión y el al menos un elemento de seguimiento de posición, donde el sistema de control usa la primera medición coordinada y la segunda medición coordinada para controlar la actuación del mecanismo de colocación que mueve el sensor de imágenes a la posición alineada durante o después del movimiento del aparato de emisión.

Una variación de las mejoras descritas en la presente memoria también incluye un método mejorado para formación de imágenes de un objeto de manera no invasiva. Por ejemplo, tal método puede incluir mover un aparato de emisión a una ubicación con relación al objeto; determinar una posición del aparato de emisión con relación a al menos un elemento de seguimiento de posición; retransmitir la posición del aparato de emisión a un sistema de motor que ajusta un sensor de imágenes en una alineación operativa con el aparato de emisión; emitir energía desde el aparato de emisión cuando el sensor de imágenes está en alineación operativa con el aparato de emisión; y transmitir una señal de imágenes desde el sensor de imágenes a un visualizador.

0tra variación del método puede incluir la formación de imágenes de un objeto de manera no invasiva, moviendo un aparato de emisión a una ubicación con relación al objeto; emitir energía desde el aparato de emisión al objeto de manera que la energía se reciba por un sensor de imágenes configurado para generar datos de imágenes; determinar una posición y orientación del aparato de emisión con relación a al menos un elemento de seguimiento de posición situado en una posición fija con relación al sensor de imagen; ajustar los datos de imágenes en base a usar la posición y orientación del aparato de emisión; y transmitir los datos de imágenes a un visualizador.

Las variaciones del sistema pueden incluir plataformas que tengan una superficie plana que permita la colocación del objeto. Alternativamente, una plataforma puede incluir un marco de soporte que permita asegurar el objeto sobre un espacio libre de manera que la parte del objeto situado en el espacio libre se pueda ver o inspeccionar o bien total o bien sustancialmente alrededor del perímetro del objeto.

En los sistemas, dispositivos y métodos descritos en la presente memoria, que colocan el emisor y el sensor en alineación o alineación operativa, el grado de alineación puede incluir cualquier especificación de la industria que dicte la alineación. Por ejemplo, para aplicaciones médicas, la alineación de los sistemas y métodos descritos en la presente memoria puede incluir un grado de alineación requerido para cumplir con el Código de Regulaciones Federales de EE. UU. que se aplica al DEPARTAMENTO DE ADMINISTRACIÓN DE ALIMENTOS Y MEDICAMENTOS DE SALUD Y SERVICIOS HUMANOS (por ejemplo, 21 C.F.R. parte 1020). Por ejemplo, bajo 21 CFR. Ni la longitud ni la anchura del campo de rayos X en el plano del receptor (sensor) de imágenes excederá las del área visible del receptor (sensor) de imágenes en más de 3 por ciento de la distancia del receptor a la fuente de imagen (SID) y la suma del exceso de longitud y el exceso de anchura no será mayor que el 4 por ciento de la SID y cualquier error de alineación se determinará a lo largo de las dimensiones de longitud y anchura del campo de rayos X que pasan a través del centro del área visible del receptor de imágenes. En otras aplicaciones, o jurisdicciones alternativas, la alineación tratada en la presente memoria puede variar para cumplir los requisitos respectivos.

Alternativamente, las variaciones de los sistemas, dispositivos y métodos pueden incluir tales métricas como obtener una colocación casi ortogonal entre un emisor y un receptor.

Como con la alineación, se pueden establecer por los estándares de la industria una distancia mínima o máxima entre un emisor y un receptor. En un ejemplo, usando las regulaciones de la FDA anteriores, se proporcionarán una distancia máxima receptor a fuente de imagen de menos de 45 cm y medios para limitar la distancia fuente-piel a no menos de 19 cm.

En uso, la platina rastrea con precisión la posición y el ángulo de la emisión de rayos X, colocando e inclinando el sensor incorporado exactamente para capturar una imagen de rayos X precisa y de alta calidad. La platina usa menos energía, corrige cualquier desviación o perspectiva en la emisión, permite que el sujeto permanezca en su lugar y permite que el flujo de trabajo del cirujano continúe sin interrupciones.

En una realización “clínica”, una platina de captura de rayos X está colocada estáticamente, con el emisor usando la colocación para asegurar que la emisión solamente se dispare cuando la emisión se pueda capturar positivamente por el área activa de la platina de captura. El disparo también se termina inmediatamente si se pierde la adquisición de esta captura positiva.

Breve descripción de los dibujos

La FIGURA 1A representa un ejemplo de un diseño de quirófano para el uso del sistema de imágenes por rayos X en una cirugía estándar de un caso de una extremidad.

Las FIGURAS 1B y 1C representan un ejemplo alternativo de un diseño de quirófano para el uso del sistema de imágenes con una mesa de operaciones especializada que mejora el acceso a un área de un paciente.

La FIGURA 2 es una representación esquemática simplificada de un emisor de rayos X según la invención.

La FIGURA 3 ilustra una realización de un panel de control para usar con un emisor.

La FIGURA 4 muestra un procedimiento de bloqueo de seguridad para un emisor de rayos X.

La FIGURA 5 representa una secuencia representativa para la gestión de potencia del emisor.

La FIGURA 6 ilustra un proceso mediante el cual un dispositivo captura imágenes simultáneas a petición de un usuario.

La FIGURA 7 es un dibujo que ilustra los componentes generales de una realización preferida de una platina de captura.

La FIGURA 8A es una vista oblicua de un sistema de colocación de sensores.

La FIGURA 8B ilustra losetas de colocación de infrarrojos (IR).

La FIGURA 9 es un diagrama que muestra el movimiento x, y de una bandeja de sensores vista desde arriba.

La FIGURA 10A es un diagrama oblicuo que muestra una platina de captura de imágenes operada por banda.

La FIGURA 10B es un diagrama esquemático de una platina operada por banda con una identificación de componentes importantes.

La FIGURA 11A es una vista lateral que muestra una operación de inclinación del sensor.

La FIGURA 11B es una vista lateral que muestra una operación de movimiento panorámico del sensor.

La FIGURA 12A ilustra una disposición por la que no es necesario proporcionar un emisor en una plataforma de platina de imagen.

La FIGURA 12B ilustra disposiciones adicionales del sistema de imágenes en las que se puede configurar un sensor para capturar vistas laterales moviéndose por encima de un plano de la mesa.

La FIGURA 13 es una vista de un dispositivo de emisión de infrarrojos que emite infrarrojos desde 5 puntos que permiten el cálculo de la posición relativa en un espacio tridimensional.

La FIGURA 14 ilustra un bloqueo de seguridad de la platina de captura en base a la disposición del emisor.

La FIGURA 15 ilustra la captura de una imagen fluoroscópica.

La FIGURA 16 es una vista que muestra el dispositivo de emisión de rayos X con una abertura que crea el cono más amplio.

La FIGURA 17 es una vista que muestra el dispositivo de emisión de rayos X con una abertura que crea un cono estrecho.

La FIGURA 18 muestra una unidad de control operativa para ajustar la abertura y el cono.

La FIGURA 19 es una vista etiquetada que ilustra las distancias relativas.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Figura 1A representa un ejemplo de diseño de quirófano para el uso de un sistema de imágenes en una cirugía estándar de un caso de una extremidad. En este ejemplo, el cirujano 102 está operando sobre la mano izquierda del paciente. El paciente 104 está acostado en posición supina con la extremidad superior izquierda preparada y colocada sobre una mesa de mano 105 en posición abducida. El cirujano se sienta adyacente al lado del paciente mientras que un asistente quirúrgico 106 se sienta transversalmente a la mesa de mano adyacente a la cabeza del paciente. Los instrumentos y equipos quirúrgicos se disponen sobre la mesa trasera 108 inmediatamente detrás del asistente quirúrgico.

En una variación, el sistema de imágenes usa imágenes de rayos X. Como tal, un emisor de rayos X esterilizado 110 según la invención se coloca sobre la mesa de mano quirúrgica 105 para su uso. Un monitor 112 se coloca en un soporte inmediatamente adyacente a la mesa de mano por lo que las imágenes de rayos X, fluoroscópicas, térmicas y digitales se pueden transferir de manera inalámbrica desde el sistema de imágenes de rayos X a la pantalla para que el cirujano las vea. El emisor 110 permite que el cirujano lo sostenga con una mano mientras que opera otro instrumento, tal como un taladro, con la otra mano. Una platina detectora según la invención se puede colocar sobre o dentro de la mesa 105 para recopilar imágenes radiográficas para almacenamiento y/o visualización en un monitor externo, tal como el dispositivo 112. Como se trata en la presente memoria, el emisor puede ser de mano o se puede fijar a una estructura de montaje que o bien esté automatizada/sea controlable o bien simplemente soporte el peso del emisor para evitar que el usuario sostenga constantemente el emisor.

La Figura 1B ilustra una variación adicional de un sistema que incluye un sensor 706 y un emisor 710 para usar con una mesa de operaciones 300 especializada. Como se muestra, la mesa de operaciones 300 incluye estructuras 302 que estabilizan al paciente mientras que se permite un mayor acceso alrededor de los órganos del paciente dado que una parte del órgano está suspendida en el espacio libre. En esta variación, una carcasa 707 que contiene el sensor 706 (como se trata a continuación) está acoplada a una primera pluma o brazo 716. El brazo/pluma 716 permite el movimiento del sensor 706. En una variación alternativa, la pluma 716 se puede automatizar de manera que el sensor 706 se acople directamente a una pluma 716 controlable. Del mismo modo, el emisor 710 se acopla a un segundo brazo o pluma 714 que se puede fijar a una pared, techo o estructura de marco portátil. La Figura 1C ilustra la colocación del sensor 706 y la pluma 716 adyacente a una parte del cuerpo del paciente 104 de manera que el emisor 710 se pueda colocar como se desee por el operador o profesional médico. En variaciones del sistema, la pluma o brazo también puede alojar componentes del dispositivo, tales como un disipador de calor, fuente de alimentación, etc., permitiendo un emisor más compacto y fácil de maniobrar. Además, cualquier pluma se puede diseñar con características para ayudar al médico a realizar el procedimiento. Por ejemplo, la pluma puede incorporar un sistema de bloqueo de modo que el médico pueda colocar cualquiera del sensor 706 y/o el emisor 710 y luego bloquear la pluma asociada en su posición. Además, o en combinación, las plumas pueden incorporar colocación de memoria de manera que la pluma pueda retraerse automáticamente lejos del espacio quirúrgico a una ubicación predeterminada de manera que se mueva automáticamente fuera del camino del médico cuando se realiza un procedimiento. Además, las ubicaciones de memoria pueden incluir la “última ubicación” del emisor o sensor, de manera que el sistema pueda volver a colocar automáticamente los componentes en su última posición antes de que se muevan lejos del espacio quirúrgico.

La Figura 2 es una representación esquemática simplificada de un emisor de rayos X según la invención. La configuración general del dispositivo es para que sea sostenido a mano, liviano y extremadamente portátil. El dispositivo tiene preferiblemente un mango redondeado y contorneado para adaptarse ergonómicamente a la mano del cirujano y dirigir mejor las imágenes de fluoroscopia, digitales y térmicas a la extremidad y al campo quirúrgico.

0bsérvese que el dibujo de la Figura 2 no se pretende que represente ninguna apariencia ornamental particular. La parte posterior del emisor 110 tiene un panel de control mediante el cual se pueden activar al menos tres modos de operación diferentes: modo fluoroscópico, modo de imagen digital o modo de imágenes térmicas de infrarrojos. Una vez activado, cada modo se controla en la parte delantera del dispositivo mediante un gatillo 202. Presionar el gatillo una vez activa el dispositivo para tomar una única imagen (es decir, una única imagen de rayos X o digital). Se pueden activar diferentes modos de operación en diferentes. Como ejemplo, mantener presionado el gatillo 12 puede activar la fluoroscopia en directo, el video digital o las imágenes térmicas de infrarrojos. La Figura 2 también ilustra el emisor 110 como que está acoplado a una fuente de alimentación 221. La fuente de alimentación puede ser una batería 221 situada remota de o dentro del emisor 110. Alternativamente, o en combinación, la fuente de alimentación 221 se puede acoplar mediante cableado entre el emisor 110 y la fuente de alimentación 221. En una variación adicional, la batería 221 se puede colocar dentro del emisor 110 y usar además de una fuente de alimentación 221 remota, de manera que el emisor 110 se pueda desconectar de la fuente de alimentación externa temporalmente con la batería interna 221 que se usa para proporcionar energía.

La Figura 3 ilustra una realización del panel de control para uso con el emisor. El panel de control está situado en la parte trasera del mango de emisión y controla las diversas entradas y salidas del sistema. El panel de control es fácilmente accesible por el usuario y está diseñado económicamente para facilitar la manipulación del emisor. El panel de control comprende una pantalla grande y clara 204 (es decir, LCD u 0LED), un botón de control 302 situado a la izquierda de la unidad, un botón de control 304 situado a la derecha de la unidad y un botón de alternancia 206 central que se puede pulsar situado en el centro.

La pantalla de visualización 204 muestra imágenes y un panel de control digital para controlar los ajustes de fluoroscópicos, de cámara digital y de infrarrojos. El panel de control puede incluir una pantalla táctil. El botón de alternancia 206 controla la entrada de energía en los modos fluoroscópico y de infrarrojos, y el zum digital en el modo de imagen. La configuración de emisor preferida aloja un cono colimador de rayos X 210 dinámico, una lente de cámara digital 212, una cámara de infrarrojos 214 y un sensor de distancia 216. Las cámaras digital y de infrarrojos usan preferiblemente tecnología de dispositivo de carga acoplada (CCD). El sensor de distancia puede ser de infrarrojos, acústico u otra tecnología operativa conocida por los expertos en la técnica de la medición de proximidad y distancia. El sensor 216 detecta continuamente su distancia desde el paciente y bloqueará la activación y descarga de radiación si el tubo de rayos X está demasiado cerca, por ejemplo, si está a menos de 19 centímetros directamente del paciente. Además, el sistema puede incluir cualquier número de indicadores auditivos, visuales o táctiles para permitir que un médico o usuario del sistema determine que el sensor está dentro de una distancia aceptable o preparado para dispararse. En variaciones adicionales, los indicadores auditivos, visuales y/o táctiles se colocan de manera que el estado operativo del sistema sea identificable sin necesidad de que el usuario quite su atención del objeto que se está examinando. En un ejemplo, se coloca un indicador visible (por ejemplo, uno o más LED) en el emisor, que proporciona una realimentación claramente distinguible con respecto a la distancia, la alineación o cualquier otra condición operativa del sistema.

El mango 200 se estrecha hacia la parte inferior del dispositivo, que puede alojar una fuente de alimentación de alto voltaje 218, un puerto de carga externo 220 y una estación de acoplamiento de batería 222. Tras la activación del gatillo 202 en los modos de rayos X o fluoroscópico, se alimenta un alto voltaje desde la fuente de alimentación 218 a la unidad de generación de rayos X 230 a través del conjunto de conector de alto voltaje 228. La energía producida por la fuente de alimentación 218 se convierte en un voltaje de entrada adecuado que se puede usar por la unidad de generación de rayos X 230. Esta energía oscila de 1 kV a 120 kV, pero típicamente oscila entre 30 kV a 90 kV en conjunción con la aplicación clínica.

La unidad de generación de rayos X 230 se basa en emisores de alto voltaje existentes, aunque diseñados a la medida para el pequeño tamaño requerido por la presente aplicación. Un grosor adecuado de material aislante eléctrico rodea la fuente de alimentación de alto voltaje 218, el conjunto de conector 228 y la unidad de generación de rayos X 230 para evitar la pérdida de radiación y preservar una buena calidad de haz. Todos de los tres componentes 218, 228, 230 se colocan inmediatamente adyacentes entre sí para minimizar las fugas de alto voltaje y la posible interferencia con componentes de bajo voltaje en el sistema. En una realización alternativa, los componentes 218, 228, 230 se pueden disponer una unidad de control externa (no mostrada).

Una combinación en capas adecuada de caucho de silicona y epoxi encapsula la unidad de generación de rayos X 230 (excepto cuando los rayos X se emiten al colimador) con el fin de proteger las pérdidas por radiación y disipar las altas temperaturas generadas por la operación del tubo de rayos X. La radiación se produce por el tubo de rayos X y se transmite a través del cono de colimación 210 a la cabeza del dispositivo. Los ajustes fluoroscópicos que incluyen pico de kilovoltaje (kV), amperaje (mA) y brillo digital, que se controlan por el panel de control digital en la parte posterior del cuello.

La lente de la cámara digital 212 y la cámara térmica de infrarrojos 214 están inmediatamente adyacentes al cono de colimación 210, y estos componentes también están protegidos por aislamiento. La cámara digital 214 se controla mediante la colocación del dispositivo en modo digital usando el panel de control. Las imágenes se generan a través del gatillo 202 situado en el mango del dispositivo.

De manera similar, la cámara térmica de infrarrojos 214 se controla colocando el dispositivo en modo de infrarrojos usando el panel de control. La imagen térmica de infrarrojos en directo se genera manteniendo presionado el gatillo. Se pueden transferir y mostrar rayos X digitales, imágenes térmicas y visibles digitales tradicionales en la pantalla externa 112 mostrada en la Figura 1. Dependiendo del nivel de cooperación entre el emisor y el detector descrito en la presente memoria a continuación, las imágenes de rayos X se pueden transferir directamente al monitor externo para su visualización. Se puede usar una memoria 233 para almacenar cualquier tipo de imagen recopilada, y tales imágenes se pueden cifrar tras capturarlas de acuerdo con la Solicitud de Patente de EE. UU. N° de serie 15/466.216.

Se puede proporcionar una captación de audio 235 para la conmemoración del procedimiento u otros propósitos, y las grabaciones también se pueden almacenar en la memoria 233, opcionalmente también de forma cifrada.

El dispositivo está alimentado por una fuente de alimentación de complemento externa con un puerto de carga 220 externo. La visualizador digital, las interfaces de control y el gatillo se controlan a través de la unidad de control electrónico de microprocesador del sistema de control 232 alimentada por un sistema amplificador de potencia de bajo voltaje 234. El sistema de amplificación de bajo voltaje 234 y el sistema de control de microprocesador 232 también están convenientemente situados lejos de la fuente de alimentación de alto voltaje para minimizar aún más la interferencia.

La siguiente Tabla enumera los diversos modos de control asociados con el emisor usando los botones y el interruptor de palanca en el panel de control de la Figura 3:

Por una variedad de razones, tanto prácticas como de certificación, es importante mantener una distancia mínima entre el sujeto y el generador de rayos X. Esta distancia puede cambiar dependiendo de una serie de factores y se puede configurar en el software del emisor. La Figura 4 muestra un proceso mediante el cual el dispositivo gestiona un procedimiento de bloqueo de seguridad del emisor de rayos X. El proceso para determinar el bloqueo de seguridad es de la siguiente manera:

402. El usuario inicia el proceso de emisión de rayos X presionando el gatillo mientras que está en el modo de rayos X. Esto podría ser para una imagen o bien fluoroscópica o bien de rayos X fija.

404. Se recupera un ajuste de distancia de la base de datos de ajustes de distancia del emisor.

405. La unidad de medición de distancia se activa y captura la distancia entre el extremo del emisor y el sujeto directamente enfrente del emisor.

406. El ajuste de distancia y las mediciones de distancia se retransmiten a la unidad de cálculo de ECU del emisor.

408. En 408, la unidad de cálculo de ECU usa la medición de distancia, el ajuste de distancia y un desplazamiento del generador interno para determinar si el emisor debería dispararse.

410. La decisión de disparar/advertir en 410 se determina por la ECU y retransmite a las unidades de hardware. 412. En 412, si la ECU determina que el sujeto está demasiado cerca del emisor, la unidad activará un procedimiento de advertencia, mostrando un mensaje en el panel de LCD y activando las luces de advertencia de bloqueo.

414. Si en 414 la ECU determina que el sujeto está a una distancia segura, el emisor comenzará el proceso de generación y emisión de rayos X, señalando todos los componentes internos y externos.

Debido al hecho de que el dispositivo puede moverse libremente en un espacio tridimensional, el cono proyectado desde el emisor de rayos X varía en tamaño en base a la distancia al objetivo. Como tal, la invención permite el control gestionado sobre el tamaño del cono en base a la distancia del dispositivo de emisión de rayos X desde un sensor colocado en la platina.

La Figura 16 ilustra una interpretación simplificada de una fuente de rayos X aplicable, que incluye un ánodo 1602 y un cátodo 1604. El ánodo típicamente incluye un objetivo 1606 de tungsteno o molibdeno. El alto voltaje a través del ánodo y el cátodo hace que se produzcan rayos X en el objetivo, que forma un cono 1608 que sale a través de una abertura 1610 en la caja 1612.

Un aspecto de la invención incluye una cámara telescópica colocada en la dirección de la abertura y el sensor. La distancia desde la fuente de rayos X hasta la abertura de salida se puede aumentar o disminuir girando la cámara exterior a lo largo de un montaje interior roscado. Mover la abertura más cerca de la fuente crea un ángulo más amplio, mientras que moverla más lejos de la fuente reduce el ángulo, como se muestra en la Figura 17.

Haciendo referencia a la Figura 18, una unidad de control 1802 en el emisor de mano controla la abertura telescópica. En base al proceso siguiente, la unidad de control 1802 hace girar un eje roscado 1804, después de lo cual las roscas se enganchan con los surcos 1806 en la cámara telescópica 1602, haciendo que la abertura 1610 se acerque y se aleje de la fuente de rayos X.

Haciendo referencia a la Figura 19, la metodología de control es de la siguiente manera. Primero, se calcula la distancia entre el origen de rayos X del dispositivo y el sensor de rayos X. Si la distancia está fuera de un rango aceptable de emisión de rayos X, entonces no se emitirán rayos X. No obstante, si la distancia entre el origen de los rayos X y el sensor (d^s ) está dentro del rango aceptable, la abertura se moverá automáticamente a su lugar. Luego se calcula la distancia entre el origen de los rayos X y la abertura (d^a ) y la unidad de control gira la cámara de abertura a la distancia correcta.

Si R^s representa el radio de la emisión de rayos X a medida que entra en contacto con el sensor, entonces el ángulo entre el vector normalizado de la placa del sensor y el cono de dispersión se puede representar como 0 = tan^-1 (R^s/d^s ). La distancia a la que la abertura necesitará ser situada desde el origen de emisión para emitir la dispersión correcta de rayos X puede calcularse como d^a = R^a/tan(0) donde R^a representa el radio de la abertura. La unidad de control permite entonces que el dispositivo de emisión de rayos X emita un rayo X que proyecta un cono en un ángulo 0 sobre el sensor.

Si bien se prefiere el mecanismo de ajuste del cono telescópico descrito con referencia a las Figuras 16-19, los expertos en la técnica apreciarán que en su lugar se puede usar una abertura ajustable más convencional (es decir, con hojas trasladables de absorción o bloqueo de rayos X). La misma matemática usada anteriormente es aplicable a esta realización; es decir, si la distancia está fuera de un rango aceptable de emisión de rayos X, entonces no se emitirán rayos X. Por el contrario, si la distancia entre el origen de los rayos X y el sensor (d^s ) está dentro del rango aceptable, la abertura se abrirá o cerrará automáticamente para facilitar el disparo de la fuente.

Los diferentes mercados tienen diferentes requisitos de seguridad. Además, dependiendo del sujeto (anciano, pediátrico, por lo demás saludable), el bloqueo se puede ajustar para asegurar que no haya problemas de seguridad asociados con la emisión. El dispositivo también incluye preferiblemente la capacidad de conservar energía inteligentemente utilizando la unidad de medición inercial (IMU), la unidad de sensor de distancia, así como las entradas de comando iniciadas por el operador. Las diversas duraciones de las etapas de potencia de la unidad son configurables por el usuario de modo que el dispositivo pueda coincidir con el estilo y la cadencia específicos del usuario.

Los sistemas y métodos descritos en la presente memoria también pueden usar múltiples sensores para corrección de errores y/o para mejorar la colocación. Por ejemplo, si un emisor y un detector/sensor están en una posición dada y el sistema pierde el seguimiento de uno o más sensores en la plataforma, normalmente la pérdida de seguimiento podría causar una reducción de los cuadros por segundo (FPS) de la imagen de salida. Para abordar esta situación, el emisor puede incluir una o más unidades de medición de inercia que pueden rastrear el movimiento del emisor para ajustar el cuadro intermedio, especialmente cuando sea necesario. Luego, la IMU se usará para ajustar los cuadros intermedios para aumentar los FPS de la salida. En algunas variaciones, con las IMU de suficiente precisión, la IMU se puede usar en lugar, o además, de sensores en la plataforma.

En la Figura 5 se muestra una secuencia representativa para la gestión de energía.

502. El usuario inicia la secuencia de encendido en el dispositivo pulsando un botón físico (es decir, 208 en la Figura 2) en el emisor. Esto activa la electrónica del dispositivo y mueve el dispositivo al modo ENCENDID0.

504. La recogida del dispositivo se detecta por la IMU en el emisor e inmediatamente eleva el nivel de potencia a ESPERA. Este estado de ESPERA inicializa todos los sistemas de alimentación y eleva la carga de la fuente de alimentación a un nivel medio.

505. Si el usuario deja el dispositivo o, de otro modo, no se interactúa con él, o bien a través del movimiento del emisor o bien a través del inicio en el panel de control o el ordenador de control, el dispositivo apagará automáticamente a la platina APAGADA después de una duración de t0.

506. El usuario ha recogido la unidad y ha activado la unidad, o bien a través de la alteración de los ajustes en el panel de control en sí mismo o bien poniendo el dispositivo dentro del alcance de un sujeto que se detecta por el sensor de distancia abordo. Esto eleva aún más el nivel de potencia del dispositivo cargando completamente el sistema de alimentación hasta un estado en el que el dispositivo está preparado para dispararse, llevando el dispositivo al modo PREPARAD0.

507. Si, después de una duración de t1 sin activar activamente la unidad, el emisor se apagará a sí mismo hasta el nivel de ESPERA.

510. El usuario inicia una captura de rayos X presionando el gatillo 202 en el emisor. Suponiendo que se eliminen todas las demás comprobaciones de seguridad, esto activa aún más la fuente de alimentación y emite la corriente de fotones de rayos X al sujeto hasta un estado de 511, en cuyo momento se completa la emisión. No obstante, el usuario puede continuar emitiendo fotones de rayos X indefinidamente en 510', 511', a medida que el dispositivo vuelve al modo PREPARAD0.

511. Después de una duración de t2 durante la cual el emisor no se ha disparado, el dispositivo se apagará a sí mismo automáticamente hasta el nivel de ESPERA en 520.

Como se muestra con los puntos 508, 522, 524, el dispositivo seguirá las temporizaciones anteriores para hacer una transición del dispositivo de las etapas de ENCENDID0 y finalmente hasta la etapa de APAGAD0 a medida que transcurren las diversas duraciones sin activación positiva para mantener o cambiar el estado de energía. Utilizando estos pasos, el dispositivo puede conservar energía mientras que se mantiene en un estado preparado sin ninguna interacción del usuario.

La Figura 6 ilustra un proceso mediante el cual el dispositivo captura imágenes simultáneas a petición del usuario. Usando los ajustes en la pantalla de control del emisor, o especificando una captura simultánea en la unidad de control, el emisor iniciará un proceso para capturar cualquier combinación de imágenes de rayos X, digitales tradicionales y/o térmicas. El proceso para capturar las imágenes es de la siguiente manera:

602. El usuario inicia la secuencia de captura en el dispositivo apretando el gatillo del emisor. Esto inicia el proceso de captura y el proceso de formación de imágenes simultáneas para cualquier grupo de sensores que esté habilitado.

604. El emisor activa inmediatamente el modo de espera de rayos X, preparándose para disparar el generador de rayos X.

604'. Simultáneamente, si está habilitado, el componente de cámara tradicional enfoca sobre el sujeto deseado. Esto ocurre preferiblemente tan pronto como se presiona el gatillo.

604”. Simultáneamente, si está habilitada, la cámara térmica se enciende y comienza su secuencia de inicio. Esto también ocurre preferiblemente tan pronto como se presiona el gatillo.

606. El sistema de rayos X comienza sus comprobaciones de seguridad, como se ilustra en la Figura 4.

608. La cámara de imágenes digitales captura una imagen tradicional del sujeto. Preferiblemente, la imagen se transfiere automáticamente a la unidad de control para su visualización en un monitor externo.

610. La cámara térmica captura una imagen térmica del sujeto. Preferiblemente, la imagen se transfiere automáticamente a la unidad de control para su visualización en un monitor externo.

620. En la realización preferida, después de que se hayan completado tanto 608 como 610, y se hayan verificado todas las comprobaciones de seguridad desde 606, la unidad de rayos X disparará una emisión, generando una imagen de rayos X en el sensor. Preferiblemente, la imagen se transfiere automáticamente a la unidad de control para su visualización en un monitor externo. De este modo, el sistema de rayos X cargará, verificará la seguridad y descargará los rayos X solamente después de que todos los demás sistemas se hayan ejecutado para minimizar la interferencia operativa.

Implementaciones de detectores de rayos x

El emisor descrito en la presente memoria se debe usar junto con un detector de rayos X para recopilar imágenes radiográficas. El emisor no está limitado en términos de tecnología de detector, y se puede usar con cualquier detector de panel plano disponible, incluso de película. No obstante, dada la naturaleza totalmente portátil del emisor, se debería dar pasos para asegurar que el emisor esté correctamente orientado con respecto al detector para recopilar imágenes claras, al tiempo que se eviten emisiones de rayos X espurias o no deseadas. Una opción es montar el emisor en un accesorio que incluya una placa detectora correctamente alineada, muy parecida a un brazo en C tradicional, aunque mucho más pequeña y más capaz. No obstante, una opción preferida es usar el emisor con las platinas de captura de rayos X descritas a continuación, una de las cuales incluye un sensor integrado que pivota, se orienta y se alinea automáticamente a sí mismo con el emisor para maximizar la calidad y la seguridad de la exposición.

La platina de captura de rayos X preferida incluye una plataforma fijada de manera estática, colocada durante el comienzo de la cirugía, con una cavidad interior que contiene un sensor de rayos X, un sistema de colocación del sensor de rayos X, un sistema de seguimiento del emisor, un sistema de protección y una unidad de control. La platina de captura de rayos X está adaptada para recibir una emisión de rayos X desde un dispositivo emisor separado, que incluye la unidad portátil de mano descrita en la presente memoria. La platina de captura de rayos X preferiblemente también incorpora capacidades de comunicaciones inalámbricas (o cableadas) que permiten la revisión de una imagen de rayos X o fluoroscópica capturada para revisarla en un monitor de visualización externo o cualquier otra disposición para la imagen capturada incluyendo almacenamiento externo.

En términos generales, hay dos realizaciones de la platina de captura. En una realización clínica, la platina rastrea la emisión y simplemente bloquea el disparo de rayos X si no está en línea. Una realización de la platina de seguimiento también permite o bloquea la emisión de acuerdo con la alineación, pero también rastrea con precisión la posición y el ángulo de la emisión de rayos X, colocando e inclinando el sensor incorporado para capturar una imagen de rayos X precisa y de alta calidad. Esta disposición usa menos energía, corrige cualquier desviación o perspectiva en la emisión y permite que el sujeto permanezca en su lugar, permitiendo por ello que el flujo de trabajo del cirujano continúe ininterrumpido y capture los rayos X sin volver a colocar al equipo, al sujeto o al cirujano.

La Figura 7 es una vista simplificada de una realización preferida de la platina de captura de rayos X, que incluye una plataforma 702 con una cavidad hueca que incluye el sensor 706 integrado. En una configuración, la platina podría tener patas 703 y se podría usar como mesa. En otra configuración, la platina se podría envolver en una bolsa y colocar por debajo de un paciente. De este modo, la plataforma 702 se puede envolver en un paño estéril y los procedimientos quirúrgicos se pueden realizar sobre una plataforma, tal como la mesa 105 en la Figura 1.

La platina de captura coopera con un dispositivo de emisión de rayos X 710 separado. Hay una serie de configuraciones e implementaciones diferentes del dispositivo de emisión de rayos X además de la unidad de mano descrita en detalle anteriormente, incluyendo montaje en pared, montaje en armadura, y montado en el suelo. Cualquier implementación es compatible con la platina de rayos X operativa siempre que los sistemas electrónicos del emisor puedan comunicarse con la interfaz de la unidad de control central de la platina de rayos X operativa para permitir el pivote, la orientación o la alineación.

La plataforma 702 está en comunicación eléctrica con una unidad de control central 704. Un monitor de visualización 712, conectado electrónicamente a la unidad de control 704, que se puede usar tanto para mostrar imágenes como para proporcionar un control del sistema global. Generalmente, un usuario interactuará con el emisor 710; no obstante, en algunos casos, un usuario puede interactuar con la unidad de control central 704 directamente para manipular imágenes, configurar escenarios de captura específicos, controlar parámetros o ajustar otros ajustes. El sistema también puede usar una tableta, un teléfono móvil o cualquier otro dispositivo de visualización conectado electrónicamente a la unidad de control central con propósitos de visualización. La unidad de control central 704 y el visualizador se pueden combinar en un único dispositivo, tal como un ordenador portátil u otro dispositivo informático móvil. 0pcionalmente, la unidad de control central se puede conectar electrónicamente a múltiples unidades de visualización con propósitos educativos u otros.

La Figura 8A es una vista oblicua de una platina de captura de rayos X según la invención. En una disposición específica, la platina comprende una carcasa hueca, sellada, que tiene aproximadamente 50,8 cm x 76,2 cm (20” x 30”), aunque el tamaño total de la invención se puede cambiar para adaptarse a otras aplicaciones quirúrgicas. La carcasa crea una cavidad 800 que aloja un sensor de detección de rayos X 706 operativo para capturar una emisión de rayos X de un emisor de rayos X. Los sensores de rayos X adecuados están disponibles a partir de una variedad de fabricantes comerciales. El sensor 706 está unido a un sistema de movimiento motorizado usado para hacer un movimiento panorámico y de inclinación del sensor dentro de la cavidad. Este sistema motorizado asegura que el sensor se coloque con precisión para una máxima calidad de imagen y capturar la vista.

El sensor de rayos X 706 se monta preferiblemente en una bandeja móvil 802 que se desplaza con un movimiento controlado dentro de la cavidad 800. La bandeja y el sensor se pueden mover en la dirección x-y e inclinar a lo largo de ambos ejes como se describe a continuación. La Figura 9 es un diagrama de una platina de captura vista desde arriba. El sensor 706 en la bandeja 802 está montado para trasladarse sobre una serie de rieles motorizados 720, 722, permitiendo que el sensor se coloque a sí mismo en cualquier lugar a lo largo de los ejes x e y dentro de la carcasa. Al menos una de las pistas x e y puede ser una varilla roscada, por ejemplo, cada una que se acciona por un motor para un movimiento lateral preciso de la bandeja 802 en las dimensiones x e y. Como alternativa adicional, el movimiento x-y de la bandeja se puede controlar con las bandas 1002, 1004 en la Figura 10A. Tales bandas se controlan con precisión por las varillas 1006, 1008, haciendo que los soportes de bandeja 1110, 1112 trasladen la bandeja 808. Obsérvese que aunque cuatro soportes de bandeja 902, 904 se representan en la Figura 9, se pueden usar alternativamente soportes 1110, 1112 únicos como se muestra en la Figura 10A.

La FIGURA 10B es un diagrama esquemático de una platina operada por banda con una identificación de componentes importantes. El detector de rayos X se muestra en 1030, y el portador del detector se representa en 1032. Esta realización particular se acciona por una correa en forma de H 1040. Los elementos 1042 y 1044 son cojinetes de desplazamiento pequeños y grandes, respectivamente. La correa se acciona por los motores 1050, 1052. El alojamiento de la platina se muestra en 1060 y la energía se introduce a través del cable 1062. Los motores de inclinación del detector se indican en 1070, 1072. Las losetas de colocación de IR y los emisores de IR descritos con referencia a la Figura 8B, se muestran en 850 y 852, respectivamente. Los emisores de IR típicos descritos en la presente memoria son balizas activas dado que emiten activamente una señal o energía que se recibe por el emisor para ayudar a determinar una posición del emisor. Alternativamente, o en combinación, variaciones adicionales de los métodos, sistemas y dispositivos descritos en la presente memoria pueden incluir marcas u objetos pasivos para ayudar a determinar la orientación del emisor. Los sistemas, dispositivos y métodos pueden incluir una cámara o un emisor que simplemente registre un patrón específico (por ejemplo, un símbolo QR o algún objeto único en el área quirúrgica, tal como un reloj, una mesa, un accesorio, etc.). Luego, el sistema se basará en un ordenador para usar estos patrones en lugar de, o en combinación con, balizas de IR para determinar la posición del emisor. En este último caso, la posición del emisor se calcula por el ordenador u otra unidad de procesamiento.

En todas las realizaciones de la platina, la cubierta superior de la plataforma o carcasa está cubierta con un material radiotransparente (es decir, 1018 en la Figura 10A). No obstante, la base inferior de la plataforma (es decir, 1020 en la Figura 10A) está preferiblemente recubierta con un material absorbente de rayos X, tal como plomo. Este recubrimiento evita que el exceso de rayos X penetre a través del campo y que se absorba por el operador del emisor. Esta capa base absorbente de rayos X también evita que el exceso de emisión de rayos X rebote en el suelo y se disperse por toda la instalación. Los lados de la plataforma también se pueden construir a partir de un material radioopaco.

Las Figuras 11A, 11B son diagramas que muestran un mecanismo de movimiento panorámico y de inclinación. En la Figura 11A, la bandeja del sensor 802 se coloca dentro de la cavidad y el sensor 706 se inclina alrededor del eje y. En la Figura 11B, la bandeja del sensor 802 está inclinada a lo largo tanto del eje x como del eje y. Este movimiento panorámico y de inclinación permite que el sensor se coloque con precisión para capturar una imagen de rayos X al tiempo que se minimiza la distorsión creada por el ángulo de desplazamiento del dispositivo de emisión. Es decir, la platina de captura y el emisor de rayos X están coordinados para minimizar la desviación y maximizar la captura de imágenes tanto de rayos X como fluoroscópicas. Moviendo el sensor dentro de la platina, el usuario no necesita volver a colocar al sujeto para obtener una imagen de rayos X o fluoroscópica clara y utilizable.

En el caso de un emisor de mano, en donde el dispositivo de emisión está físicamente desacoplado de la platina, es importante colocar el sensor con relación al emisor por razones de calidad y seguridad. Se pueden usar diferentes técnicas para lograr esta meta. Como se muestra en las Figuras 8 y 10, se puede montar una pluralidad de implementos de seguimiento de posición 830 en los extremos o esquinas de la bandeja. Si bien estos implementos se pueden usar en todas de las cuatro esquinas, solamente es necesario uno para una triangulación precisa. Estos implementos se basan en emisión de infrarrojos. Las señales de infrarrojos generadas en la plataforma se detectan por el dispositivo emisor, haciendo que el sensor se traslade e incline para maximizar la captura. Una realización adicional puede utilizar sensores y detectores magnéticos de posición y orientación del tipo usado en la navegación quirúrgica para orientar la bandeja y el sensor de rayos X.

Los emisores de 830 se usan para medir la distancia desde un punto 810 en la unidad de mano 710 hasta tres (o más) puntos fijos unidos a la platina. Estas distancias se representan como D1, D2 y D3 en la Figura 8A. En base a estas distancias, el sistema emplea un método de seguimiento para situar con precisión un punto central 801 en el sensor 706 y el ángulo (85) de la emisión desde la fuente a la plataforma. Una implementación ejemplar de este sistema de seguimiento incluiría una combinación de sensores de infrarrojos dentro de la plataforma y la unidad de mano, así como un giroscopio en la platina y la unidad de mano para detectar el ángulo 85.

La colocación del detector usa una serie de sensores en concierto. Cuando el usuario coge la unidad de mano, el sistema entra en un estado preparado. Las balizas de infrarrojos en las esquinas de la mesa se iluminan. La cámara de seguimiento de colocación en la unidad de mano comienza inmediatamente a analizar el espectro infrarrojo capturado dentro de un campo de visión de 140 grados. La cámara está buscando patrones de luz infrarroja. Cada esquina tiene un patrón específico que determina a qué esquina de la platina está mirando la cámara de infrarrojos en la unidad de mano.

Haciendo referencia a la Figura 8B, una loseta 850 de emisor de colocación de IR se asienta en cada esquina de la platina operativa o clínica. El diagrama es un ejemplo de cuatro losetas únicas. Cuando se usan las balizas de colocación montadas, el patrón será diferente. Estas losetas contienen una serie de emisores de infrarrojos 852, normalmente cinco emisores individuales, dispuestos en un patrón específico. Cada loseta contiene un patrón diferente de los cinco emisores de IR. A medida que el operador mueve el emisor de rayos X alrededor de la platina, la cámara de colocación de IR captura y analiza las emisiones de IR de las losetas. Debido a que cada loseta tiene un patrón único, la cámara es capaz de determinar su posición exacta en relación con la mesa. Además, debido a que cada loseta tiene un patrón único de múltiples luces, el sistema puede determinar la posición exacta de la loseta en el espacio XYZ.

Opcionalmente, o además de este diseño único de IR, los emisores de IR pueden parpadear de una manera sincopada. Modulando la frecuencia de los parpadeos, es posible añadir una firma de singularidad adicional a cada loseta, permitiendo que los patrones se repitan en un escenario con un gran número de losetas. Debido a esta disposición única, solamente una única esquina de la unidad, o una única baliza de colocación, necesita ser visible para el emisor para permitir que el sistema funcione completamente. Es decir, debido a la disposición del patrón, la cámara puede triangular su posición en el espacio con relación a cada esquina. Usando los datos de triangulación, así como los datos de orientación de la unidad IMU en el emisor, el sistema puede determinar el punto central de la emisión. Luego, la platina moverá el punto central a esa área de la platina e inclinará el detector para que sea lo más perpendicular posible a la emisión. Mientras que el sensor se está moviendo a sí mismo a su posición, el colimador en el emisor ajusta la salida del haz para asegurarse de que esté iluminando solamente el panel detector.

La información de posición de la combinación de los sensores de 830 se encamina a través de la unidad de control (es decir, 704 en la Figura 7), que interpola los datos del sensor sin procesar en un punto objetivo en la plataforma. La plataforma luego mueve la bandeja de sensores 802 al punto especificado. Luego, la plataforma inclina el sensor en la orientación correcta (85) para eliminar tanta desviación como sea posible. Dicho de otra manera, suponiendo que la fuente de rayos X en el emisor 710 emite radiación con respecto a un eje 803, la meta es colocar el eje 803 lo más cerca posible al punto central 801 del sensor, con el plano del sensor que es tan perpendicular como sea posible al eje 201 para minimizar la desviación.

La colocación x, y, el movimiento panorámico y de inclinación de la bandeja y el sensor se puede lograr sin emisores de posición en la parte de la plataforma del sistema. Las Figuras 12A y 13 ilustran un sistema alternativo y un método de cálculo de posición que elimina la dependencia de tener emisores de posición incorporados en la mesa. En su lugar, la posición del emisor de rayos X en relación a la platina de captura y el sensor de detección de rayos X se puede calcular en base a emisores de posición externos. Como se indicó anteriormente, el emisor puede ser puramente de mano para permitir que un médico mueva el emisor en el espacio libre. Alternativamente, el emisor se puede mover con (o acoplar a) una estructura de soporte que mantiene el emisor en posición con relación al objeto sin requerir que el médico sostenga continuamente el emisor.

El proceso para determinar la ubicación del dispositivo de emisión de rayos X de acuerdo con esta realización es de la siguiente manera:

El dispositivo o dispositivos de emisión posicional externos se instalan en una ubicación fija y contienen una serie de emisores de infrarrojos. Este dispositivo de emisión libera patrones de infrarrojos desde 5 lados de un objeto cúbico 1202, dando como resultado que la energía de infrarrojos se envíe desde orígenes ligeramente diferentes.

La platina detecta el patrón de infrarrojos y calcula la posición relativa a partir de la platina al centro de cada emisor de infrarrojos en un espacio tridimensional. Esta posición se considerará [xsi, ysi, zsi] = [-xei, -yei, -zei] con s que representa la platina, e que representa el dispositivo de emisión de infrarrojos e i que representa el índice del dispositivo de emisión de infrarrojos (si se aprovechan múltiples emisores de infrarrojos).

El dispositivo de emisión de rayos X detecta continuamente los patrones de señal de infrarrojos y determina la ubicación relativa del dispositivo de emisión al centro de cada emisor de infrarrojos en el espacio. Esta posición relativa se retransmite a una unidad de control de posición de emisión para cada emisor. Esta posición se puede considerar [xhi, yhi, zhi] = [-xei, -yei, -zei], con h que representa el dispositivo de emisión de rayos X, e que representa el dispositivo de emisión de infrarrojos, e i que representa el índice del dispositivo de emisión de infrarrojos.

La unidad de control de posición de emisión recibirá las posiciones relativas del dispositivo de emisión de rayos X ([xhi, yhi, zhi]). Usando estas posiciones relativas, la unidad de control de posición de emisión calcula la posición del dispositivo de emisión de rayos X con relación a la platina (Figura 13), dando como resultado [xhi-xsi, yhi-ysi, zhizsi]. Esta operación se realiza para cada dispositivo de emisión de infrarrojos (i), que luego se puede usar para deducir el margen de error.

Después de que la platina aplica la posición junto con los otros datos como se menciona en la formulación original, la platina mueve y gira la placa del sensor de rayos X a la posición correcta para capturar la imagen de rayos X. La Figura 12B ilustra una variación en la que un emisor 710 puede aplicar energía a un sensor/detector 706 que está configurado para moverse como se trata en la presente memoria pero también puede moverse para permitir una imagen lateral. En la variación ilustrada, el sensor/detector 706 se mueve fuera del eje X central de la mesa 105 para capturar vistas laterales del paciente 104. No obstante, las variaciones del sensor 706 pueden incluir configuraciones donde la mesa no es plana y está configurada para recibir el sensor 706 por encima de un plano en el que se coloca el paciente. La Figura 12B también ilustra un concepto adicional en el que se usan múltiples detectores 706 como se describe en la presente memoria. En tal variación, los sensores 706 se moverían como se describe en la presente memoria, pero el sensor que tenga la mejor alineación operativa se usaría para generar una señal.

Procedimientos de bloqueo de seguridad

Precisamente como es importante limitar las emisiones del emisor a distancias de objetivo específicas, por una variedad de razones, tanto prácticas como de certificación, es importante disparar solamente el generador de rayos X cuando el emisor esté correctamente dirigido a la platina de captura. Evitando que el generador de rayos X emita fotones mientras que no se apunta a la platina, se mejora la seguridad del sistema y se aumenta el rendimiento de un emisor. La Figura 14 ilustra el proceso por el cual el dispositivo gestiona el bloqueo de seguridad del emisor y captura una imagen de rayos X, con los números correspondientes a los números de la Figura 14:

1. El usuario inicia el proceso de captura señalizando a través del dispositivo de emisión 110, típicamente presionando un gatillo. El emisor envía un paquete de datos (D) al controlador que contiene la solicitud de captura, las mediciones de distancia (d1, d2,...) y el ángulo del emisor.

2a. El controlador valida que el emisor esté en una orientación segura.

2b. Si el controlador descubre que el emisor no está en una orientación segura y válida, el controlador envía un mensaje de error al emisor. Esto evita que el emisor se dispare y señala al usuario que hay un problema.

3. La platina coloca el sensor de acuerdo con la posición del emisor. La platina inclinará el sensor de modo que esté en la orientación correcta para capturar una imagen clara. La orientación será lo más cercana posible al ángulo complementario de la emisión.

4. La platina envía entonces un mensaje de confirmación al controlador después de que se haya establecido la posición.

5. El controlador reenvía el mensaje de inicio al emisor. El emisor ejecutará entonces cualquier tarea adicional de seguridad o preparación. Si el emisor cree que el entorno es seguro para disparar, el emisor disparará entonces los rayos X.

6a. El emisor dispara un pulso de fotones de rayos X a la platina durante la cantidad de tiempo solicitada.

6b. Durante la emisión del flujo de fotones de rayos X, el emisor difunde de forma continua constantemente cualquier actualización de la posición y el ángulo al controlador central.

6c. El controlador registra estas actualizaciones de posición y las retransmite a la platina.

6d. La platina actualizará rápida y constantemente la posición y el ángulo del sensor para estabilizar ópticamente la imagen de rayos X.

7. El sensor captura la emisión de fotones de rayos X del emisor y construye una imagen.

8. Tras la terminación de la emisión de rayos X, el sensor retransmite los datos a la unidad de control.

9. Luego, la unidad de control limpia la imagen del sensor usando una variedad de técnicas de mejora óptica conocidas. Si es aplicable, la unidad de control aprovechará los datos de movimiento almacenados del emisor para mejorar aún más la salida.

El proceso anterior permite que el emisor asegure que la emisión se dirigirá al sensor y a la platina en lugar de a cualquier otro objetivo arbitrario. Moviendo el sensor a su lugar por debajo del objetivo de emisión, el usuario puede crear una imagen resuelta y flexible de la parte deseada exacta del sujeto sin tener que volver a colocar al sujeto. La Figura 15 ilustra el proceso mediante el cual el dispositivo captura una imagen fluoroscópica. El proceso para capturar una imagen fluoroscópica es muy similar a capturar una imagen de rayos X estática; no obstante, el proceso fluoroscópico repetirá varias emisiones y capturas de imágenes para crear una imagen en movimiento. El proceso para asegurar la emisión segura así como capturar la imagen fluoroscópica, con los números correspondientes a los números en la Figura 15:

1. El usuario inicia el proceso de captura señalando a través del mango de emisión, generalmente presionando un gatillo. El emisor envía un paquete de datos (D) al controlador que contiene la solicitud de captura, las mediciones de distancia (d1, d2,...) y el ángulo del emisor.

2a. El controlador valida que el emisor esté en una orientación segura.

2b. Si el controlador descubre que el emisor no está en una orientación segura y válida, el controlador envía un mensaje de error al emisor. Esto evita que el emisor se dispare y señala al usuario que hay un problema.

3. La platina coloca el sensor de acuerdo con la posición del emisor. La platina inclinará el sensor de modo que esté en la orientación correcta para capturar una imagen clara. La orientación será tan cercana como sea posible al ángulo complementario de la emisión.

4. Luego, la platina envía un mensaje de confirmación al controlador después de la colocación.

5. El controlador reenvía el mensaje de inicio al emisor. El emisor entonces ejecutará cualquier tarea de seguridad o preparación adicional.

En el modo fluoroscópico, el emisor repetirá los siguientes pasos mientras el dispositivo emisor continúa solicitando cuadros fluoroscópicos adicionales, de la siguiente manera:

6a. El emisor dispara un pulso de fotones de rayos X en la platina durante la cantidad de tiempo solicitada.

6b. Durante la emisión del flujo de fotones de rayos X, el emisor difunde de manera continua constantemente cualquier actualización de la posición y el ángulo al controlador central. Si en cualquier momento durante el proceso fluoroscópico, la platina operativa detecta que la emisión no está dirigida a la platina, la platina enviará una señal de finalización al dispositivo de emisión y saltará directamente al paso 9.

6c. El controlador registra estas actualizaciones de posición y las retransmite a la platina.

6d. La platina actualiza rápida y continuamente la posición y el ángulo del sensor para estabilizar ópticamente la imagen de rayos X.

7. El sensor captura la emisión de fotones de rayos X del emisor y construye una imagen.

8. El sensor transfiere inmediatamente la imagen a la unidad de control. En este momento, se ejecuta un breve proceso de limpieza y la imagen se muestra en el dispositivo de visualización externo. Este cuadro fluoroscópico se guarda en la memoria.

La repetición constante de este proceso crea una imagen en movimiento en el visualizador externo. El proceso se repetirá hasta que el usuario suelte el gatillo del dispositivo de emisión.

9. Una vez que el usuario suelta el gatillo del dispositivo de emisión, la unidad de control “limpia” los cuadros almacenados del sensor usando una variedad de técnicas de mejora conocidas. Si es aplicable, la unidad de control también aplicará cualquier dato de movimiento almacenado del emisor para mejorar aún más la salida. La unidad de control luego combinará los cuadros fluoroscópicos en un único video para reproducción repetida.

El proceso anterior permite al usuario ver una vista fluoroscópica en directo del sujeto en tiempo real. Almacenando las imágenes y volviéndolas a procesar después de que se completa la captura, el dispositivo puede crear un video fluoroscópico único de alta calidad para mostrarlo y revisarlo en un momento posterior.

Si bien las descripciones anteriores proporcionan detalles ejemplares de la invención con el fin de proporcionar una comprensión de la invención, se pueden emplear ajustes de ingeniería de rutina para poner en práctica la invención sin apartarse del alcance de la invención. Además, si bien la invención se describe para su uso en imágenes de rayos X con propósitos quirúrgicos, se podría usar en otras aplicaciones médicas, tales como imágenes médicas generales, veterinaria y densitometría ósea. El sistema y el método también se pueden usar para aplicaciones no médicas, tales como imágenes industriales, inspecciones de fatiga de metales, inspección de soldaduras, para inspecciones de seguridad y similares.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato radiográfico, que comprende:

un emisor de rayos X portátil (110; 710) que incluye una unidad de generación de rayos X (230) en él, operativo para emitir un haz de rayos X hacia un objetivo, y el emisor de rayos X portátil que comprende un sistema de control que comprende al menos un controlador y un procesador (232);

una platina de captura de rayos X que comprende una plataforma (702);

un control de usuario en el emisor de rayos X portátil para activar la unidad de generación de rayos X;

un sensor de distancia (216) en el emisor de rayos X portátil para determinar una distancia a un objetivo, el objetivo que es una parte del cuerpo de un paciente;

al menos una cámara (214) en el emisor de rayos X portátil para capturar una imagen visible y de infrarrojos del objetivo y para capturar señales de emisores de infrarrojos (852);

una pluralidad de implementos de seguimiento de posición (830) que comprenden una serie de dichos emisores de infrarrojos (852), dispuestos en un patrón único específico, dichos elementos de seguimiento de posición que están unidos a la platina, cada implemento de seguimiento de posición configurado por ello para generar un patrón único que permite que al menos una cámara capture el patrón único para el emisor de rayos X para determinar una ubicación relativa en el espacio del emisor de rayos X portátil para cada uno de la pluralidad de implementos de seguimiento de posición, dicha ubicación relativa que incluye el ángulo de emisión (05) desde la unidad de generación de rayos Xa la plataforma; en donde

el procesador en el emisor de rayos X portátil está en comunicación eléctrica con el sensor de distancia, la unidad de generación de rayos X y el control del usuario, y el procesador está operativo para evitar que el control del usuario active la unidad de generación de rayos X en base a la distancia al objetivo proporcionada por el sensor de distancia;

y en donde el controlador está adaptado para evitar que el emisor de rayos X se active, o dispare, cuando el emisor de rayos X no está en una orientación segura y válida, dicha orientación segura y válida que se valida usando, empleando, o dependiendo de, o dependiendo de, o involucrando, al menos dicho ángulo de emisión desde la unidad de generación de rayos X.

2. El aparato radiográfico de la reivindicación 1, que incluye además circuitería de comunicaciones (302; 304) que permite que una imagen visible o de infrarrojos del objetivo sea vista en una pantalla de visualización (204) remota del emisor de rayos X portátil (110; 710).

3. El aparato radiográfico de la reivindicación 1, en donde el control del usuario está configurado para conmutar entre un modo de operación de rayos X, en donde la unidad de generación de rayos X (230) emite un único haz de radiación X para capturar una imagen de rayos X fija de dicho objetivo, y un modo de operación fluoroscópico, en donde la unidad de generación de rayos X (230) emite un haz continuo o múltiples haces de radiación X para capturar una imagen de rayos X en movimiento de dicho objetivo.

4. El aparato radiográfico de la reivindicación 3, en donde:

el haz de rayos X es un cono de rayos X emitidos a través de una abertura en el emisor de rayos X portátil (110; 710); e

incluir además un aparato para ajustar automáticamente el tamaño del cono en base a la distancia al objetivo.

5. El aparato radiográfico de la reivindicación 1, que incluye además circuitería (302; 304) para aumentar o disminuir gradualmente el consumo de energía del emisor de rayos X (110; 710) de acuerdo con el modo de operación.

6. El aparato radiográfico de la reivindicación 1, en donde:

la plataforma (702) de la platina de captación de rayos X está dotada con una superficie superior y una cavidad interna (800), dicha platina de captación de rayos X que comprende:

un sensor de rayos X (706) soportado en la cavidad interna (800) de la plataforma (702) para recibir rayos X del emisor de rayos X (110; 710) a través de la superficie superior de la plataforma (702);

un aparato para permitir que el emisor de rayos X (110; 710) emita rayos X si el emisor de rayos X (110; 710) está correctamente dirigido al sensor de rayos X (706); y

una circuitería de comunicaciones (302; 304) operativa para transmitir una imagen de rayos X estática o dinámica capturada por el sensor de rayos X (706) a un monitor de visualización externo (112).

7. El aparato radiográfico de la reivindicación 6, que incluye además:

una interfaz inalámbrica entre la plataforma (702) y el emisor de rayos X (110; 710) para determinar la posición y orientación del emisor de rayos X (110; 710) con relación a la plataforma (702); y

un aparato electromecánico operativo para mover el sensor de rayos X (706) en la cavidad interna (800) de la plataforma (702) para aumentar la captura de rayos X por el sensor de rayos X (706) en base a la posición y orientación del emisor de rayos X (110; 710).

8. El aparato radiográfico de la reivindicación 7, en donde el aparato electromecánico está operativo para mover el sensor de rayos X (706) en las direcciones X e y en la cavidad interna (800) de la plataforma (702) o para hacer un movimiento panorámico y de inclinación del sensor de rayos X (706) en la cavidad interna (800) de la plataforma (702).

9. El aparato radiográfico de la reivindicación 7, en donde el aparato electromecánico está operativo para trasladar, hacer un movimiento panorámico y de inclinación del sensor de rayos X (706) para centrar la emisión de rayos X del emisor de rayos X portátil (110; 710) sobre el sensor de rayos X (706) para corregir la desviación o perspectiva.

10. El aparato radiográfico de la reivindicación 7, en donde la interfaz inalámbrica entre la plataforma (702) y el emisor de rayos X (110; 710) incluye:

la pluralidad de emisores ópticos colocados sobre la plataforma (702);

donde la al menos una cámara (214) en el emisor de rayos X (110; 710) detecta de la pluralidad de emisores de infrarrojos; y

el controlador (704) está configurado además para realizar las siguientes funciones:

recibir las señales de la pluralidad de emisores de infrarrojos,

calcular la posición y orientación del emisor de rayos X (110; 710) con relación a la plataforma (702), y

hacer que el aparato electromecánico mueva el sensor de rayos X para aumentar la captura de rayos X en base a la posición y orientación calculadas del emisor de rayos X (110; 710).

11. El aparato radiográfico de la reivindicación 10, en donde:

la plataforma (702) tiene un perímetro externo; y

la pluralidad de emisores de infrarrojos están dispuestos en el perímetro externo de la plataforma (702).

12. El aparato radiográfico de la reivindicación 10, en donde la pluralidad de emisores ópticos están dispuestos en una loseta (850) en un patrón predeterminado donde opcionalmente cada emisor de infrarrojos está dispuesto en una loseta (850) en un patrón predeterminado.

13. El aparato radiográfico de la reivindicación 7, en donde la interfaz inalámbrica entre la plataforma (702) y el emisor de rayos X (110; 710) incluye:

un emisor óptico separado de la plataforma (702);

un sensor en el emisor de rayos X (110; 710) para detectar una señal del emisor óptico separado; y

un controlador (704) operativo para realizar las siguientes funciones:

recibir la señal del emisor óptico separado,

calcular la posición y orientación del emisor óptico separado;

calcular la posición y orientación del emisor de rayos X (110; 710) con relación a la plataforma (702) en base a la posición y orientación del emisor óptico separado, y

hacer que el aparato electromecánico mueva el sensor para aumentar la captura de rayos X en base a una posición y orientación calculadas del emisor de rayos X (110; 710).

14. El aparato radiográfico de la reivindicación 6, en donde:

el procesador (232) está configurado para cifrar una imagen de rayos X tras la captura para producir una imagen cifrada; y

se proporciona una memoria para almacenar la imagen cifrada para recuperarla posteriormente.