FR2913592A1 - Implant e.g. femoral implant, dimension determining method for e.g. hip prosthesis, involves collecting radiological image of zone to be treated and rod, and determining enlargement coefficient of image and rod - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé et dispositif pour déterminer la dimension d'un implant. LaMethod and device for determining the size of an implant The
présente invention concerne le domaine médical et en particulier les procédés et dispositifs permettant de choisir avec le plus de précision possible la taille d'un implant en fonction des caractéristiques du patient devant le recevoir. The present invention relates to the medical field and in particular the methods and devices for choosing as accurately as possible the size of an implant according to the characteristics of the patient to receive it.
Dans le cas, pris comme exemple, d'une prothèse de hanche, le procédé utilisé actuellement consiste à prendre une ou plusieurs radiographies du bassin du patient puis à mettre en place sur une radiographie frontale des calques sur lesquels sont dessinés les profils des implants fémoraux et/ou cotyloïdiens, la superposition du dessin du calque et de l'image radiographique permettant de choisir la taille de l'implant la plus appropriée. Pour procéder à cette opération, le chirurgien dispose en règle générale de plu-sieurs jeux de calques correspondant, d'une part, à différentes tailles d'implants (par exemple 10) et, d'autre part, à trois valeurs d'agrandissement censées tenir compte de la distance entre la source et la plaque portant le film sur lequel se forme l'image. In the case, taken as an example, of a hip prosthesis, the method currently used consists of taking one or more X-rays of the patient's pelvis and then placing on a frontal radiography layers on which the profiles of the femoral implants are drawn. and / or acetabulum, superimposition of the drawing of the layer and the radiographic image making it possible to choose the size of the most appropriate implant. In order to perform this operation, the surgeon generally has several sets of layers corresponding, on the one hand, to different implant sizes (for example 10) and, on the other hand, to three magnification values. supposed to take into account the distance between the source and the plate carrying the film on which the image is formed.
Selon une variante, l'image radiographique est reçue par un capteur et numérisée et les calques précités sont alors également numérisés. On constate que ce procédé connu, qu'il soit mis en oeuvre avec des calques papier ou par des moyens numériques, présente un inconvénient majeur qui est son manque de précision, en dépit du nombre de tailles disponibles et de la prise en compte d'une valeur d'agrandissement de l'image radiologique. Ce défaut provient notamment du fait que seulement trois valeurs d'agrandissement sont prises en compte pour les films radiologiques, mais résulte aussi du fait que l'agrandissement réel dépend non seulement de la distance entre la source de rayons X et le capteur, mais aussi de la position de l'articulation coxo-fémorale, entre la source et le capteur. Or cette position est variable en fonction de la morphologie des patients et il n'en est pas tenu compte dans la technique antérieure. Ce défaut de précision peut atteindre quelques millimètres, ce qui est considérable dès lors que les tailles d'implants peuvent varier de millimètre en millimètre. According to one variant, the radiographic image is received by a sensor and digitized and the above-mentioned layers are then also digitized. It is noted that this known method, whether it is implemented with paper layers or by digital means, has a major disadvantage which is its lack of precision, despite the number of sizes available and the consideration of an enlargement value of the radiological image. This defect stems in particular from the fact that only three magnification values are taken into account for radiological films, but also results from the fact that the actual magnification depends not only on the distance between the X-ray source and the sensor, but also the position of the hip-femoral joint, between the source and the sensor. However, this position varies according to the morphology of the patients and it is not taken into account in the prior art. This lack of precision can reach a few millimeters, which is considerable since implant sizes can vary from millimeters to millimeters.
Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif qui permettent de remédier à cet inconvénient en améliorant sensiblement la précision des informations radiologiques recueillies, et en permettant de déterminer avec une précision accrue la taille de l'implant à utiliser. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour déterminer la dimension ap- propriée d'un implant devant être posé sur un patient, selon lequel on réalise au moins une image radiologique de la zone à traiter du patient, on compare cette image à au moins une représentation de l'implant et l'on détermine à partir de cette comparaison l'implant que l'on va utiliser, caractérisé en ce qu'on utilise un objet de référence réalisé en un matériau opaque au rayonnement émis par l'équipement d'imagerie médicale, cet objet ayant une forme et des dimensions connues avec précision, on dispose cet objet sur le corps du patient, au voisinage de la zone du corps où l'implant doit être placé, on recueille simultanément l'image de ladite zone et de l'objet de référence et l'on détermine à partir de cette image le coefficient d'agrandissement entre l'image de l'objet de référence et l'objet lui-même. The object of the invention is to provide a method and a device which make it possible to remedy this drawback by substantially improving the accuracy of the collected radiological information, and by making it possible to determine with greater precision the size of the implant to be used. For this purpose, the subject of the invention is a method for determining the appropriate dimension of an implant to be placed on a patient, according to which at least one radiological image of the patient's area to be treated is made. image at least one representation of the implant and from this comparison is determined the implant that will be used, characterized in that a reference object made of a material opaque to the radiation emitted by the medical imaging equipment, this object having a shape and dimensions known accurately, this object is placed on the body of the patient, in the vicinity of the zone of the body where the implant is to be placed, the patient is simultaneously collected. image of said area and the reference object and from this image is determined the coefficient of magnification between the image of the reference object and the object itself.
Suivant d'autres caractéristiques : - le logiciel de traitement effectue une reconnaissance automatique de forme sur l'image de l'objet de référence, il détermine une dimension caractéristique de cette image et la compare à la dimension réelle correspondante de l'objet de référence, puis il détermine à partir de cette comparaison un coefficient de calibrage et il applique ce coefficient de calibrage à au moins un calque numérisé correspondant à au moins un implant, pour réaliser une mise à l'échelle de ce calque et permettre ainsi une comparaison précise avec l'image de la zone à traiter ; - le procédé comporte une phase de calibration comprenant : - la numérisation de l'image fournie par l'équipement d'imagerie médicale, de la zone à traiter du patient et de l'objet de référence ; la détermination de la dimension de l'image de l'objet de référence ; - la comparaison avec la dimension réelle de l'objet de référence ; - le calcul du rapport d'agrandissement entre la dimension de l'image et la dimension de l'image et la dimension réelle de l'objet de référence ; - la mise à l'échelle des calques ou représentations numérisées des im- plants en utilisant ce rapport d'agrandissement, puis une phase de choix de l'implant comprenant : - éventuellement la proposition par le logiciel d'un implant, dont l'image est formée sur l'écran, en superposition sur l'image radiologique ; - la sélection par l'utilisateur, de l'implant le mieux adapté, notamment par action sur des icônes plus ou moins permettant de passer à une taille d'implant supérieure ou inférieure, et par ajustement de l'image de l'implant sur l'image de la zone à traiter, cet ajustement étant effectué par translation et/ou rotation de l'image de l'implant présélectionné - la mise en mémoire et la sauvegarde de l'information correspondant à cette sélection, par exemple dans un répertoire affecté au patient. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant un équipement d'imagerie médicale, caractérisé en ce qu'il corn- prend un objet de référence opaque au rayonnement utilisé dans l'équipement d'imagerie médicale, et un support adapté pour recevoir l'objet de référence et pour être fixé sur le corps du patient, de façon telle que l'objet de référence soit situé au plus près de la zone d'implantation, ledit support étant réalisé au moins dans sa partie recevant l'objet de référence en un matériau transparent audit rayonnement. According to other features: the processing software performs an automatic shape recognition on the image of the reference object, it determines a characteristic dimension of this image and compares it with the corresponding real dimension of the reference object , then it determines from this comparison a calibration coefficient and it applies this calibration coefficient to at least one digitized layer corresponding to at least one implant, to achieve a scaling of this layer and thus allow a precise comparison with the image of the area to be treated; the method comprises a calibration phase comprising: the digitization of the image provided by the medical imaging equipment, the area to be treated by the patient and the reference object; determining the size of the image of the reference object; - the comparison with the actual dimension of the reference object; calculating the magnification ratio between the image dimension and the image size and the actual dimension of the reference object; scaling the layers or digitized representations of the implants using this magnification ratio, then a phase of choice of the implant comprising: - optionally the proposal by the software of an implant, of which the image is formed on the screen, superimposed on the radiological image; the selection by the user of the most appropriate implant, in particular by action on more or less icons allowing to move to an upper or lower implant size, and by adjusting the image of the implant on the image of the area to be treated, this adjustment being effected by translation and / or rotation of the image of the preselected implant - the storage and storage of the information corresponding to this selection, for example in a directory assigned to the patient. The invention also relates to a device for implementing this method, comprising a medical imaging equipment, characterized in that it comprises a reference object opaque to the radiation used in the imaging equipment. medical device, and a support adapted to receive the reference object and to be fixed on the body of the patient, so that the reference object is located closer to the implantation area, said support being made at least in its part receiving the reference object in a material transparent to said radiation.
Suivant d'autres caractéristiques : - le support comprend une sangle ou ceinture munie d'un logement adapté pour recevoir l'objet de référence, -la sangle ou ceinture porte un manchon coulissant qui délimite le logement dans lequel est reçu l'objet de référence, - le support comporte un repère disposé sensiblement dans un plan de symétrie de l'objet de référence, -le support est réalisé en tissu élastique, - le support comporte une boucle de fermeture, - l'objet de référence est une bille en acier ou autre matériau opaque au rayon- nement utilisé dans l'équipement d'imagerie médicale, - ladite bille est revêtue d'un matériau de protection, tel qu'un matériau silicone, et - ladite bille est noyée dans un matériau synthétique transparent au rayonne-ment, tel que plexiglas ou analogue. According to other features: - the support comprises a strap or belt provided with a housing adapted to receive the reference object, -the strap or belt has a sliding sleeve which defines the housing in which is received the reference object the support comprises a mark disposed substantially in a plane of symmetry of the reference object, the support is made of elastic fabric, the support comprises a closure loop, the reference object is a steel ball. or another radiation-opaque material used in medical imaging equipment, said ball is coated with a protective material, such as a silicone material, and said ball is embedded in a rayon-transparent synthetic material such as plexiglass or the like.
L'invention a encore pour objet un support utilisable dans un dispositif tel que dé-fini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moins en partie en un matériau transparent au rayonnement de l'équipement d'imagerie médicale, il comporte des moyens de fixation sur le patient et il porte un objet de référence opaque au rayonne-ment de l'équipement d'imagerie médicale, de forme et de dimension connues. The subject of the invention is also a support that can be used in a device as defined above, characterized in that it is made at least in part of a material that is transparent to the radiation of the medical imaging equipment. has means for attaching to the patient and carries a reference object opaque to the radiation of medical imaging equipment of known shape and size.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, don-née uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur les-quels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une ceinture utilisée dans le procédé et le dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe de cette ceinture, à l'emplacement où se trouve un objet de référence porté par cette ceinture ; et - la figure 3 représente une image schématique de face d'un patient porteur de la ceinture représentée à la figure 1. The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of example only, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of a belt used in the method and the device according to the invention; - Figure 2 is a sectional view of this belt, at the location where there is a reference object carried by this belt; and FIG. 3 represents a schematic front view of a patient wearing the belt represented in FIG. 1.
On voit sur la figure 1 une ceinture 10 réalisée en un matériau transparent au rayonnement utilisé dans un équipement d'imagerie médicale, connu en soi et non représenté. Cet équipement peut être un appareil de radiographie classique utilisant une source de rayons X et dont l'image peut se former sur un film sensible aux rayons X ou être reçue par un capteur associé à des moyens de numérisation de cette image. We see in Figure 1 a belt 10 made of a radiation-transparent material used in medical imaging equipment, known per se and not shown. This equipment can be a conventional radiography apparatus using an X-ray source and whose image can be formed on an X-ray sensitive film or be received by a sensor associated with means for digitizing this image.
Le matériau constituant la ceinture peut être un tissu élastique ou non, et cette ceinture est munie de moyens connus, par exemple une boucle en matière plastiquel2a, 12b, à enclenchement élastique, permettant de la serrer sur le patient. Elle peut aussi, de façon connue, être de longueur réglable, comme par exemple les sangles de sacs à dos ou autre. The material constituting the belt may be an elastic fabric or not, and this belt is provided with known means, for example a loop of plastiquel2a material, 12b, snap elastically, to tighten on the patient. It can also, in a known manner, be of adjustable length, such as the straps of backpacks or other.
Sur cette ceinture est enfilé un manchon coulissant 14 réalisé également en matériau transparent au rayonnement et qui délimite un logement 16 dans lequel peut être mise en place et retenue une bille 18 qui constitue un objet de référence dont le diamètre est connu avec précision, de l'ordre par exemple d'une dizaine de microns. Le manchon peut être réalisé par exemple en plexiglas ou autre matériau synthétique appro- prié, au quel cas la bille peut aussi être entièrement noyée dans le matériau constituant le manchon. Cette bille est réalisée en acier ou autre matériau opaque aux rayons X et elle a de préférence un diamètre compris entre 20 et 40 mm. Elle est, de préférence recouverte d'une enveloppe protectrice 20, par exemple en silicone, pour ne pas être en- dommagée lors de ses manipulations. La protection en silicone est inutile si la bille est entièrement enrobée. Le manchon peut comporter sur sa face externe un trait de référence 22 passant par un plan diamétral de la bille. Le procédé mettant en oeuvre ce dispositif est le suivant, en le supposant appli- qué à l'implantation ultérieure d'une prothèse de hanche : on met en place la ceinture portant la bille de référence ou de calibrage, sur le patient, de telle façon que la bille soit placée sensiblement dans le plan frontal du grand trochanter de l'articulation à traiter, ce qui correspond sensiblement au même positionnement que celui de ladite articulation, entre la source de rayonnement et le film radiographique. On this belt is threaded a sliding sleeve 14 also made of a material transparent to the radiation and which delimits a housing 16 in which can be placed and retained a ball 18 which constitutes a reference object whose diameter is known accurately, the order for example of ten microns. The sleeve may be made for example of plexiglass or other suitable synthetic material, in which case the ball may also be entirely embedded in the material constituting the sleeve. This ball is made of steel or other material opaque to X-rays and it preferably has a diameter of between 20 and 40 mm. It is preferably covered with a protective envelope 20, for example silicone, so as not to be damaged during its handling. Silicone protection is useless if the ball is fully coated. The sleeve may comprise on its outer face a reference line 22 passing through a diametral plane of the ball. The method employing this device is the following, assuming it is applied to the subsequent implantation of a hip prosthesis: the belt bearing the reference or calibration ball is placed on the patient, such that way that the ball is placed substantially in the frontal plane of the greater trochanter of the joint to be treated, which corresponds substantially to the same positioning as that of said articulation, between the radiation source and the radiographic film.
On peut s'assurer du positionnement correct de la bille en effectuant un cliché de profil. On effectue ensuite un cliché de face, comme représenté schématiquement à la figure 3, sur lequel la bille de référence 18 est clairement visible, sensiblement au même niveau que l'articulation coxo-fémorale 24 qui doit faire l'objet de l'intervention. On a représenté en trait mixte sur cette figure la ceinture 10 de support de la bille. Dans un traitement manuel de cette image, il suffit de mesurer avec précision le diamètre de l'image de la bille pour déterminer le facteur ou coefficient d'agrandissement de l'image par rapport à l'objet, qui est égal au rapport entre le dia- mètre mesuré de l'image de la bille et le diamètre connu de la bille elle-même. A partir de là l'utilisateur choisit un jeu de calques approprié et détermine le bon implant par comparaison avec l'image radiologique de la zone d'intervention. Suivant un mode de mise en oeuvre plus numérisé, le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes : - L'équipement d'imagerie médicale fournit à un capteur une image qui est numé- risée suivant la norme DICOM (Digital Image and Communications in Medicine). - Cette image est transmise à un ordinateur qui comporte dans une base de don-nées des informations relatives à des prothèses différentes, quant à leurs marques, leurs types et leurs tailles. A chaque implant ou prothèse correspond un calque numéri- sé. - A partir de l'image reçue du capteur, l'utilisateur pointe ou clique sur l'image de la bille de référence et le logiciel détermine le coefficient précis d'agrandissement de l'image par rapport à l'objet. Pour cela, on utilise un logiciel d'analyse d'images qui peut être un logiciel connu, et qui détermine le diamètre de l'image de la bille de référence. We can ensure the correct positioning of the ball by performing a profile snapshot. A frontal image is then made, as shown schematically in FIG. 3, on which the reference ball 18 is clearly visible, substantially at the same level as the hip-femoral joint 24 which is to be the object of the intervention. It is shown in phantom in this figure the support belt 10 of the ball. In a manual processing of this image, it is sufficient to accurately measure the diameter of the ball image to determine the magnification factor or coefficient of the image relative to the object, which is equal to the ratio between the measured diameter of the ball image and the known diameter of the ball itself. From there, the user chooses a suitable set of layers and determines the correct implant compared to the radiological image of the intervention area. In a more digitized embodiment, the method according to the invention comprises the following steps: The medical imaging equipment supplies to a sensor an image that is digitized according to the DICOM standard. Medicine). - This image is transmitted to a computer that contains in a database information on different prostheses, their brands, types and sizes. Each implant or prosthesis has a digitized layer. - From the image received from the sensor, the user points or clicks on the image of the reference ball and the software determines the precise coefficient of magnification of the image relative to the object. For this, we use an image analysis software that can be known software, and determines the diameter of the image of the reference ball.
Pour cela, à titre d'exemple, on utilise un filtre de lissage de l'image, on détermine le gradient de la variation d'énergie des pixels entre l'image de la bille et la zone environnante puis on détermine le maximum de ce gradient, à partir de quoi le logiciel calcule le diamètre de l'image de la bille, puis le coefficient réel d'agrandissement par comparaison avec le diamètre connu de la bille. For this purpose, by way of example, an image smoothing filter is used, the gradient of the energy variation of the pixels between the image of the ball and the surrounding area is determined and then the maximum of this is determined. gradient, from which the software calculates the diameter of the image of the ball, then the real coefficient of magnification compared to the known diameter of the ball.
Le logiciel applique ce coefficient d'agrandissement aux calques de prothèses numérisés ce qui correspond à une étape de mise à l'échelle de ces calques. L'utilisateur sélectionne dans la base de données prothèses la marque et le type d'implant ou de prothèse qu'il envisage d'utiliser et détermine avec précision la taille de l'implant en déplaçant à l'écran l'image de cet implant, par translation et/ou ro- tation et en l'amenant en coïncidence avec l'image radiologique de la zone ou la pro- thèse doit être implantée. Dans le cas d'une prothèse de hanche, l'utilisateur, qui peut être le chirurgien choisit ainsi l'implant fémoral qu'il va mettre en place, ainsi que le cas échéant l'implant cotyloïdien et le col et la rotule associés. Les étapes successives du procédé selon l'invention, mis en oeuvre au moyen d'un logiciel, peuvent être résumées de la façon suivante : Tout d'abord une phase de calibration comprenant : - la numérisation de l'image fournie par l'équipement d'imagerie médicale, de la zone à traiter du patient et de l'objet de référence ; - la détermination de la dimension de l'image de l'objet de référence ; - la comparaison avec la dimension réelle de l'objet de référence, - le calcul du rapport d'agrandissement entre la dimension de l'image et la dimension de l'image et la dimension réelle de l'objet de référence ; - la mise à l'échelle des calques ou représentations numérisées des implants en utilisant ce rapport d'agrandissement. The software applies this coefficient of magnification to the digitized prosthesis layers, which corresponds to a step of scaling these layers. The user selects from the prosthesis database the brand and type of implant or prosthesis that he plans to use and accurately determines the size of the implant by moving the image of this implant on the screen. by translation and / or rotation and bringing it in coincidence with the radiological image of the area where the prosthesis is to be implanted. In the case of a hip prosthesis, the user, who may be the surgeon, thus chooses the femoral implant that he will put in place, as well as, if applicable, the cotyloid implant and the associated neck and patella. The successive steps of the method according to the invention, implemented by means of software, can be summarized as follows: First a calibration phase comprising: - the digitization of the image provided by the equipment medical imaging, the patient's area to be treated and the reference object; determining the size of the image of the reference object; - the comparison with the actual dimension of the reference object; - the calculation of the magnification ratio between the image dimension and the image dimension and the actual dimension of the reference object; - Scale layers or digitized representations of implants using this magnification ratio.
Après cette opération, la phase de calibration est terminée et commence une phase de choix de l'implant comprenant les étapes suivantes : -éventuellement la proposition par le logiciel d'un implant, dont l'image est formée sur l'écran, en superposition sur l'image radiologique ; - la sélection par l'utilisateur, de l'implant le mieux adapté, notamment par action sur des icônes plus ou moins permettant de passer à une taille d'implant supérieure ou inférieure, et par ajustement de l'image de l'implant sur l'image de la zone à traiter (fémur ou cotyle par exemple). Cet ajustement est effectué par translation et/ou rotation de l'image de l'implant sélectionné ; - la mise en mémoire et la sauvegarde de l'information correspondant à cette sé- lection, par exemple dans un répertoire affecté au patient. Ce procédé et les moyens utilisés pour sa mise en oeuvre permettent de résoudre de façon très satisfaisante le problème qui était posé, à savoir de déterminer avec une précision optimale, la taille de la prothèse qui doit être utilisée dans chaque cas particulier. After this operation, the calibration phase is completed and begins a phase of choice of the implant comprising the following steps: - Possibly the proposal by the software of an implant, whose image is formed on the screen, superimposed on the radiological image; the selection by the user of the most appropriate implant, in particular by action on more or less icons allowing to move to an upper or lower implant size, and by adjusting the image of the implant on the image of the area to be treated (femur or acetabulum, for example). This adjustment is performed by translation and / or rotation of the image of the selected implant; - Storing and saving the information corresponding to this selection, for example in a directory assigned to the patient. This method and the means used for its implementation make it possible to solve in a very satisfactory manner the problem which was posed, namely to determine with an optimal precision, the size of the prosthesis which must be used in each particular case.
Pour autant, les moyens mis en jeu sont particulièrement simples et peu coûteux. Bien entendu, de nombreuses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation qui a été décrit, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ces variantes peuvent porter sur la forme et la structure du support utilisé pour l'objet de référence, cette forme étant choisie en fonction de la zone dans laquelle doit être effectuée l'implantation de la prothèse. However, the means involved are particularly simple and inexpensive. Of course, many variations can be made to the embodiment that has been described, without departing from the scope of the invention. These variants may relate to the shape and structure of the support used for the reference object, this shape being chosen according to the area in which the implantation of the prosthesis is to be performed.
De même, l'objet de référence peut avoir une forme autre que sphérique, mais cette forme sphérique est néanmoins préférée comme présentant une symétrie optimale. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour tout type de prothèses, 5 hanche, épaule, genou, etc. L'équipement d'imagerie médicale peut être un scanner. Similarly, the reference object may have a shape other than spherical, but this spherical shape is nevertheless preferred as having optimal symmetry. The method according to the invention can be implemented for any type of prosthesis, hip, shoulder, knee, etc. Medical imaging equipment can be a scanner.
Claims (13)
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|---|---|---|---|
| FR0753846A FR2913592A1 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Implant e.g. femoral implant, dimension determining method for e.g. hip prosthesis, involves collecting radiological image of zone to be treated and rod, and determining enlargement coefficient of image and rod |
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