ES2964538T3

ES2964538T3 - Procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato para un cuerpo vivo, y dispositivo correspondiente

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Publication number: ES2964538T3
Application number: ES19745664T
Authority: ES
Inventors: Briac Colobert; Jean-Charles Gesbert; Vincent Carre
Original assignee: Proteor SA
Current assignee: Proteor SA
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2024-04-08
Anticipated expiration: 2039-06-03
Also published as: EP3803806B1; FR3082037A1; EP3803806A1; US20210201596A1; FR3082037B1; CA3097627A1; WO2019234335A1; US11468652B2

Abstract

La invención se refiere a un método para producir una representación digital para producir un aparato para un cuerpo vivo, particularmente para ser aplicado contra la superficie externa del cuerpo vivo. La invención está destinada particularmente a la producción de órtesis y prótesis. El método según la invención permite la representación digital de un aparato mediante un modelado de las estructuras internas y externas del cuerpo vivo al que se va a equipar un aparato. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato para un cuerpo vivo, y dispositivo correspondiente

Ámbito técnico:

La invención tiene por objeto un procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato para un cuerpo vivo, en particular destinado a ser aplicado contra la superficie externa del cuerpo vivo.

La invención está destinada más particularmente a la fabricación de órtesis y de prótesis. Una órtesis es un aparato que se aplica externamente a una parte del cuerpo para corregir una deformación, mejorar la función o aliviar los síntomas de una enfermedad apoyando o ayudando al sistema neuromusculoesquelético. Una prótesis es un aparato que reemplaza a una parte que falta del cuerpo.

Técnica anterior:

Las prótesis y las órtesis se realizan generalmente a medida para optimizar su eficacia y su comodidad. Actualmente, estos aparatos son fabricados habitualmente a partir de representaciones tridimensionales de la forma externa de una parte de un cuerpo humano o animal. Esta representación tridimensional de la forma externa es utilizada después para formar un modelo tridimensional de un molde del aparato o del aparato.

En general, los procedimientos de realización de estos modelos 3D (en tres dimensiones) no utilizan representación de la estructura interna: el modelo resultante por tanto no tiene en cuenta la estructura interna del paciente, lo que puede conducir a la realización de aparatos en los que los apoyos son demasiado importantes sobre ciertas partes del cuerpo o, por el contrario, no bastante marcados. "Correlation Between Immediate In-Brace Correction and Biomechanical Effectiveness of Brace Treatment in Adolescent Idiopathic Scoliosis" por JULIEN CLIN ET AL describe la generación de un modelo de cuerpo específico de un paciente y la simulación digital del efecto de llevar un corsé con la ayuda de este modelo.

Existe todavía la necesidad de mejorar la adaptación de estos aparatos al cuerpo vivo y así reducir los riesgos de conflicto entre el aparato y las estructuras anatómicas del cuerpo vivo. Igualmente existen todavía la necesidad de mejorar la precisión de los apoyos y la eficiencia de estos aparatos.

Sumario de la invención:

A tal efecto, la invención se define por las reivindicaciones independientes y en particular propone un procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato para una parte al menos de un cuerpo vivo, que comprende:

(1) recibir un primer modelo en tres dimensiones de la estructura interna y externa del objeto en un primer sistema de referencia de tres dimensiones,

(2) recibir un segundo modelo en tres dimensiones del aparato que haya que fabricar que defina al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato, y, opcionalmente un contorno del aparato, comprendiendo el segundo modelo datos:

- de coordenadas en un segundo sistema de referencia de tres dimensiones de puntos de borde que forman parte del borde de una zona funcional y de puntos de vértice que representan vértices de una zona funcional,

- de un valor de un parámetro de deformación, representativo de la deformación de la zona funcional, asociado a cada punto de vértice,

- opcionalmente, de coordenadas en el segundo sistema de referencia de puntos o de líneas de contorno del aparato, (3) modificar el segundo modelo aplicando a los puntos del modelo una matriz de transformación que exprese las coordenadas de estos puntos en el primer sistema de referencia,

(4) calcular para cada zona funcional del segundo modelo:

- una curva de borde, en particular continua, que pasa por los puntos de borde,

- una curva de vértices, en particular continua, que pasa por los puntos de vértice,

(5) transferir al primer modelo las curvas de borde, las curvas de vértices y los valores de parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo, y opcionalmente los puntos o líneas de contorno del aparato, (6) deformar la superficie externa del primer modelo en función de las curvas de vértice para conformar la superficie externa del primer modelo a la forma del segundo modelo en cada zona funcional y obtener un primer modelo corregido,

(7) opcionalmente, mostrar una representación gráfica del primer modelo corregido,

(8) grabar el primer modelo corregido en una memoria de ordenador como modelo final.

El procedimiento según la invención permite así obtener un modelo en tres dimensiones del aparato integrado en el modelo del cuerpo vivo o de una parte de un cuerpo vivo. La utilización de un modelo del cuerpo vivo que incluye la estructura interna para adaptar un modelo de aparato permite mejorar la adaptación del modelo final a la forma del cuerpo del paciente y, al final, la precisión del aparato. En particular, esta precisión puede ser mejorada aún más cuando el primer modelo es a su vez obtenido por medio de un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas que utiliza datos de imagen del objeto, en particular a partir de dos imágenes radiográficas de la estructura interna y de una imagen en tres dimensiones de la estructura externa del objeto.

El procedimiento según la invención permite así mejorar la personalización de la representación digital del aparato y del cuerpo vivo, pudiendo ser utilizada entonces esta representación digital directamente para fabricar el aparato, o para fabricar un molde a partir del cual se fabricará el aparato.

En el transcurso de la etapa (3), la matriz de transformación es así aplicada a los puntos del segundo modelo elegidos entre los puntos de borde, los puntos de vértice y opcionalmente los puntos de contorno. Esta matriz puede ser aplicada eventualmente a las líneas de contorno del segundo modelo. La matriz de transformación se calcula de manera que referencias características de la estructura interna del objeto que haya que equipar que define el segundo sistema de referencia del segundo modelo, se correspondan con las mismas referencias características presentes en el primer modelo.

El procedimiento puede comprender, en particular después de la etapa (6) y preferentemente antes de la etapa (8):

- recibir un coeficiente de corrección introducido por un usuario que haya que aplicar a cada valor del parámetro de deformación asociado a un punto de vértice,

- corregir los valores del parámetro de deformación del primer modelo para cada uno de los puntos de vértice, y

- grabar los valores corregidos en la memoria de ordenador.

Esto permite a un usuario controlar la rigidez del aparato que haya que realizar en función de consideraciones clínicas, asegurando así una mejor adaptación del modelo y por consiguiente del aparato que haya que realizar. La grabación puede ser realizada en el transcurso de la etapa (8) o antes.

El procedimiento puede comprender, en particular después de las etapas (7) u (8), una etapa de transformación del modelo final en un conjunto de instrucciones que pueden ser utilizadas para controlar una máquina de fabricación asistida por ordenador, para fabricar el aparato o un molde del aparato.

En el transcurso la etapa (1) de recepción de un primer modelo, se recibe un primer modelo de la estructura interna y externa de un objeto que forma una parte al menos del cuerpo vivo, estando destinada esta parte a recibir un aparato, por ejemplo una órtesis o una prótesis.

El objeto mencionado anteriormente puede comprender en particular la columna vertebral, la pelvis o incluso la rodilla de un paciente, o más generalmente estar constituido por todo o parte del cuerpo del paciente. En estos diferentes casos, las estructuras internas que haya que observar pueden estar constituidas en particular por los huesos del paciente.

Un modelo de este tipo comprende datos representativos de coordenadas de puntos de la estructura interna y coordenadas de puntos de la estructura externa (es decir, puntos de la superficie del objeto), estando expresadas estas coordenadas en un único sistema de referencia de tres dimensiones.

Este primer modelo puede ser generado por cualquier método conocido de modelado de la estructura interna y externa de un objeto. Se pueden generar modelos adecuados, por ejemplo, utilizando una o varias técnicas elegidas entre la obtención de imágenes por resonancia magnética (MRI), la ecografía, la tomografía por ordenador («Computer Tomagraphy» o CT, véase por ejemplo el documento US8634626B2), las técnicas clásicas de radiografía por rayos X, la fluoroscopia, las técnicas de ultrasonidos.

En un modo de realización preferido, la etapa (1) de recepción de un primer modelo de la estructura interna y externa del objeto puede comprender la generación de este primer modelo por un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas a partir de datos de imagen del objeto, en particular procedentes de dos imágenes radiográficas de la estructura interna y de una imagen en tres dimensiones de la estructura externa del objeto.

En un modo de realización, estando situado este objeto en particular en el interior de un campo de observación, la generación del primer modelo por el procedimiento de obtención de imágenes radiográficas puede comprender: A. recibir primeros datos de imagen generados en un primer sistema de referencia de tres dimensiones, representativos de dos imágenes radiográficas en dos dimensiones de la estructura interna del objeto capturadas según dos direcciones de toma de vistas no paralelas,

B. recibir segundos datos de imagen generados en un segundo sistema de referencia, representativos de una imagen en tres dimensiones de una envoltura externa del objeto,

C. cuando los primero y segundo sistemas de referencia son diferentes, transformar los datos de imagen recibidos en un solo y mismo sistema de referencia,

D. estimar a partir de los segundos datos de imagen las coordenadas en el sistema de referencia de primeras referencias características de la estructura interna y, opcionalmente, el valor de al menos un parámetro característico de la estructura interna,

E. calcular, en el sistema de referencia, la forma en tres dimensiones de un modelo que representa la citada estructura interna a partir de un modelo genérico conocido a priori de la citada estructura interna, comprendiendo este modelo genérico puntos correspondientes a las primeras referencias, siendo obtenido el modelo calculado por deformación del modelo genérico de manera que el citado modelo calculado siga una forma lo más próxima posible a una isometría del modelo genérico al tiempo que se mantengan en coincidencia los puntos del modelo genérico deformado con las primeras referencias, y opcionalmente aplicando al modelo calculado el parámetro o los parámetros característicos de la estructura interna,

F. elegir al menos una segunda referencia característica de la estructura interna que haya que localizar en cada una de las dos imágenes radiográficas, y opcionalmente, al menos una segunda referencia que haya que localizar en una única imagen radiográfica, y para cada segunda referencia:

(i) identificar un punto perteneciente al modelo calculado en la etapa E) correspondiente a la segunda referencia,

(ii) calcular las coordenadas de una proyección de este punto sobre las imágenes radiográficas,

(iii) determinar a partir de los primeros datos de imagen las coordenadas de la segunda referencia en la imagen radiográfica buscándola en una zona de búsqueda situada alrededor de las coordenadas de la proyección,

G. calcular las coordenadas de las segundas referencias en el sistema de referencia a partir de sus coordenadas en al menos una de las imágenes radiográficas determinadas en la etapa F),

H. corregir el modelo calculado en la etapa E) haciendo coincidir puntos del modelo calculado correspondientes a las segundas referencias con las coordenadas de aquéllos calculadas en la etapa G),

I. reconstruir un modelo de la estructura interna y externa del objeto con los datos del modelo corregido en la etapa H) y los datos de la imagen en tres dimensiones de la envoltura externa del objeto expresados en el sistema de referencia.

La o las referencias mencionadas anteriormente son referencias anatómicas que pueden ser puntos, segmentos, líneas, arcos, contornos, bordes u otros, o más generalmente estar constituidos por cualquier punto o elemento anatómico característico del esqueleto del paciente. Opcionalmente, las primeras y segundas referencias pueden ser las mismas referencias.

El parámetro o los parámetros característicos de la estructura interna pueden ser parámetros anatómicos de la estructura interna, tales como, por ejemplo, dimensiones de referencias anatómicas. A modo de ejemplo, la circunferencia de cintura o la altura que separa la circunferencia de cintura al nivel subaxilar son dimensiones morfológicas (medibles en la envoltura externa) que permiten estimar una dimensión anatómica de la estructura interna (anchura del hueso ilíaco, altura de las vértebras).

Este procedimiento de obtención de imágenes radiográficas permite una intervención reducida, o nula, de un operador para localizar los puntos anatómicos (segundas referencias) en una radiografía en dos dimensiones, facilitando así esta localización y haciéndola más fiable. En efecto, la localización de las segundas referencias en las imágenes radiográficas utiliza una imagen digitalizada en 3D del objeto, utilizada para corregir un modelo genérico existente. La proyección de este modelo corregido permite determinar una posición probable de las segundas referencias en una radiografía en dos dimensiones. Un tratamiento de cada imagen radiográfica alrededor de cada posición probable permite entonces localizar las segundas referencias de manera fiable. Así, este tratamiento de imagen requiere menos recursos porque se realiza en una zona restringida de la imagen radiográfica.

Se observará que la etapa D se realiza antes de la etapa E, la etapa B se realiza antes de la etapa D y que la etapa A se puede realizar en cualquier momento antes de la etapa E. La etapa C, si se considera necesario, se implementa antes de la utilización de los datos de las etapas A o B en otras etapas.

Los primeros y segundos datos de imagen son, por ejemplo, datos representativos de las coordenadas de los puntos de una imagen en 2D o en 3D. Puede tratarse de una señal eléctrica (señal de imagen).

Los segundos datos de imagen recibidos en la etapa B pueden ser generados por un sistema de obtención de imágenes que comprende al menos un sensor óptico. Estos segundos datos de imagen pueden ser generados ventajosamente por medio de uno o varios sensores ópticos, en particular no irradiantes o ionizantes, por ejemplo uno o varios sensores ópticos de imagen, que convierten una señal luminosa en una señal eléctrica. La señal luminosa utilizada puede ser visible o no. A modo de ejemplo, se puede utilizar un sistema de obtención de imágenes apto para medir una profundidad óptica, por ejemplo del tipo descrito en el documento WO 2007/043036.

En un modo de realización, en el transcurso la etapa D, la posición geométrica estimada de la pluralidad de primeras referencias puede ser determinada procediendo primero a la determinación D(i) de las coordenadas de referencias externas colocadas en la envoltura externa en un sistema de referencia de tres dimensiones, y después por la estimación D(ii) de las coordenadas de las primeras referencias en el mismo sistema de referencia a partir de las referencias externas.

La etapa D(i) se puede obtener por cálculo por medio de un modelo matemático, o por tratamiento de los segundos datos de imagen, estando marcadas estas referencias externas en la envoltura externa. Se comprenderá que este marcado se realiza antes de la generación de los segundos datos de imagen recibidos en la etapa B.

El marcado manual utilizado en caso de tratamiento de los datos de imagen puede ser un marcado pasivo. Puede consistir en colocar referencias externas dibujadas o pegadas sobre la piel del paciente, que presenten por ejemplo una forma y/o un color particular o que presenten una superficie reflectante que puede reflejar un destello de luz.

Las referencias externas dibujadas o pegadas pueden ser indicadas de manera manual, por ejemplo indicadas en la imagen digitalizada en 3D por un operador, o de manera automática, por ejemplo por un software de tratamiento de imagen que permita diferenciar colores, intensidades luminosas,... Una intervención humana es en este caso necesaria, pero sigue siendo limitada.

El marcado puede ser igualmente un marcado activo, tal como el posicionamiento de emisores sobre la piel del paciente, pudiendo tales emisores eventualmente emitir una señal característica de su posición apta para ser detectada por el sistema de obtención de imágenes que permite digitalizar la envoltura externa. Esta señal, por ejemplo una señal luminosa, en el ámbito visible o no, puede ser específica de cada marcador y/o ser emitida puntualmente a intervalos de tiempo conocidos o durante una duración conocida. La intervención humana se limita entonces a la colocación de los marcadores en el paciente.

La etapa D(ii) puede realizarse en particular por cálculo por medio de un modelo matemático. Se comprende que entonces no es necesaria ninguna intervención humana cuando la etapa D(i) utiliza también un modelo matemático, mejorando la reproducibilidad de la localización. A modo de ejemplo, se puede utilizar un modelo que permita localizar referencias internas (pertenecientes a la estructura interna) a partir de la envoltura externa.

Los primeros datos de imagen recibidos en la etapa A pueden ser generados por barrido desplazando al menos una fuente radiactiva en una dirección de traslación no paralela a una dirección de toma de vistas.

De manera general, las segundas referencias son elegidas preferentemente entre las referencias que haya que localizar en cada una de las dos imágenes radiográficas (denominadas también estéreo correspondientes), y eventualmente entre las referencias que haya que localizar en una sola imagen radiográfica (denominadas también no estéreo correspondientes).

La utilización en el transcurso de la etapa E de segundas referencias estéreo correspondientes, a saber visibles en las dos imágenes radiográficas, permite mejorar la calidad del modelo corregido. La calidad del modelo corregido puede ser mejorada aún más utilizando otras segundas referencias no estéreo correspondientes. El número de segundas referencias utilizables para corregir el modelo podrá ser elegido en función de la naturaleza de la estructura interna cuya imagen haya que obtener. A modo de ejemplo, para una vértebra, la utilización de una decena de referencias puede ser suficiente. En general se utilizarán de 10 a 100 referencias de control.

Ventajosamente, en un modo de realización, los primeros datos de imagen recibidos en la etapa A son generados simultáneamente, por barrido, desplazando en sincronismo, en una misma dirección de traslación no paralela a las direcciones de toma de vistas, dos fuentes radiactivas que emiten dos haces de rayos ionizantes respectivamente en las dos direcciones de toma de vistas. Esto puede permitir generar datos de imágenes radiográficas en un mismo sistema de referencia de tres dimensiones, por ejemplo después de una calibración adecuada de las fuentes radiactivas.

En un modo de realización, los primeros datos de imagen y los segundos datos de imagen son generados simultáneamente. Los primeros y segundos datos de imagen pueden ser generados entonces en un mismo sistema de referencia de tres dimensiones, por ejemplo después de una calibración adecuada de los dispositivos de grabación de las imágenes. Esto permite evitar proceder a un reajuste de las diferentes imágenes en un mismo sistema de referencia de tres dimensiones y simplificar la implementación del procedimiento según la invención. Este sistema de referencia puede servir entonces como sistema de referencia para el procedimiento de obtención de imágenes radiográficas. En este modo de realización, la etapa C no es necesaria.

En otro modo de realización, los primeros datos de imagen y los segundos datos de imagen pueden ser generados en sistemas de referencia de tres dimensiones diferentes. Dicho de otro modo, cada imagen o cada tipo de imagen queda grabada en su propio sistema de referencia de tres dimensiones. Este es, por ejemplo, el caso cuando las imágenes son generadas en momentos distintos. En este caso, el procedimiento comprende una etapa C de transformación de los datos de imagen recibidos en el sistema de referencia, que puede ser implementado en la etapa A, en la etapa B o antes de la utilización de los datos de una de estas etapas.

Esta etapa C de transformación puede ser realizada, por ejemplo, por medio de una matriz de transformación que permita pasar de un sistema de referencia a otro. Esta matriz de transformación puede ser determinada de manera que elementos comunes en los primeros datos de imagen y en los segundos datos de imagen coincidan en el sistema de referencia elegido. Estos elementos comunes pueden formar parte de la imagen tal como, por ejemplo, el contorno de las imágenes o ser elementos de marcado radio opacos de dimensiones conocidas colocados en el objeto que haya que representar antes de la generación de los datos de imagen.

En un modo de realización, la etapa (2) de recepción del procedimiento según la invención puede comprender: comparar la estructura interna del primer modelo con estructuras internas conocidas previamente identificadas, identificar la estructura interna conocida más próxima a la estructura interna del primer modelo,

elegir un modelo de aparato adaptado a la estructura interna conocida identificada.

En particular, se puede considerar construir una base de datos que asocie a cada estructura interna identificada un modelo de aparato con el fin de automatizar completamente la elección del segundo modelo.

Tal base podría enriquecerse periódicamente registrando en la misma la estructura interna de cada paciente asociado al modelo final adaptado a este paciente y obtenido por el procedimiento según la invención.

En un modo de realización, la etapa (5) de transferencia del procedimiento según la invención puede comprender: (i) proyectar la curva de borde y la curva de vértices de cada zona funcional del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y calcular las coordenadas de la curva de borde y de la curva de vértices, proyectadas sobre la superficie externa en el primer modelo,

(ii) corregir las coordenadas de cada punto de vértice de la curva de vértices proyectada al que está asociado un valor de parámetro de deformación en función de este valor,

(iii) opcionalmente proyectar los puntos o líneas de contorno del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y calcular las coordenadas de los puntos o de las líneas de contorno proyectados.

Se pueden utilizar diferentes métodos para la implementación de la etapa (6). En un modo de realización, la etapa (6) de deformación puede comprender:

(i) identificar los puntos en la superficie externa del primer modelo situados en el interior de cada curva de borde proyectada sobre la superficie externa,

(ii) deformar el primer modelo a nivel de cada zona funcional, desplazando, a lo largo de una dirección normal a la superficie externa, los puntos identificados en (i) una distancia de desplazamiento función de su posición en el interior de la zona funcional.

Esta distancia de desplazamiento puede ser definida por reglas predeterminadas que se aplicarán para cada zona funcional.

La invención tiene igualmente por objeto un soporte legible por ordenador, que contenga instrucciones codificadas para poder ser interpretadas por un circuito procesador y ejecutadas por éste según el procedimiento según la invención.

La invención tiene también por objeto un dispositivo para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto que forma una parte al menos de un cuerpo vivo, en particular para la implementación del procedimiento según la invención, caracterizado por que comprende:

- medios de recepción de un primer modelo en tres dimensiones de la estructura interna y externa del objeto en un primer sistema de referencia de tres dimensiones,

- medios de recepción de un segundo modelo en tres dimensiones del aparato que haya que fabricar que define al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato y opcionalmente un contorno del aparato, comprendiendo el segundo modelo datos representativos:

- opcionalmente, de las coordenadas en el segundo sistema de referencia de puntos o de líneas de contorno del aparato,

- medios de modificación del segundo modelo aplicando a los puntos del modelo una matriz de transformación que exprese las coordenadas de estos puntos en el primer sistema de referencia,

- medios de cálculo, para cada zona funcional del segundo modelo:

- de una curva de borde que pasa por los puntos de borde,

- de una curva de vértices que pasa por los puntos de vértice,

- medios de transferencia al primer modelo de las curvas de borde, de las curvas de vértices y de los valores del parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo, y opcionalmente de los puntos o de líneas de contorno del aparato,

- medios de deformación de la superficie externa del primer modelo utilizando las curvas de vértice para conformar la superficie externa del primer modelo a la forma del segundo modelo en cada zona funcional y obtener un primer modelo corregido,

- medios de visualización de una representación gráfica del primer modelo corregido,

- medios de grabación del primer modelo corregido en una memoria de ordenador como modelo final.

En particular, la matriz de transformación aplicada al segundo modelo por los medios de modificación puede ser tal como se define con referencia al procedimiento.

En un modo de realización, el dispositivo puede comprender:

medios de recepción de un coeficiente de corrección introducido por un usuario que haya que aplicar a cada valor del parámetro de deformación asociado a un punto de vértice,

medios de corrección de los valores del parámetro de deformación del primer modelo para cada uno de los puntos de vértice, y

medios de grabación de los valores corregidos en la memoria de ordenador.

En un modo de realización, el dispositivo puede comprender medios de transformación del modelo final en un conjunto de instrucciones que pueden ser utilizadas para controlar una máquina de fabricación asistida por ordenador, para fabricar el aparato o un molde del aparato.

En un modo de realización, el dispositivo puede comprender medios de generación del primer modelo por un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas a partir de datos de imagen del objeto, en particular procedentes de dos imágenes radiográficas de la estructura interna y de una imagen en tres dimensiones de la estructura externa del objeto.

Estos medios de generación pueden comprender:

- medios de recepción de datos de imagen para recibir primeros datos de imagen generados en un sistema de referencia de tres dimensiones, representativos de al menos una imagen radiográfica en dos dimensiones de la estructura interna del objeto, y segundos datos de imagen generados en un sistema de referencia de tres dimensiones representativos de una imagen en tres dimensiones de una envoltura externa del objeto,

- medios de tratamiento conectados a los medios de recepción dispuestos para realizar al menos las etapas C) a I) del procedimiento,

- medios de transmisión.

En un modo de realización, los medios de recepción del segundo modelo pueden comprender:

medios de comparación de la estructura interna del primer modelo con estructuras internas conocidas previamente identificadas,

medios de identificación de la estructura interna conocida más próxima a la estructura interna del primer modelo, medios de selección de un modelo de aparato adaptado a la estructura interna conocida identificada.

En un modo de realización, los medios de transferencia pueden comprender:

- medios de proyección de la curva de borde y de la curva de vértices de cada zona funcional del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y medios de cálculo de las coordenadas de las curvas de borde y de vértices proyectadas sobre la superficie externa en el primer modelo,

- medios de corrección de las coordenadas de cada punto de vértice de la curva de vértices proyectada al cual está asociado un valor de parámetro de deformación en función de este valor,

- opcionalmente, medios de proyección de los puntos o de líneas de contorno del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y medios de cálculo de las coordenadas de los puntos o de líneas de contorno proyectados. En un modo de realización, los medios de deformación pueden comprender:

- medios de identificación de los puntos de la superficie externa del primer modelo situados en el interior de cada curva de borde proyectada sobre la superficie externa,

- medios de deformación del primer modelo a nivel de cada zona funcional, configurados para desplazar, a lo largo de una dirección normal a la superficie externa, los puntos identificados por los medios de identificación, una distancia de desplazamiento función de la posición de cada uno de estos puntos en el interior de la zona funcional.

Otro objeto de la invención es un programa de ordenador que comprenda porciones de código de programa para la ejecución de las etapas del procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto según la invención, cuando el citado programa es ejecutado por un dispositivo para producir un representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto según la invención.

Descripción de figuras:

La invención se describe ahora con referencia a los dibujos adjuntos, no limitativos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática de un sistema de fabricación de un aparato para un cuerpo vivo según un modo de realización;

- la figura 2 es una representación esquemática de una imagen digitalizada en 3D de la envoltura externa del paciente. - la figura 3 es una representación similar a la figura 2 en la cual están representadas referencias externas.

- la figura 4 es una representación esquemática de un modelo genérico en 3D de un esqueleto.

- la figura 5 es una representación esquemática de un modelo en 3D calculado del esqueleto del paciente y de sus proyecciones sobre las imágenes radiográficas.

- las figuras 6a y 6b son representaciones esquemáticas en corte transversal que muestran las deformaciones del modelo 3D,

- la figura 7 representa las proyecciones de los puntos sobre una radiografía y una zona de búsqueda,

- la figura 8 representa un modelo en 3D reconstruido del esqueleto del paciente,

- la figura 9 representa esquemáticamente zonas funcionales de un segundo modelo.

- la figura 10 representa esquemáticamente el dispositivo 100 representado en la figura 1.

- las figuras 11a y 11b representan esquemáticamente los puntos de referencias de la estructura interna que define el sistema de referencia del modelo M2 (fig. 11a) y del modelo M1 (fig. 11b).

- la figura 12 representa esquemáticamente la superficie externa del modelo M1 y las curvas de borde y de vértices de una zona funcional.

- la figura 13 representa esquemáticamente la superficie externa del modelo M1 y las curvas de borde y de vértices de una zona funcional proyectada sobre la superficie externa.

- la figura 14 representa un modelo final obtenido con el procedimiento según la invención.

Descripción detallada:

La figura 1 representa un sistema de fabricación de un aparato para un cuerpo vivo que comprende un dispositivo 100 configurado para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto que forma una parte al menos de un cuerpo vivo y una máquina de fabricación 200 asistida por ordenador (FAO), conectada al dispositivo 100.

El dispositivo 100 recibe una primera señal S1 codificada con datos representativos de la estructura interna y externa de una parte de un cuerpo vivo para el cual debe ser fabricado un aparato. Estos datos forman un primer modelo en el sentido de la invención y son puntos de la estructura interna y de la estructura externa cuyas coordenadas están expresadas en un único sistema de referencia de tres dimensiones.

En el ejemplo, la parte del cuerpo vivo es un torso T de un paciente P, pero en otros modos de realización, la parte del cuerpo puede ser cualquier parte de un cuerpo vivo.

La primera señal S1 puede ser recibida de un dispositivo de obtención de imágenes radiográficas 1 representado en la figura 1, el cual implementa un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas a partir de datos de imagen del torso T del paciente P. Esta señal S1 puede ser recibida directamente o estar grabada en un soporte que pueda ser leído por el dispositivo 100.

El dispositivo 100 recibe igualmente una segunda señal S2 codificada con datos representativos del aparato que haya que fabricar que definen al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato y opcionalmente un contorno del aparato.

El dispositivo 100 comprende medios de ejecución de un programa de ordenador adaptado para implementar el procedimiento descrito en la presente invención y corregir el primer modelo recibido con el fin de obtener un modelo corregido, adaptado al paciente considerado, del aparato que haya que producir integrado en el primer modelo.

Este modelo corregido del aparato que haya que fabricar comprende zonas funcionales tales como zonas de compresión en las zonas del cuerpo que toleran la presión y/o zonas de relieve en ciertas zonas del cuerpo sensibles a la presión, proporcionando así un aparato cómodamente ajustado.

El dispositivo 100 comprende igualmente un dispositivo de visualización 102 para visualizar una representación del torso T del paciente P, un circuito de tratamiento 104 para manipular el primer modelo corregido y/o final y/o la representación visualizada del torso. En este modo de realización, el aparato 100 comprende igualmente un dispositivo indicador 106 (ratón) que tiene uno o varios botones de accionador para recibir una entrada del usuario y un teclado 107 que forma parte de una interfaz de entrada. El dispositivo de visualización 102 puede ser además un dispositivo táctil que permita igualmente recibir una entrada del usuario.

La máquina de fabricación 200 puede ser una máquina que comprenda una herramienta para mecanizar un molde a partir de un material tal como espuma de poliuretano o madera. En este caso, el molde puede representar una parte del torso del paciente mayor que la parte que haya que equipar. A tal efecto se puede utilizar por ejemplo una máquina de tipo fresadora de 3 a 5 ejes, fabricada por ejemplo por la empresa Orten®. El molde mecanizado puede ser utilizado después para formar el aparato, tal como una órtesis, moldeando un termoplástico u otro material sobre la reproducción mecanizada. Una vez endurecido suficientemente en el molde, el aparato puede ser retirado y, si es necesario, recortado o tratado para obtener el aparato final.

La máquina de fabricación 200 puede comprender también un sistema de impresión 3D para fabricar directamente el aparato. A tal efecto se puede utilizar por ejemplo una máquina tal como la HP Jet Fusion 3D 4200 de la marca HP®.

El dispositivo de obtención de imágenes radiográficas 1 representado en la figura 1 comprende una armadura móvil 2 que se puede desplazar verticalmente de modo motorizado sobre guías verticales 3, en una dirección de traslación 4.

Esta armadura rodea un campo de observación 5 en el cual puede colocarse un paciente P, de pie tal como está representado o en una posición sentada si es necesario.

La armadura móvil 2 lleva una primera fuente radiactiva 6a y una segunda fuente radiactiva 6b. Cada fuente radiactiva 6a, 6b está asociada a un detector 7a, 7b, respectivamente, que está dispuesto frente a la fuente 6a, 6b, más allá del campo de observación 5. Cada detector 7a, 7b comprende al menos una línea horizontal 8a, 8b de células de detección. Las fuentes 6a, 6b y los detectores 7a, 7b forman parte de un primer sistema de obtención de imágenes radiográficas 6.

Las fuentes radiactivas 6a, 6b están adaptadas para emitir rayos ionizantes, en particular rayos X, en las direcciones de toma de vistas 9a, 9b respectivamente, siendo estas radiaciones ionizantes aptas para ser detectadas por los detectores 7a, 7b. La dirección de toma de vistas 9a es anteroposterior con respecto al paciente P mientras que la dirección de toma de vistas 9b es lateral con respecto al paciente P.

De manera clásica, las radiaciones ionizantes emitidas por las fuentes 6a, 6b pasan cada una a través de una ranura horizontal 10a, 10b dispuesta en una retícula 11a, 11b tal como una placa metálica, para generar un haz horizontal 12a, 12b de radiaciones ionizantes en el campo de observación 5.

Naturalmente, las fuentes radiactivas y los detectores podrían ser en número superior a 2, y las direcciones de toma de vistas de estas diferentes fuentes radiactivas podrían, en su caso, no ser perpendiculares entre sí, ni siquiera horizontales.

El dispositivo comprende además al menos un sensor óptico 13 para realizar la digitalización externa del paciente P. Se puede utilizar cualquier tipo de sensor óptico de imagen, tal como los sensores CCD (Couple Charge Device) y CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor) o también los sensores aptos para medir una profundidad óptica. Debe observarse sin embargo que es preferible utilizar un sensor óptico que presenta una precisión y resolución de malla elevada.

En el ejemplo, este sensor óptico 13 está montado en una de las guías verticales 3. El paciente está además de pie sobre un plato 14 que puede ser puesto en rotación por medio de un motor. Se puede así tomar una imagen en 3D del paciente haciendo girar el plato 14360°. Esta imagen 3D podría ser tomada colocando varios sensores ópticos 13 alrededor del paciente P en lugar de hacerle girar. Se podrían utilizar, por ejemplo, 5 o 6 sensores ópticos distribuidos alrededor del paciente para digitalizar la envoltura externa del paciente P, en particular simultáneamente a la toma de radiografías. En otra variante, la imagen 3D podría ser tomada desplazando un único sensor óptico 13 alrededor del paciente, ya sea manualmente o automáticamente por medio de un brazo motorizado, de un carril u otro.

El o los sensores ópticos 13 forman parte de un segundo sistema de obtención de imágenes 15.

Los dos detectores 7a, 7b y el sensor óptico 13 están conectados a un dispositivo de tratamiento de imágenes radiográficas 20, por ejemplo un ordenador, en particular un microordenador, u otro sistema electrónico de control tal como, por ejemplo, uno o varios procesadores de tipo microprocesador, microcontrolador u otro.

El ordenador 20 comprende medios de ejecución de un programa de ordenador adaptado para implementar el procedimiento de obtención de imágenes radiográficas descrito en la presente invención. Este programa de ordenador comprende así porciones de código de programa para la ejecución de cada una de las etapas del procedimiento de obtención de imágenes radiográficas. Cada porción de código puede estar escrita en cualquier lenguaje de programación adecuado, como C y/o C++, por ejemplo. El ordenador 20 comprende medios de recepción 21 de datos de imagen para recibir datos de imagen representativos de una o varias imágenes radiográficas y de una imagen en tres dimensiones de una envoltura externa del objeto. Comprende también medios de tratamiento 22 conectados a los medios de recepción 21 dispuestos para ejecutar las etapas C a I anteriormente descritas del procedimiento de obtención de imágenes radiográficas. Finalmente, comprende medios de transmisión 23, especialmente hacia un dispositivo de visualización 24, en este caso una pantalla, conectados a los medios de tratamiento 22. Los medios de recepción 21 son, por ejemplo, un puerto de entrada, un pin de entrada, u otro. Los medios de tratamiento 22 pueden comprender, por ejemplo, un núcleo de procesador o CPU (del inglés “Central Processing Unit”) configurado para ejecutar códigos de programa para la implementación de cada una de las etapas del procedimiento de obtención de imágenes radiográficas. Los medios de transmisión 23 pueden comprender, por ejemplo, un puerto de salida, un pin de salida u otro. Los medios de recepción 21, de tratamiento 22 y de transmisión 23 constituyen medios de generación de un modelo de un objeto por un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas.

El ordenador 20 puede comprender igualmente medios de memorización 25 conectados a los medios de tratamiento 22, que pueden ser una memoria RAM (del inglés «Random Access Memory»), una EEPROM (del inglés «Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory»), u otro. Estos medios de memorización pueden memorizar en particular los diferentes modelos y datos, y eventualmente el programa de ordenador.

El ordenador 20 está además equipado aquí: con una interfaz de entrada que comprende al menos un teclado 26 y generalmente un ratón (no representado), y con una interfaz de salida que comprende al menos la pantalla 24 y generalmente una impresora (no representada).

El ordenador 20 puede igualmente estar conectado a los medios de accionamiento motorizados (no representados) contenidos en las guías 3 y en el plato giratorio 14, a las fuentes 6a, 6b y al sensor óptico 13, de modo que controlen por una parte el desplazamiento vertical de la armadura 2 y la emisión de las radiaciones ionizantes y por otra la rotación del plato giratorio 14 y el funcionamiento del sensor óptico 13.

Los detectores 7a, 7b pueden ser, por ejemplo, detectores de gas sensibles a las dosis bajas de radiaciones, por ejemplo del tipo descrito en los documentos FR-A-2749402 o FR-A-2754068. Naturalmente, podrían eventualmente ser utilizados otros tipos de detectores en el marco de la presente invención. La detección puede ser realizada por un detector puramente lineal (una línea de imagen a la vez) o por un detector matricial de cualquier relación de forma.

Modelo de estructura interna y externa.

El funcionamiento del dispositivo de obtención de imágenes radiográficas se detalla ahora con referencia a las figuras 2 a 8.

Por medio del ordenador 20 se toman dos imágenes radiográficas digitales I2Da, I2Db del paciente P, por ejemplo haciendo barrer el campo de observación 5 por los haces 12a, 12b de radiaciones ionizantes en una altura correspondiente a la altura de la zona del paciente que haya que observar, por ejemplo la columna vertebral y la pelvis, o incluso todo el esqueleto. A tal efecto, la armadura 2 es preferentemente desplazable en una altura suficiente, por ejemplo 70 cm o más, o incluso 1 metro o más. Después de una calibración apropiada de las fuentes 6a, 6b y de los detectores 7a, 7b, el sistema de obtención de imágenes radiográficas 6 genera primeros datos de imagen de las dos radiografías en un mismo sistema de referencia de tres dimensiones. Estos primeros datos de imagen se transmiten al ordenador 20 (etapa A).

Antes o después de la toma de imágenes radiográfica digitales, siempre por medio del ordenador 20, se toma una imagen digital en tres dimensiones I3D (fig. 2) de la envoltura externa del paciente P haciendo girar, en particular 360°, el plato 14 que soporta al paciente P. El segundo sistema de obtención de imágenes 15 genera entonces segundos datos de imagen en un segundo sistema de referencia de tres dimensiones diferente del anterior, no pudiendo ser las tomas de vistas simultáneas. Estos segundos datos de imagen se transmiten al ordenador 20 (etapa B). Entonces es necesario transformar los primeros o los segundos datos de imagen para expresarlos en un mismo sistema de referencia, que puede ser uno de los sistemas de referencia en los que se generan los primeros o los segundos datos de imagen u otro sistema de referencia (etapa C). Esta transformación puede ser realizada (por los medios de tratamiento 22) por medio de una matriz de transformación tal como se describió anteriormente.

Para una toma de esta imagen digital 3D simultánea con las radiografías, en lugar de utilizar un plato giratorio, se podrían utilizar varios sensores ópticos 13 alrededor del paciente P. Una calibración adecuada de las fuentes 6a, 6b y del sensor óptico 13 permitiría entonces generar los primeros o segundos datos de imagen en un mismo sistema de referencia de tres dimensiones. La etapa de transformación C no es entonces necesaria.

Las imágenes digitales I2Da, I2Db, I3D de la parte examinada del paciente se transmiten a los medios de tratamiento 22 (etapas A, B). Eventualmente se las puede grabar en la memoria del ordenador 20 y visualizarlas en la pantalla 24 del ordenador. En el ejemplo, las imágenes radiográficas digitales I2Da, I2Db son imágenes anteroposteriores y laterales (fig. 5).

Se estima después (etapa D) una posición geométrica en el sistema de referencia en 3D de uno o varios puntos de interés (primeras referencias) que pertenecen a la estructura interna. Estas primeras referencias son características de la estructura interna.

Esta estimación pasa preferentemente por la estimación de la posición geométrica de referencias externas, dicho de otro modo, de referencias que forman parte de la envoltura externa. La localización de referencias externas en la envoltura externa del objeto tiene la ventaja de permitir una estimación sin radiación de la estructura interna de este objeto.

La estimación de la posición geométrica de las referencias externas es preferentemente automática, por ejemplo utilizando métodos conocidos, tales como los descritos por Michónsky et al. (Automatic recognition of surface landmarks of anatomical structures of back and posture. J Biomed Opt. Mayo de 2012; 17 (5):056015).

Se pueden emplear también curvas de Gauss para identificar referencias externas que podrán ser utilizadas después para estimar la posición de las primeras referencias internas.

Tal como está representado en la figura 3, se pueden identificar preferentemente las referencias externas siguientes:

R1: vértebra prominente de C7, R2: parte superior del pliegue interglúteo, R3 y R4: hombros izquierdo y derecho (puntos inmediatamente en la vertical de los pliegues subaxilares), R5 y R6: pliegues subaxilares izquierdo y derecho, R7, R8: puntos izquierdo y derecho de la cintura, R9, R10: espinas ilíacas posterosuperiores izquierda y derecha, R11, R12 ángulos inferiores de la escápula izquierda y derecha.

Los parámetros anatómicos tales como las dimensiones de las vértebras y las estructuras óseas, pueden ser estimados por ecuaciones de regresión vinculadas a mediciones antropométricas externas, tal como se describe por ejemplo por Bertrand et al., Estimation of external and internal human body dimensions from few external measurements, Journal of Musculoskeletal Research, Vol. 12, núm. 4 (2009) 191-204). Tal estimación de las longitudes características de las referencias anatómicas de la estructura interna permite calcular la posición posible de esta referencia interna (denominada aquí primera referencia).

Varios estudios han propuesto igualmente relaciones externas-internas para estimar los centros de los cuerpos vertebrales desde la superficie externa (The prédiction of lumbar spine geometry: method development and validation. Campbell-Kyureghyan N, Jorgensen M, Burr D, Marras W. Clin Biomech (Bristol, Avon). Junio de 2005; 20 (5): 455 64).

Se pueden considerar también diferentes leyes de transformación no rígidas para estimar la posición de las referencias de la estructura interna (Seo et al. An automatic modeling of human bodies from sizing parameters. En: SI3D '03: Proceedings of the 2003 symposium on Interactive 3D graphics, New York, NY, USA ACM Press (2003) 19-26).

El procedimiento se presenta aquí haciendo referencia a la columna vertebral, pero podría ser utilizado igualmente un procedimiento similar para una estructura interna simple de la que se tuviera un conocimiento a priori, tal como un hueso simple, tal como una sola vértebra, una estructura ligamentosa, u otro, o un conjunto de estructuras anatómicas tal como un miembro inferior o superior, u otras. Se utilizarán entonces otras referencias anatómicas adaptados a las estructuras que haya que observar/ilustrar. Además, en función de la estructura interna que haya que observar/ilustrar, la digitalización de la envoltura externa puede ser realizada en todo el cuerpo del paciente o en una parte limitada del cuerpo (únicamente el dorso del tronco, por ejemplo).

Puesto que se han estimado las coordenadas (en el sistema de referencia) de las primeras referencias y que eventualmente se han estimado (etapa D) los valores de los parámetros anatómicos, se puede calcular (etapa E) la forma en tres dimensiones de un modelo que representa la estructura interna a partir de un modelo genérico de la misma.

A tal efecto se dispone de modelos genéricos de las estructuras internas representadas en las imágenes radiográficas, en particular las vértebras, pero eventualmente también de otras estructuras anatómicas internas, tales como por ejemplo los ligamentos u otras. Estos modelos pueden estar grabados en el ordenador 20.

Un modelo genérico, establecido por ejemplo a partir de una base de datos, puede ser definido como una malla de algunos cientos a algunos cientos de miles de puntos de una estructura.

Tales modelos genéricos son establecidos, por ejemplo, a partir de bases de datos que contienen datos relativos a referencias particulares de la estructura. Estos datos pueden comprender posiciones de puntos característicos de la estructura, longitudes características de la estructura, o incluso segmentos, líneas rectas o arcos característicos de la estructura, y/o contornos y aristas de la estructura. Para una vértebra, la base contiene, por ejemplo, la posición de una veintena de puntos característicos de la vértebra, longitudes características de la vértebra.

La base de datos puede contener igualmente datos relativos al emplazamiento relativo de la estructura interna en el esqueleto del sujeto del que se deriva. En el caso de una vértebra se trata, por ejemplo, de la orientación angular de la vértebra y de la curvatura de la columna al nivel de la vértebra.

Es posible establecer clasificaciones de objetos en diferentes categorías con el fin de distinguir datos característicos de individuos sanos o que padecen una patología, y/o características del peso, de la altura, de la edad o de cualquier otro tipo de parámetro de un individuo.

Un modelo genérico puede comprender, por ejemplo, datos estadísticos (medias, varianzas, etc.) para cada parámetro de la base de datos, o bien ecuaciones matemáticas que permitan determinar para un objeto dado la localización de puntos característicos a partir del valor de los parámetros estimadores de este objeto.

En un modo de realización, la forma en tres dimensiones de un modelo que representa la estructura interna es calculada a partir de un modelo genérico de la misma, por ejemplo parametrizando este último por medio de las primeras referencias y eventualmente de los parámetros anatómicos que han sido estimados, preferentemente automáticamente, a partir del sistema digital I3D de la envoltura externa.

La figura 4 representa esquemáticamente el modelo genérico M de la estructura ósea del sujeto, mostrando la figura 5 el modelo M" calculado obtenido por parametrización del modelo M. La escoliosis del sujeto observado es así visible en el modelo calculado M".

Esta parametrización del modelo genérico M puede ser realizada modificando las dimensiones del modelo genérico de acuerdo con los parámetros anatómicos.

Se puede por ejemplo utilizar el método descrito por Hwang et al. ("Rapid Development of Diverse Human Body Models for Crash Simulations through Mesh Morphing", documento técnico de SAE 2016-01-1491,2016).

Para esto, se hace corresponder las coordenadas de uno o varios puntos del modelo genérico M correspondientes a primeras referencias con las coordenadas de estas primeras referencias estimadas a partir de los datos de la imagen I3D. Este posicionamiento puede ser realizado con respecto a las posiciones de las vértebras asociadas a cada par de costillas. Después, se deforma geométricamente el modelo genérico preservando las longitudes para que correspondan a las limitaciones dadas por la envoltura externa. En esta etapa puede ser utilizado igualmente un modelo mecánico (Closkey, R. F., Schultz, A. B. y Luchies, C. W. (1992) A model for studies of the deformable rib cage. Journal of Biomechanics, 25, 529-539).

Por ejemplo, cuando la estructura que se va a representar es la parrilla costal, primero se adapta el modelo genérico M a las dimensiones del paciente por medio de las primeras referencias y de los parámetros anatómicos para obtener un modelo M', después, se éste es colocado en el interior de la imagen digitalizada I3D de la envoltura externa con respecto a las posiciones de las vértebras asociadas con cada par de costillas, como se representa en la figura 6a. El modelo M' está entonces en el mismo sistema de referencia que la imagen I3D de la envoltura externa. En esta figura 6a, la letra «V» designa una vértebra a la que están unidas las costillas C1 y C2. La línea continua corresponde a la imagen de la envoltura externa I3D, mientras que las líneas de trazos corresponden al modelo M'. Las costillas C1, C2 del modelo M' son deformadas entonces geométricamente manteniendo sus longitudes para corresponder a las limitaciones dadas por la forma externa del tronco, en particular las gibosidades torácicas, como se representa en la figura 6b. Se obtiene así un modelo 3D calculado M" de la estructura interna que haya que observar/ilustrar (etapa E). Durante esta etapa, pueden ser utilizadas las técnicas de animación de rigging (deformación del esqueleto por cinemática directa o inversa) y skinning (asociación de cada hueso del esqueleto a una porción de la piel) (Avatar reshaping and automatic rigging using a deformable model. Feng A., Casas D., Shapiro A.. Proceeding MIG '15 Proceedings of the 8th ACM SIGGRAPH Conference on Motion in Games, páginas 57-64).

Se procede a continuación (etapa F (i)) a la proyección del modelo 3D calculado M" sobre cada una de las imágenes radiográficas I2Da, I2Db (fig. 5). Esta proyección permite un marcado de las referencias anatómicos (segundas referencias) en las radiografías 2D sin necesidad de tratamiento de imágenes, lo que permite acelerar este marcado y hacerlo más fiable. La elección de las segundas referencias puede ser automática o manual con una designación de un operador. Estas segundas referencias pueden ser las mismas que las primeras referencias o no.

La proyección utilizada es por ejemplo una proyección lineal. Esta proyección puede ser efectuada utilizando la técnica DLT (acrónimo en inglés de «Direct Linear Transformation»-transformación lineal directa). Es igualmente posible modificar las ecuaciones de la técnica DLT procediendo a una simplificación. Por proyección del modelo M", se obtienen así las coordenadas en 2D estimadas de las segundas referencias en cada imagen radiográfica I2Da, I2Db (etapa F(ii)). Esta estimación inicial es afinada después (etapa F(iii)), definiendo una zona de búsqueda situada alrededor de la proyección de la segunda referencia del modelo calculado en la imagen radiográfica. La figura 7 representa las proyecciones de una pluralidad de estos puntos Pi sobre una radiografía, donde i es un número entero que representa un número de puntos. Por razones de claridad, sólo están representados algunos puntos P1, P2, P3. La zona Z1 corresponde a la zona de búsqueda de la referencia de proyección P1.

Este etapa comienza, por ejemplo, con una segmentación de las ROI (Region of interest-regiones de Interés).

Se pueden aplicar entonces filtros que permitan identificar zonas de altas densidades negativas y positivas (filtro orientado). Un filtro Canny aplicado a estas ROI permite determinar después contornos que pueden ser utilizados por la técnica de transformada generalizada de Hough (utilizando un modelo de vértebra).

En variante, en lugar de utilizar los filtros orientados y de Canny, la mejora de las estimaciones iniciales puede hacerse automáticamente por un método de contorno activo como el flujo de vector gradiente (GVF) (Moura et al. Fast 3D reconstruction of the spine from biplanar radiographs using a deformable articulated mode. Med Eng Phys. 2011 octubre;33(8):924-33).

La etapa F(iii) permite obtener las coordenadas de las segundas referencias en cada una de las imágenes radiográficas para las referencias estéreo correspondientes o en una de las imágenes radiográficas para las referencias no estéreo correspondientes. A partir de estas coordenadas más precisas, se pueden recalcular las coordenadas de las segundas referencias en el sistema de referencia (etapa G) y corregir el modelo calculado en la etapa E haciendo coincidir los puntos del modelo calculado correspondientes a las segundas referencias con las coordenadas más precisas de aquéllos calculados en la etapa G (etapa H). Esto equivale a optimizar las proyecciones 2D del modelo 3D M".

Cuando las proyecciones 2D del modelo 3D M" han sido optimizadas aprovechando los datos radiográficos, se puede reconstruir el modelo 3D M" (etapa I). A tal efecto, se corrige por ejemplo el modelo M" por Transformación Lineal Directa (DLT) utilizando los mismos pares de puntos (con sus coordenadas actualizadas) que durante la proyección (segundas referencias). Se obtiene entonces un modelo M1 reconstruido (fig. 8).

Esta reconstrucción es realizada utilizando segundas referencias que son estéreo correspondientes. La geometría epipolar, que utiliza segundas referencias que son no estéreo correspondientes, puede ser utilizada también para obtener una reconstrucción más precisa del modelo M1 (método de tipo NSCP (Non-Stereo Correspondent Point)). Por ejemplo, después de la reconstrucción de los puntos estéreo correspondientes (etapa G), se inicializa el modelo M1. Los puntos no estéreo correspondientes del modelo M1 se proyectarán únicamente en una de las dos vistas radiográficas (I2Da o ID2b) en las que se sabe que será posible la búsqueda. El modelo M1 es reactualizado por la integración de los puntos no estéreo correspondientes.

El modelo M1 obtenido es un modelo en tres dimensiones de la estructura interna y externa del torso del paciente P en un primer sistema de referencia de tres dimensiones que corresponde al sistema de referencia mencionado en el procedimiento de obtención de imágenes radiográficas descrito anteriormente.

Este modelo M1 comprende así datos representativos:

- de coordenadas de puntos de la estructura interna,

- de coordenadas de puntos de la estructura externa (es decir, puntos de la superficie).

Estas coordenadas están expresadas en un único sistema de referencia de tres dimensiones.

Por estructura externa se entiende aquí la forma de la envoltura del objeto, es decir, la forma de su superficie externa.

Estos datos del modelo M1 están codificados en la primera señal S1 recibida por el dispositivo 100 en el transcurso de la etapa (1) del procedimiento según la invención.

Modelo del aparato que haya que fabricar.

Este segundo modelo M2 es un modelo de tres dimensiones del aparato que hay que fabricar que define al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato y opcionalmente un contorno del aparato.

Según la naturaleza del aparato (órtesis o prótesis) estas zonas funcionales pueden ser zonas de apoyo (o zonas de compresión o de depresión), zonas de descarga (o zonas de relieve), zonas de recorte (por ejemplo para un corsé), aberturas, perforaciones, zonas de acogida de componentes tales como correas de cierre o zonas de remachado.

El modelo M2 comprende datos representativos:

- de un valor de un parámetro de deformación, representativo de la deformación de la zona funcional, asociado a cada punto de vértice.

Cuando se desea utilizar el procedimiento según la invención para generar directamente el aparato, es entonces necesario que el segundo modelo incluya datos relativos al contorno del aparato, tales como las coordenadas en el segundo sistema de referencia de puntos o de líneas de contorno.

Cuando el procedimiento según la invención se utiliza para realizar un molde sobre el cual será termoformado el aparato, la presencia de datos de contorno del aparato en el segundo modelo no es necesaria.

De manera general, un modelo M2 de aparato es diseñado para una estructura interna particular y una envoltura externa particular, tal como se explica en lo que sigue.

La figura 9 representa esquemáticamente 4 zonas funcionales Zona_i (i entero no nulo de 1 a 4) de un modelo M2, comprendiendo cada una puntos de borde Pb<j>, puntos de vértice Ps<k>. A cada punto de vértice Ps<k>está asociado un valor del parámetro de deformación V<k>(j y k: enteros positivos no nulos que representan el número de puntos). La estructura interna IS representada no forma parte del modelo M2 y está representada únicamente con el fin de mostrar el posicionamiento de las zonas funcionales con respecto a la estructura interna.

El parámetro de deformación corresponde por ejemplo a una distancia y su valor puede ser expresado en mm.

Este parámetro corresponde a la distancia que separa un punto de vértice de la superficie del paciente modelo para el cual ha sido realizado el modelo M2 de aparato. Esta distancia es medida según una dirección normal a la superficie de la forma externa del paciente modelo.

Los datos del modelo M2 están codificados en la segunda señal recibida por el dispositivo 100.

Circuito de tratamiento del dispositivo

Tal como está representado en la figura 10, el dispositivo 100 es un ordenador, por ejemplo un microordenador u otro sistema electrónico de control tal como, por ejemplo, uno o varios procesadores de tipo microprocesador, microcontrolador u otro. En el ejemplo, el circuito de tratamiento 104 del dispositivo 100 comprende un núcleo de procesador CPU 108, una memoria de ordenador 110, un disco duro o un disco externo o telecargable 112, una interfaz de entrada/salida 114 y un lector multimedia 116, conectados uno a otro.

La memoria de ordenador 110 puede comprender una o varias memorias elegidas entre una memoria viva o RAM (del inglés «Random Access Memory»), una ROM (del inglés «Read-Only Memory»), una EEPROM (del inglés «Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory») u otra. La memoria de ordenador 110 puede ser utilizada para almacenar los diferentes modelos y datos y el programa de ordenador.

En particular, la CPU 108 puede estar configurada para realizar cada una de las etapas del procedimiento según la invención y de los modos de realización anteriormente descritos. Al ejecutar el programa para implementar el procedimiento para producir una representación digital según la invención, la CPU 108 funciona como un dispositivo que comprende medios de modificación, medios de cálculo, medios de transferencia, medios de deformación y medios de grabación.

El programa de ordenador comprende así porciones de código de programa para la ejecución de cada una de las etapas del procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto según la invención. Estas porciones de código pueden estar almacenadas en la memoria de ordenador 110 o ser telecargadas preferentemente almacenadas en la memoria de ordenador.

Cada porción de código está configurada para dirigir la CPU 108 para proporcionar una función particular descrita en una etapa del procedimiento. Dicho de otro modo, en lo que sigue de la descripción, cada etapa descrita debe ser comprendida como correspondiente a una porción específica de código configurado para dirigir la CPU 108 para que éste ejecute la etapa del procedimiento. Cada porción de código puede estar escrita en cualquier lenguaje de programación adecuado, tal como C y/o C++, por ejemplo.

El lector multimedia 116 facilita la carga de códigos de programa en la memoria de ordenador a partir de un soporte legible por ordenador, tal como un disco CD ROM 118, o una señal 120 legible por ordenador, tal como se recibe en una red tal como Internet, por ejemplo. Obsérvese que el ordenador 20 descrito anteriormente puede estar provisto igualmente de tal lector multimedia.

La interfaz de entrada/salida 114 comprende:

una primera interfaz de entrada 122 que tiene:

- una entrada 124 para recibir la señal S1 codificada con los datos representativos del modelo M1 de la estructura interna y externa del torso T,

- una entrada 125 para recibir la señal S2 codificada con los datos representativos del modelo M2 del aparato que haya que fabricar, y

una segunda interfaz de salida 126 que tiene

- una salida 128 para producir una señal de control Sc codificada con las instrucciones para controlar la máquina 200, - una salida 130 para producir una señal de visualización Sa para provocar la visualización en el dispositivo de visualización 102 de la estructura interna y externa corregida del torso T que lleva el aparato.

Obsérvese que cada señal S1, S2 puede llegar a través del lector multimedia o a través de la interfaz de entrada 122, o por una única entrada.

Las interfaces 122 y 126 pueden ser, por ejemplo, un bus serie universal (USB) o una interfaz serie RS232.

En un modo de realización no representado, la CPU 108 puede comprender los medios de tratamiento 22 del dispositivo de obtención de imágenes radiográficas 1 y la interfaz de entrada-salida puede comprender los medios de recepción 21 y los medios de transmisión 23 del dispositivo 1. Dicho de otro modo, un único ordenador puede ser utilizado para implementar todas las etapas del procedimiento según la invención. El dispositivo 100 y el ordenador 20 forman entonces un único ordenador.

Funcionamiento

En el transcurso de la primera etapa (1), la CPU 108 recibe el primer modelo M1 definido en un primer sistema de referencia A1, por ejemplo generado por los medios de generación de un primer modelo del dispositivo de obtención de imágenes radiográficas 1, en forma de una primera señal codificada S1.

Durante la segunda etapa (2), la CPU 108 recibe el segundo modelo M2 en forma de una segunda señal codificada S2. Este segundo modelo M2 está definido en un segundo sistema de referencia A2 diferente del primer sistema de referencia.

Al ejecutar códigos de programa para implementar estas etapas (1) y (2), la CPU 108 funciona como un medio de recepción.

Se observará que la etapa (2) sigue a la etapa (1): sin embargo, podría preverse lo contrario, en particular cuando el tipo de modelo M2 es elegido manualmente por un usuario.

A continuación, en el transcurso la etapa (3), la CPU 108 modifica el modelo M2 aplicando a los puntos del modelo una matriz de transformación que expresa las coordenadas de estos puntos en el primer sistema de referencia (sistema de referencia del modelo M1).

El segundo sistema de referencia puede ser definido por referencias características de la estructura interna del objeto que haya que instalar. Estas referencias pueden ser elegidas entre referencias funcionales internas y referencias anatómicas.

Una referencia funcional interna es una referencia que varía de un paciente a otro y que puede definirse en relación con una patología (puede tratarse entonces de una referencia anatómica, como por ejemplo la vértebra superior) o que puede definirse en relación con una movimiento (centro instantáneo de rotación de una articulación, por ejemplo la rodilla, que no está directamente relacionado con una referencia anatómica). Un referencia anatómica interna es un referencia fija que no varía de un paciente a otro definida geométricamente por su emplazamiento anatómico (ejemplo apófisis espinosa de C7).

La figura 11a representa las referencias características T<1>, K1,5, K2,5, K3,5, K3,5, K4,5, K5,5 de la estructura interna IS(M2) que permiten definir el segundo sistema de referencia de un modelo M2 de un corsé para escoliosis, y una de las zonas funcionales Zona_1 del modelo M2. Las referencias representadas corresponden respectivamente a referencias anatómicas T, K, K<25>K<3,5>, K<3, 5>, K<4,5>, K<5,5>. Si T1 es la vértebra Superior, entonces estas referencias también se denominan TS, KS,5, KS+1,5, KS+2, 5, KS+3, 5, KS+4, 5 y son referencias funcionales.

Estas diferentes referencias T<1>, K<1,5>, K<2,5>, K<3,5>, K<3,>5, K<4,5>, K<5,5>existen en el primer modelo M1, con posiciones relativas diferentes a las observadas en el segundo modelo M2.

De este modo se puede calcular una matriz de transformación de manera que haga corresponder estas diferentes referencias, por ejemplo por el método de mínimos cuadrados. Preferentemente, la transformación aplicada es no rígida, para permitir la deformación lineal del segundo modelo en los tres ejes del sistema de referencia (transformación afín).

La figura 11b representa los mismos puntos marcados en el primer modelo M1 y la zona funcional Zona'_1 obtenida tras la aplicación de la matriz.

Esta etapa (3) de modificación del segundo modelo permite así modificar (deformar) el segundo modelo M2 con el fin de adaptarlo en parte a la forma particular del objeto que haya que equipar, dicho de otro modo, al primer modelo M1.

Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (3), la CPU 108 funciona como un medio de deformación.

En el transcurso de la etapa (4) siguiente, la CPU 108 calcula para cada zona funcional Zona_i del segundo modelo M2, una curva de borde Cb_i que pasa por los puntos de borde Pb<j>y una curva de vértices Cs_i que pasa por los puntos de vértice Ps<k>. Estas curvas están representadas en la figura 12.

Estas curvas, denominadas a veces «splines», son curvas calculadas por medio de funciones definidas por partes por un polinomio en cada intervalo entre puntos de borde o puntos de vértice. Preferentemente, estas curvas son continuas para una mejor precisión del modelo y una mayor comodidad del aparato. Se utilizan entonces polinomios de grado 3.

Este cálculo de las curvas de borde y de vértices se realiza preferentemente después de la etapa (3) de modificación, en las zonas Zona'_i, con el fin de limitar la cantidad de datos que hay que tratar durante la etapa (3). Las curvas son entonces calculadas (parametrizadas) en el primer sistema de referencia.

Sin embargo, sería posible calcular estas curvas en el segundo sistema de referencia, antes de la etapa (3), y aplicar la matriz de transformación a estas curvas.

La etapa (4) de cálculo de las curvas de borde y de vértice de cada zona funcional permite así enriquecer el segundo modelo M2, dicho de otro modo aumentar el número de puntos cuyas coordenadas están contenidas en el segundo modelo, lo que permite mejorar la precisión del modelo.

Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (4), la CPU 108 funciona como un medio de cálculo.

El segundo modelo M2 proviene de un modelo particular, diseñado para una estructura interna particular y una envoltura externa particular. La etapa (3) permite adaptar la forma del segundo modelo a la estructura interna, pero no tiene en cuenta la estructura externa: así los puntos del segundo modelo no están necesariamente en la envoltura externa del objeto considerado.

Durante la etapa (5) siguiente, para cada zona Zona'_i, la CPU 108 transfiere al primer modelo M1 las curvas de borde Cb_i, las curvas de vértices Cs_i y los valores de los parámetros de deformación V<k>asociados a cada punto de vértice del segundo modelo, y opcionalmente los puntos o líneas de contorno del aparato. Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (5), la CPU 108 funciona como un medio de transferencia.

Por transferencia se entiende el desplazamiento de las curvas de borde y de vértices a la superficie externa del primer modelo, opcionalmente el desplazamiento de los puntos o líneas de contorno del aparato a la superficie externa del aparato, pero también la transferencia de los valores de parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo.

Esta transferencia concierne así a las curvas de bordes, a las curvas de vértice y a los valores de parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo y, opcionalmente, a los puntos o líneas de contorno del aparato.

La transferencia de la etapa (5) permite así posicionar las curvas de borde y las curvas de vértices teniendo en cuenta los valores de los parámetros de deformación de estos últimos, y opcionalmente los puntos o líneas de contorno del segundo modelo del aparato, en la envoltura externa del primer modelo. Sin embargo, queda por adaptar la forma de la envoltura externa del primer modelo a las curvas de vértices transferidas: este es el objeto de la etapa (6) de deformación.

La CPU 108 deforma después en el transcurso la etapa (6) la superficie externa del primer modelo M1 utilizando las curvas de vértices para conformar la superficie externa del primer modelo a la forma del segundo modelo M1 en cada zona funcional y obtener un primer modelo corregido M1corr. Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (6), la CPU 108 funciona como un medio de deformación de la superficie externa del modelo M1.

El procedimiento puede comprender una etapa (7) en el transcurso de la cual la CPU 108 visualiza una representación gráfica del primer modelo corregido M1corr, por ejemplo, en el dispositivo de visualización 102. Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (7), la CPU 108 funciona como medio de visualización.

Finalmente, la CPU 108 graba después en la etapa (8) el primer modelo corregido M1corr en la memoria del ordenador (110) como modelo final Mf. Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa (7), la CPU 108 funciona como medio de grabación.

Se detallan ahora ejemplos de realización de ciertas etapas.

En el transcurso la segunda etapa (2) de recepción del segundo modelo, la CPU 108 recibe un segundo modelo que comprende datos expresados en el segundo sistema de referencia A2 de tres dimensiones, diferente del primer sistema de referencia A1.

El segundo modelo M2 recibido puede ser elegido por un usuario entre modelos conocidos, en función de elementos clínicos y/o en función de la estructura interna del paciente.

Estos modelos conocidos pueden ser modelos digitalizados de aparatos realmente utilizados para pacientes particulares. Dicho de otro modo, el modelo M2 puede ser el modelo digital de un aparato existente realizado para un paciente que presenta una patología particular: tal modelo es establecido entonces en función de la estructura interna y de la envoltura externa específicas del paciente.

El modelo M2 puede ser igualmente un modelo genérico de aparato destinado a una patología particular. En este caso, éste es establecido igualmente en función de una estructura interna y una envoltura externa particulares.

Para ciertos tipos de aparatos, se puede considerar una selección semiautomática o automática del segundo modelo entre un conjunto de modelos de aparato existentes, particularmente cuando es posible realizar bases de datos que asocian a cada patología un modelo digitalizado genérico de un tipo de aparato utilizado para la patología considerada o un modelo digitalizado del aparato utilizado para un paciente en particular que padece esta patología.

La elección del modelo recibido en la etapa (2) puede así ser automatizada, por ejemplo utilizando una base de datos que identifique las patologías, datos característicos de estas patologías, en particular datos de imagen, y los aparatos existentes. Estos datos de imagen son, por ejemplo, datos representativos de radiografías obtenidas para una escoliosis particular. Pueden ser asociados a un modelo de aparato que haya que utilizar para la patología considerada.

Por ejemplo, en el caso de una escoliosis, una base de datos puede contener diferentes tipos de escoliosis y asociar a cada tipo de escoliosis datos de imágenes radiográficas de la estructura interna característica de la escoliosis (por ejemplo una o varias radiografías de columna vertebral) y un modelo de aparato que haya que utilizar, tal como se representa en la tabla 1.

Tabla 1: ejemplo de base de datos

La CPU 108 puede entonces comparar los datos de la estructura interna del primer modelo M1 con los datos X<a>, X, XC de las estructuras internas de la base de datos, y después identificar los datos de la estructura interna conocida más próximos a los datos de la estructura interna del primer modelo M1, por ejemplo X, y finalmente elegir el modelo de aparato M2adaptado a la estructura interna conocida identificada.

Al ejecutar códigos de programa para implementar estas etapas, la CPU 108 funciona como medio de comparación de estructura interna, medio de identificación de estructura interna y medio de selección de modelo de aparato.

Se detalla ahora un ejemplo de realización de la etapa (5) de transferencia. Esta etapa (5) permite tener en cuenta, al menos en parte, la superficie externa del objeto al transferir el segundo modelo al primer modelo.

Esta transferencia puede comprender una proyección de curvas de borde y de las curvas de vértice, y opcionalmente de los puntos o líneas de contorno, sobre la superficie externa del primer modelo, por ejemplo por una técnica llamada «trazado de rayos». Esta técnica consiste en cortar el objeto de destino, aquí el primer modelo, en secciones horizontales (estando el objeto considerado en una posición habitual, es decir, una posición erguida para un paciente), y en proyectar cada punto del objeto de partida (aquí el segundo modelo) hacia el objeto de destino (aquí la superficie externa del primer modelo) según una dirección que pasa por el centro de la sección horizontal en la que está contenido el punto del objeto de partida.

La figura 12 representa muy esquemáticamente la estructura externa Sext del modelo M1 así como una zona funcional Zona'_1 perteneciente al modelo M2 (transformada por la matriz en el transcurso la etapa (3)) y definida por su curva de borde (Cb_1), su curva de vértices (Cs_1) y los valores de parámetro de deformación.

La CPU 108 ejecuta la transferencia de la manera siguiente. La curva de borde Cb_1 de la zona funcional Zona'_1 del modelo M2 se proyecta (punto por punto) sobre la superficie externa Sext del modelo M1 por la técnica del trazado de rayos, en un plano horizontal, siendo designado el centro de la sección obtenida por la letra O. Se obtiene así una curva de borde proyectada CPb_1 y se calculan sus coordenadas en la superficie externa en el modelo M1 (etapa (5)(i). Dicho de otro modo, la curva de borde CPb_1 obtenida pertenece a la estructura externa del modelo M1.

La CPU 108 procede entonces de la misma manera para la curva de vértices Cs_1 y calcula las coordenadas de esta curva de vértices proyectada sobre la superficie externa. Con el fin de restaurar la curva de vértices a su forma antes de la proyección, la CPU 108 corrige las coordenadas de la curva de vértices proyectada aplicándole los valores del parámetro de deformación. Para esto, cada punto de la curva de vértices al cual está asociado un valor de parámetro de deformación es desplazado según una dirección normal a la superficie externa el valor del parámetro de deformación, y así se corrigen sus coordenadas (etapa (5) (ii).

Finalmente, cuando la máquina 200 es una impresora 3D, el modelo M2 debe contener puntos o líneas de contorno necesarios para la realización del aparato. En este caso, la CPU 208 transfiere igualmente estos puntos o líneas de contorno (etapa (5) (iii)) siguiendo el mismo método que las curvas de borde, por ejemplo por proyección sobre la superficie externa, en particular por la técnica de trazado de rayos.

Al ejecutar códigos de programa para implementar estas etapas 5(i)(ii)(iii), la CPU 108 funciona como un medio de proyección y de cálculo de una curva de borde, o incluso de puntos o líneas de contorno, y un medio de corrección de las coordenadas de los puntos de vértice.

Estas etapas 5(i)(ii)(iii) permiten posicionar las curvas de borde y opcionalmente los puntos o líneas de contorno del aparato, en la envoltura externa del primer modelo. Sin embargo, queda por adaptar la forma de la envoltura externa del primer modelo a las curvas de vértices transferidas: este es el objeto de la etapa (6) de deformación, de la que seguidamente se detalla un modo de realización.

Durante la etapa (6), la CPU 108 comienza identificando los puntos de la superficie externa del modelo M1 situados en el interior de cada curva de borde CPb_i proyectada sobre la superficie externa (etapa (6) (i)).

Como cualquier superficie modelada, la superficie externa del modelo M1 está definida por puntos distribuidos según una malla en la que el tamaño de las mallas puede ser variable según la manera en que sea modelada la superficie, tal como se representa en la fig. 13. El presente modo de realización presenta la ventaja de ser independiente del tipo de malla utilizado. Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa 6(i), la CPU 108 funciona como medio de identificación de puntos de la superficie externa.

La etapa (6)(i) de identificación de los puntos puede así utilizar un algoritmo de triangulación de un polígono, el cual consiste en descomponer el polígono formado por una curva de borde en un conjunto (finito) de triángulos, asociado a una técnica de trazado de rayos.

A tal efecto, la triangulación de un polígono puede ser efectuada por el método descrito por Bernard Chazelle («Triangulating a simple polygon in linear time», Discrete Comput. Geom., vol. 6, 1991, p. 485-524).

Cada zona funcional, definida por una curva de borde que forma un polígono, puede así ser descompuesta en un conjunto de triángulos como se representa en la figura 13. Se puede utilizar entonces la técnica de trazado de rayos para identificar los puntos en la superficie externa que pertenecen a la zona funcional definida por la curva CPb_1 procediendo de la manera siguiente: se une cada punto de la superficie externa con el centro O del corte horizontal correspondiente. Si la línea obtenida corta a uno de los triángulos de una zona funcional, entonces el punto en la superficie externa es un punto de la zona funcional y se identifica como tal (fig. 13).

Siendo realizada la identificación de los puntos que pertenecen a la superficie externa de cada zona funcional, la CPU 108 puede proceder entonces a la deformación propiamente dicha del modelo M1 a nivel de cada zona funcional (etapa (6)(ii)). Esta deformación consiste en desplazar cada punto identificado a lo largo de una dirección normal a la superficie externa, una distancia de desplazamiento función de la posición del punto considerado en el interior de la zona funcional.

Como ejemplo, se pueden aplicar las reglas siguientes:

- cualquier punto identificado situado a una distancia del punto de vértice más próximo superior o igual a una distancia umbral d<umbral>no debe ser desplazado (distancia de desplazamiento d<dis>(0)= 0),

- cualquier punto identificado situado a distancia nula del punto de vértice más próximo debe ser desplazado una distancia máxima tal que, después del desplazamiento, el punto identificado coincida con el punto de vértice, (distancia de desplazamiento d<d¡s>(máx)= x, siendo x la distancia que separa el punto del vértice de la superficie externa del primer modelo),

- cualquier punto identificado situado a una distancia d<punto>del punto de vértice más próximo inferior a la distancia umbral es desplazado una distancia de desplazamiento d<dis>(punto) proporcional a la distancia de desplazamiento máxima recorrida:

d<dis>(punto) = ,<punt°>xd<dis>(máx)

d<umbral>

La distancia umbral d<umbral>puede ser, por ejemplo, de 9 cm a 11 cm para un aparato de tipo corsé.

La distancia entre un punto de la superficie externa y un punto de vértice se define, por ejemplo, como el valor de la norma de un vector que une estos dos puntos.

El punto de vértice más próximo puede ser así encontrado comparando las distancias entre un punto de malla y los diferentes puntos de vértice y reteniendo el punto de vértice para el cual la distancia es la más corta.

Al ejecutar códigos de programa para implementar la etapa 6(ii), la CPU 108 funciona como medio de deformación de la superficie exterior del primer modelo a nivel de cada zona funcional.

Al final de la etapa (6), la CPU 108 proporciona el primer modelo corregido, M1corr. La CPU 108 puede entonces recibir un coeficiente de corrección introducido por un usuario y aplicarlo a cada valor de parámetro de deformación asociado a un punto de vértice. Al ejecutar códigos de programa para implementar esta etapa, la CPU 108 funciona como medio de recepción de un coeficiente de corrección.

Esta entrada puede resultar de una entrada de un valor de coeficiente de corrección directamente por medio del teclado o de una entrada a través del dispositivo indicador 106, o incluso directamente a través del dispositivo de visualización 102 si es táctil, el cual puede ser utilizado por ejemplo para desplazar un punto de vértice de la representación gráfica según una normal a la superficie externa un coeficiente dado.

En función de los datos introducidos, la CPU 108 corrige todos los valores de parámetro de deformación del primer modelo M1corr. Esta corrección puede ser simultánea al desplazamiento del dispositivo indicador 106. Dicho de otro modo, en este modo de realización, los puntos de vértice no pueden ser desplazados independientemente uno de otro. Al ejecutar códigos de programa para implementar esta etapa, la CPU 108 funciona como medio de corrección de los valores de parámetro de deformación.

Cuando esta manipulación realizada por un usuario ha terminado, el modelo M1corr con los nuevos valores de parámetro de deformación es grabado por la CPU 108 en la memoria del ordenador 110 como el modelo final Mf, representado en la figura 14.

Cuando no se requiere ninguna entrada por un usuario, el modelo corregido M1corr constituye el modelo final grabado.

Este modelo final contiene:

- los datos representativos de la estructura interna IS(M1) específicos del paciente recibidos con los datos de la etapa (1),

- los datos representativos de la estructura externa Sext del paciente recibidos con los datos de la etapa (1) pero modificados a nivel de las zonas funcionales del aparato,

- los datos representativos del aparato que hay que fabricar, incluidos los valores de parámetro de deformación.

La CPU 108 puede transformar entonces los datos del modelo final en un conjunto de instrucciones utilizables para controlar la máquina de fabricación 200 asistida por ordenador, para fabricar el aparato o un molde del aparato.

Este conjunto de instrucciones puede ser codificado en una señal de control Sc que puede ser transmitida a la máquina 200 directamente o a través de un soporte legible por ordenador.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto que forma una parte al menos de un cuerpo vivo, que comprende:

(2) recibir un segundo modelo en tres dimensiones del aparato que haya que fabricar que define al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato y opcionalmente un contorno del aparato, comprendiendo el segundo modelo datos representativos:

- de coordenadas en un segundo sistema de referencia de tres dimensiones de puntos de borde que forman parte del borde de un zona funcional y de puntos de vértice que representan vértices de un zona funcional,

(3) modificar el segundo modelo aplicando a los puntos del modelo una matriz de transformación que expresa las coordenadas de estos puntos en el primer sistema de referencia, siendo calculada la matriz de transformación de manera que se hagan corresponder las referencias características de la estructura interna del objeto que haya que equipar que define el segundo sistema de referencia del segundo modelo con las mismas referencias características presentes en el primer modelo,

(4) calcular para cada zona funcional del segundo modelo:

- una curva de borde que pasa por los puntos de borde,

- una curva de vértices que pasa por los puntos de vértice,

(5) transferir al primer modelo las curvas de borde, las curvas de vértices y los valores de parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo, con el fin de posicionar las curvas de borde y las curvas de vértices teniendo en cuenta los valores de los parámetros de deformación para estos últimos y opcionalmente los puntos o líneas del contorno del aparato, en la envoltura exterior del primer modelo,

(6) deformar la superficie externa del primer modelo en función de las curvas de vértices para conformar la superficie externa del primer modelo a la forma del segundo modelo en cada zona funcional y obtener un primer modelo corregido,

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende además, en particular después de la etapa (6):

recibir un coeficiente de corrección introducido por un usuario para ser aplicado a cada valor del parámetro de deformación asociado a un punto de vértice,

corregir los valores del parámetro de deformación del primer modelo para cada uno de los puntos de vértice, y grabar los valores corregidos en la memoria de ordenador.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que comprende además:

transformar el modelo final en un conjunto de instrucciones utilizables para controlar una máquina de fabricación asistida por ordenador, para fabricar el aparato o un molde del aparato.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la etapa (1) de recepción de un primer modelo de la estructura interna y externa del objeto comprende la generación de este primer modelo por un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas a partir de datos de imagen del objeto, en particular a partir de dos imágenes radiográficas de la estructura interna y de una Imagen de tres dimensiones de la estructura externa del objeto.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que la generación del primer modelo por el procedimiento de formación de imágenes radiográficas comprende:

A. recibir primeros datos de imagen generados en un primer sistema de referencia de tres dimensiones, representativos de dos imágenes radiográficas en dos dimensiones de la estructura interna del objeto capturadas según dos direcciones de toma de vistas no paralelas,

C. cuando el primer y el segundo sistemas de referencia sean diferentes, transformar los datos de la imagen recibidos en un único y mismo sistema de referencia,

D. estimar, a partir de los segundos datos de imagen las coordenadas en el sistema de referencia de primeras referencias características de la estructura interna y, opcionalmente, el valor de al menos un parámetro característico de la estructura interna,

E. calcular, en el sistema de referencia, la forma en tres dimensiones de un modelo que representa la citada estructura interna a partir de un modelo genérico conocido a priori para la citada estructura interna, comprendiendo este modelo genérico puntos correspondientes a las primeras referencias, siendo obtenido el modelo calculado por deformación del modelo genérico de modo que el citado modelo calculado siga una forma lo más próxima posible a una isometría del modelo genérico al tiempo que mantenga en coincidencia los puntos del modelo genérico deformado con las primeras referencias, y opcionalmente aplicando al modelo calculado el o los parámetros característicos de la estructura interna.

F. elegir al menos una segunda referencia característica de la estructura interna que haya que localizar en cada una de las dos imágenes radiográficas, y opcionalmente, al menos una segunda referencia que haya que localizar en una sola imagen radiográfica, y para cada segunda referencia:

(i) identificar un punto perteneciente al modelo calculado en la etapa E) correspondiente a la segunda referencia, (ii) calcular las coordenadas de una proyección de este punto sobre la imagen o las imágenes radiográficas, iii) determinar, a partir de los primeros datos de imagen, las coordenadas de la segunda referencia en la imagen radiográfica buscándola en una zona de búsqueda situada alrededor de las coordenadas de la proyección, G. calcular las coordenadas de las segundas referencias en el sistema de referencia a partir de sus coordenadas en al menos una de las imágenes radiográficas determinadas en la etapa F,

H. corregir el modelo calculado en la etapa E haciendo coincidir los puntos del modelo calculado, correspondientes a las segundas referencias, con sus coordenadas calculadas en la etapa G,

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la etapa (2) de recepción del segundo modelo comprende:

comparar la estructura interna del primer modelo con estructuras internas conocidas previamente identificadas, identificar la estructura interna conocida más próxima a la estructura interna del primer modelo,

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que al menos una etapa elegida entre la etapa (5) de transferencia y la etapa de deformación (6) se define de la manera siguiente:

- la etapa (5) de transferencia comprende:

(i) proyectar la curva de borde y la curva de vértices de cada zona funcional del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y calcular las coordenadas de la curva de borde y la curva de vértice proyectadas sobre la superficie externa en el primer modelo,

(ii) corregir las coordenadas de cada punto de vértice de la curva de vértices proyectada al cual está asociado un valor de parámetro de deformación en función de este valor,

(iii) opcionalmente proyectar los puntos o las líneas de contorno del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y calcular las coordenadas de los puntos o de líneas de contorno proyectados,

- la etapa de deformación (6) comprende:

(i) identificar los puntos de la superficie externa del primer modelo situados al interior de cada curva de borde proyectada sobre la superficie externa,

(ii) deformar el primer modelo a nivel de cada zona funcional, desplazando, a lo largo de una dirección normal a la superficie externa, los puntos identificados en (i) una distancia de desplazamiento función de la posición de cada uno de estos puntos en el interior de la zona funcional.

8. Soporte legible (118) por ordenador, que contiene instrucciones codificadas para poder ser interpretadas por un circuito procesador y ejecutadas por este último para ejecutar el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Dispositivo (100) para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto que forma una parte al menos de un cuerpo vivo, caracterizado por que comprende:

- medios de recepción (108) de un primer modelo en tres dimensiones de la estructura interna y externa del objeto en un primer sistema de referencia de tres dimensiones,

- medios de recepción (108) de un segundo modelo en tres dimensiones del aparato que haya que fabricar que define al menos un conjunto de zonas funcionales características del aparato y opcionalmente un contorno del aparato, comprendiendo el segundo modelo datos representativos de:

- coordenadas en un segundo sistema de referencia de tres dimensiones de puntos de borde que forman parte del borde de un zona funcional y de puntos de vértice que representan vértices de una zona funcional,

- un valor de un parámetro de deformación, representativo de la deformación de la zona funcional, asociado a cada punto de vértice,

- opcionalmente, coordenadas en el segundo sistema de referencia de puntos o de líneas de contorno del aparato, - medios de modificación (108) del segundo modelo aplicando a los puntos del modelo una matriz de transformación que expresa las coordenadas de estos puntos en el primer sistema de referencia, siendo calculada la matriz de transformación de manera que se hagan corresponder referencias características de la estructura interna del objeto que haya que equipar que define el segundo sistema de referencia del segundo modelo con las mismas referencias características presentes en el primer modelo,

- medios de cálculo (108) para cada zona funcional del segundo modelo:

- de una curva de borde que pasa por los puntos de borde,

- de una curva de vértices que pasa por los puntos de vértice,

- medios de transferencia (108) al primer modelo de las curvas de borde, de las curvas de vértices y de los valores del parámetro de deformación asociados a cada punto de vértice del segundo modelo, con el fin de posicionar las curvas de borde y las curvas de vértices teniendo en cuenta valores de los parámetros de deformación para estas últimas y opcionalmente de los puntos o de líneas del contorno del aparato, en la envoltura exterior del primer modelo, - medios de deformación (108) de la superficie externa del primer modelo utilizando las curvas de vértice para conformar la superficie externa del primer modelo a la forma del segundo modelo en cada zona funcional y obtener un primer modelo corregido,

- medios de visualización (102) de una representación gráfica del primer modelo corregido,

- medios de grabación (108) del primer modelo corregido en una memoria de ordenador (110) como modelo final.

10. Dispositivo (100) según la reivindicación 9, caracterizado por que comprende además:

medios de recepción de un coeficiente de corrección introducido por un usuario para ser aplicado a cada valor del parámetro de deformación asociado a un punto de vértice,

medios para grabar los valores corregidos en la memoria de ordenador.

11. Dispositivo (100) según las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado por que comprende además una o varias de las características siguientes:

medios de transformación del modelo final en un conjunto de instrucciones que pueden ser utilizadas para controlar una máquina de fabricación asistida por ordenador, para fabricar el aparato o un molde del aparato,

medios de generación del primer modelo por un procedimiento de obtención de imágenes radiográficas a partir de datos de imagen del objeto, en particular a partir de dos imágenes radiográficas de la estructura interna y de una imagen en tres dimensiones de la estructura externa del objeto,

opcionalmente, estos medios de generación del primer modelo comprenden:

- medios (21) de recepción de datos de imagen para recibir primeros datos de imagen generados en un sistema de referencia de tres dimensiones, representativos de al menos una imagen radiográfica en dos dimensiones de la estructura interna del objeto, y segundos datos de imagen generados en un sistema de referencia de tres dimensiones representativos de una imagen en tres dimensiones de una envoltura externa del objeto,

- medios (22) de tratamiento conectados a los medios de recepción dispuestos para efectuar al menos las etapas C a I del procedimiento según la reivindicación 5,

- medios de transmisión (23).

12. Dispositivo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que los medios de recepción del segundo modelo comprenden:

13. Dispositivo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por que los medios de transferencia comprenden:

- medios de proyección de la curva de borde y de la curva de vértices de cada zona funcional del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y medios de cálculo de las coordenadas de la curva de borde y de vértices proyectadas sobre la superficie externa en el primer modelo,

- opcionalmente, medios de proyección de los puntos o de líneas de contorno del segundo modelo sobre la superficie externa del primer modelo y medios de cálculo de las coordenadas de los puntos o de líneas de contorno proyectados.

14. Dispositivo (100) según la reivindicación 13, caracterizado por que los medios de deformación comprenden: - medios de identificación de los puntos de la superficie externa del primer modelo situados en el interior de cada curva de borde proyectada sobre la superficie externa,

15. Programa de ordenador caracterizado por que comprende porciones de código de programa para la ejecución de las etapas del procedimiento para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, cuando el citado programa es ejecutado por un dispositivo para producir una representación digital para fabricar un aparato adaptado a un objeto según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14.