ITFI20100238A1 - Apparato e metodo per la rilevazione di immagini di parti anatomiche in movimento - Google Patents
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Description
Descrizione del brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:
"APPARATO E METODO PER LA RILEVAZIONE DI IMMAGINI DI PARTI
ANATOMICHE IN MOVIMENTO";
Settore tecnico dell’Invenzione
Il trovato riguarda un apparato ed un metodo per la rilevazione di immagini di parti anatomiche in movimento.
In particolare l’invenzione riguarda un sistema per acquisire immagini da utilizzare a fini diagnostici di patologie articolari in mammiferi, soggetti umani o animali.
Stato dell’arte anteriore
Per lo stesso scopo sono note soluzioni tecniche che prevedono un monitoraggio continuo dell’arto sotto esame con acquisizione continua ed in tempo reale delle immagini, solitamente immagini radiografiche.
Uno di questi noti sistemi, è descritto ad esempio della domanda di brevetto internazionale W02006042211 che mostra un sistema dinamico di acquisizione delle immagini comprendente un primo ed un secondo braccio robotizzato portanti rispettivamente una sorgente di radiazioni penetranti emesse verso l’arto in movimento da esaminare ed un rilevatore per la cattura delle immagini risultanti dal transito delle radiazioni attraverso l’arto. I due bracci sono inoltre mossi in maniera coordinata mediante un sensore di movimento puntato sull’arto e che permette di mantenere costantemente l’allineamento della sorgente di radiazioni e del rilevatore. La rilevazione continua delle immagini può poi essere utilizzata per acquisire una successione di immagini tomografiche e ricostruire un modello 3D deN’arto in movimento.
Un ulteriore esempio di sistemi noti è illustrato in US6435715, che mostra un dispositivo radiografico in cui una sorgente ed un ricevitore di raggi X sono disposti su bracci robotizzati per muoversi nello spazio sotto il controllo di una unità centrale che mantiene l’allineamento relativo della sorgente e del ricevitore.
Tali note soluzioni presentano tuttavia alcuni inconvenienti dovuti sostanzialmente alla complessità degli apparati tecnici necessari al funzionamento ed anche alla difficoltà di ottenere un movimento coordinato dei due bracci robotizzati in presenza di accelerazioni relativamente elevate deH’arto in esame, come accade ad esempio nelle applicazioni diagnostiche in campo veterinario (per esempio in ippiatria).
Un ulteriore inconveniente è dato dalla quantità e complessità di elaborazione dei dati ricevuti.
Un ulteriore inconveniente è dato dalla difficoltà di tenere conto delle barriere ottiche che talvolta sono presenti intorno alle piattaforme o ai tappeti mobili utilizzati per provocare il movimento degli arti dell’animale o della persona da esaminare.
Un ulteriore inconveniente è dato dalla sovraesposizione ai raggi X del soggetto, rispetto alla minore esposizione sufficiente per le effettive necessità diagnostiche.
Scopo dell’invenzione
Con il presente trovato si intende superare gli inconvenienti delle soluzioni già note e proporre un apparato di acquisizione di immagini di realizzazione relativamente semplice e affidabile, e adatto all’uso anche in presenza di forti accelerazioni dell’arto da esaminare, ad esempi nel caso di un cavallo al galoppo.
Un ulteriore scopo è proporre un apparato adatto all’uso in presenza di barriere ottiche interposte tra l’arto da esaminare e la sorgente di radiazioni.
Sommario dell’Invenzione
A questi scopi si è pervenuti realizzando un apparato ed un metodo secondo le rivendicazioni allegate.
Un primo vantaggio dell’invenzione consiste nella maggiore semplicità costruttiva rispetto alle soluzioni note.
Un secondo vantaggio consiste nella possibilità.di eseguire indagini radiologiche di parti anatomiche in movimento anche con accelerazioni di valore elevate, ad esempio gli arti di un cavallo al galoppo.
Un terzo vantaggio consiste nella riduzione della esposizione del soggetto ai raggi X.
Un ulteriore vantaggio consiste nel fatto che il movimento dell’unità di movimentazione dell’unità radiologica può essere svincolato dal movimento del soggetto in esame mantenendo la capacità diagnostica richiesta e semplificando la strututra meccanica necessaria rispetto alle soluzioni note. Lista dei disegni
Questi ed ulteriori vantaggi saranno meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:
- la fig.1 mostra una vista generale di una prima forma realizzativa dell’invenzione applicata all’indagine di un arto di un cavallo;
- la fig.2 mostra una vista generale di una seconda forma realizzativa dell’invenzione applicata all’indagine di un arto inferiore di un uomo;
- la fig.3 mostra un dettaglio dell’apparato di fig.2;
- la fig.4 mostra uno schema a blocchi rappresentativo del metodo dell'invenzione;
- le fig.5-7 mostrano un dispositivo di rilevazione utilizzabile in un apparato secondo l’invenzione;
- la fig.8 mostra due fasi successive di rilevazione dell’immagine secondo il metodo dell’invenzione.
Descrizione Dettagliata
Con riferimento ai disegni, è descritto un apparato di rilevazione di immagini radiologiche di una parte anatomica A in movimento di un soggetto animale o umano S.
Negli esempi descritti si fa riferimento ad un primo esempio in cui si considera l’esame radiologico di un arto anteriore di un cavallo (fig.1 ) e dell’articolazione del ginocchio in un soggetto umano (fig. 2) ma si intende che l’invenzione potrà trovare applicazione per esami radiologici di parti anatomiche diverse ed in soggetti di tipo diverso.
Con riferimento alla figura 1, l’apparato comprende:
- una sorgente mobile 1 di radiazioni penetranti la parte anatomica A; - un dispositivo rilevatore radiologico 2 comprendente preferibilmente più rilevatori digitali per acquisire le immagini radiologiche risultanti dalle radiazioni passate attraverso la parte anatomica irradiata;
- una unità 3 di tracciamento dei movimenti effettuati da detta parte anatomica;
- una unità 4 per la movimentazione della sorgente 1 ;
- una unità elettronica di controllo 7 collegata operativamente alla sorgente 1, alla unità di tracciamento 3, ed alla unità 4 di movimentazione della sorgente 1.
Secondo l’invenzione, l’unità di tracciamento 3 è disposta per acquisire in continuo dati relativi alle posizioni assunte da detta parte anatomica A in un primo movimento completo, o ciclo di movimenti, rilevante per l’esame diagnostico da svolgere.
In base alla acquisizione effettuata durante il primo movimento, l’unità 7 è utilizzata, automaticamente o a comando di un operatore, in modo tale da selezionare una o più posizioni discrete Ps della parte anatomica rilevate da detta unità di tracciamento 3 durante detto primo movimento e significative ai fini dell’esame diagnostico.
Durante uno o più movimenti o cicli di movimento ulteriori al primo, l’unità 7 provvede a comandare l’unità 4 ad eseguire uno o più spostamenti della sorgente di radiazioni 1 in corrispondenza delle posizioni Ps assunte della parte anatomica A, e contestualmente comanda la sorgente 1 ad emettere una o più irradiazioni della parte anatomica A solo al momento in cui l’unità di tracciamento 3 informa il sistema che la parte A si trova nuovamente nelle posizioni Ps.
Vantaggiosamente, con questa soluzione è possibile ottenere le immagini radiografiche utili per l’esame diagnostico da svolgere, effettuando solo spostamenti predefiniti della sorgente 1 ed irradiando il soggetto con una quantità ridotta di radiazioni, evitando sovraesposizioni non necessarie e al tempo stesso potendo utilizzare meccanismi di movimentazione della sorgente relativamente semplici.
Questo vantaggio è maggiormente sentito nel caso in cui le radiazioni utilizzate siano raggi X, ma si intende che potranno essere previste tecnologie diverse di indagine radiologica, ad esempio mediante altre radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.
In una prima forma realizzativa dell'invenzione, l’unità di tracciamento 3 comprende sensori inerziali 6 di traslazione e di rotazione, ad esempio accelerometri triassiali e giroscopi, anche combinati con sensori di campo magnetico, che permettono di ricostruire e rappresentare la cinematica della parte anatomica A durante il suo movimento.
Preferibilmente, i sensori 6 sono disposti in modo da non intralciare le radiazioni, ad esempio posteriormente al rilevatore 2.
A titolo di esempio i sensori inerziali 6 sono sensori del tipo MTx 3DOF “human motion tracker” prodotti dalla società Xsens.
Alternativamente, il movimento della parte A può essere rilevato mediante l'utilizzo di sistemi di visione 9 ad alta velocità di acquisizione e di marker luminosi e/o riflettenti 10.
In tal caso i sistemi di visione 9 possono essere solidali alla sorgente 1 o fissati su di un supporto indipendente 13, mentre i marker 10 devono essere visibili e sono associati alla parte anatomica A, ad esempio fissati ad essa o solidalmente al rilevatore 2, o nei pressi di questo, in modo tale da permettere all’unità 3 di tracciare la posizione della porzione anatomica di interesse.
A titolo di esempio il sistema di visione 9 può essere un sisterma digitale “Optotrak Certus” prodotto dalla società Northern Digital Ine.
Con riferimento alla figura 1, l’unità di movimentazione 4 della sorgente 1 comprende un braccio robotizzato 14, e il rilevatore di radiazioni 2 è un rilevatore indossabile applicabile a detta parte anatomica, preferibilmente tramite una fascia 9 trasparente alle radiazioni emesse dalla sorgente 1.
In figura 2 è mostrata una forma di realizzazione dell’apparato nella quale l’unità di movimentazione 4 della sorgente 1 comprende ancora un braccio robotizzato 14 e il rilevatore di radiazioni è un rilevatore 8 solidale al movimento di detta sorgente 1 costituendo con essa una struttura a “C” 16 capace di accogliere la parte anatomica A tra punto di emissione delle radiazioni e rilevatore 8.
In questo caso i sensori 6/10 potranno essere solidali alla sorgente 1 che segue gli spostamenti della parte A.
In una forma preferita di realizzazione, il braccio robotizzato 14 comprende un dispositivo di traslazione a tre assi, preferibilmente a sei gradi di libertà, eventualmente dotato di funzione a gravità zero e/o di un pantografo a guide lineari allo scopo di facilitare la movimentazione manuale della sorgente 1 , in particolare se di tipo pesante, da parte dell’operatore per l’inizializzazione del sistema od off-set mantenendo accuratezza e precisione nello spostamento. Ancora con riferimento alle figure 1 e 2, l’apparato può inoltre comprendere un supporto mobile di appoggio del soggetto, preferibilmente un tappeto mobile “treadmill” 18 per consentire al soggetto di eseguire detti cicli di movimenti. Vantagigosamente, il braccio robotico a sei gradi di libertà può essere disposto su un carrello mobile 19 che di fatto aumenta i gradi di libertà sui tre assi Χ,Υ,Ζ e consente una facile adattabilità del sistema a tappeti mobili già esistenti nelle cliniche.
Nello schema di figura 4, viene rappresentato lo schema di funzionamento di un apparato del tipo descritto, nel quale l’unità di tracciamento riceve dai sensori 6/10 segnali associati al movimentio della parte A e quindi trasmette alla unità di movimentazione 4, e tramite questa al computer 7, i dati relativi alle posizioni assunte dalla parte A durante il movimento.
Il computer 7, dopo essere stato programmato in base alle posizioni selezionate ed alle eventuali altre condizioni di esame, controlla a sua volta l’avvio del supporto mobile 18, e poi lo spostamento del braccio 14 e l’attivazione della sorgente 1 per poter acquisire le immagini radiologiche di interesse al momento in cui la parte A assume le posizioni selezionate.
Una volta che il rilevatore 2/8 ha acquisito le immagini radiologiche, queste vengono infine trasmesse all’elaboratore 7, ad esempio via cavo o wireless con una antenna 21 , ed eventualmente visualizzate sullo schermo 20.
In un secondo aspetto dell’invenzione, è descritto un metodo che prevede l’impiego di un apparato comprendente una sorgente mobile di radiazioni penetranti, un dispositivo rilevatore delle immagini risultanti dalle radiazioni passate attraverso la parte anatomica irradiata, ed una unità di movimentazione della sorgente.
Secondo l’invenzione, il metodo comprende una prima fase di inizializzazione del sistema con l’acquisizione di dati relativi alla cinetica di detta parte anatomica A che viene effettuata in un primo movimento o ciclo di movimenti per acquisire la cinematica del movimento del paziente e le traiettorie delle porzioni anatomiche di interesse.
Dalla analisi di questa prima acquisizione, segue una fase di selezione di una o più posizioni Ps assunte della parte anatomica A durante detto primo ciclo, e che l’operatore ritiene significative ai fini dell’esame diagnostico.
Una volta determinate le posizioni Ps, il metodo prevede uno o più spostamenti della sorgente 1 in corrispondenza di dette posizioni Ps ed una fase di irradiazione della parte anatomica A solo in corrispondenza delle stesse posizioni assunte durante i movimenti o cicli di movimenti successivi.
In maggiore dettaglio, la prima fase di acquisizione è preferibilmente preceduta da una fase di inizializzazione nella quale l’operatore inserisce eventuali dati del soggetto S attraverso un computer di gestione, associa il rilevatore 2/8 alla porzione anatomica di interesse e posiziona il soggetto sul supporto mobile 18. A questo punto, preferibilmente tramite una interfaccia utente (ad esempio tastiera o video) l’operatore imposta i parametri del supporto (velocità e pendenza in caso di tappeto mobile) in base all’atto cinematico di interesse (trotto, galoppo, passo, corsa, ecc.. nel caso di un cavallo) e mette il soggetto con l’arto d’interesse in carico.
Successivamente, l’operatore muove la sorgente 1 fino a trovare la corretta distanza e posizione dal soggetto, ad esempio con l’uso di un distanziometro. In questo modo viene definita la posizione iniziale (offset del sistema).
Nella prima fase di acquisizione, l’operatore avvia il supporto mobile e conseguentemente il soggetto S deambula provocando il movimento della parte anatomica in esame ed eventualmente del rilevatore se solidale ad essa.
In questa fase il sistema di tracciamento 3 effettua una prima analisi cinematica del movimento e la rende disponibile all’operatore, ad esempio mettendola su un display 20.
L’operatore analizza quindi la sequenza e valuta quali sono le fasi cinematiche e le corrispondenti posizioni Ps nelle quali desidera acquisire le immagini rx (fig.8), quindi imposta la sequenza e i parametri di acquisizione delle immagini relative a dette posizioni selezionate.
Di seguito l’unità 4 comincia a movimentare la sorgente 1 , ad esempio un generatore di raggi X nelle posizioni discrete Ps d’interesse mantenendo costante la distanza tra la sorgente e il rilevatore. Ciò è possibile grazie alle informazioni provenienti dall’unità 4. Durante questa fase la sorgente 1 emette radiazioni secondo la sequenza di acquisizione impostata e il rilevatore 2/8 invia ad un elaboratore le immagini radiologiche acquisite relative alle posizioni Ps per registrazione e successiva elaborazione.
L’operatore visiona le immagini radiologiche acquisite dal sistema, che vengono preferibilmente presentate su un monitor 20 e quindi esegue misurazioni e valutazioni diagnostiche.
La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Apparato di acquisizione di immagini di parti anatomiche (A) in movimento di un soggetto mammifero animale o umano (S), comprendente, una sorgente mobile (1) di radiazioni penetranti detta parte anatomica (A), un rilevatore radiologico (2, 8) per acquisire le immagini radiologiche risultanti dalle radiazioni passate attraverso la parte anatomica irradiata, una unità di tracciamento (3) dei movimenti di detta parte anatomica, una unità di movimentazione (4) di detta sorgente (1), caratterizzato dal fatto che detta unità di tracciamento (3) è disposta per acquisire in continuo dati relativi alle posizioni assunte da detta parte anatomica (A) in un primo movimento, e dal fatto di comprendente inoltre una unità elettronica di controllo (7) collegata a detta sorgente (1), a detta unità di tracciamento (3) e a detta unità (4) di movimentazione della sporgente (1), in modo tale da selezionare una o più posizioni discrete (Ps) della parte anatomica rilevate da detta unità di tracciamento (3) durante detto primo movimento e per comandare uno o più spostamenti di detta sorgente di radiazioni (1) ed una o più irradiazioni della parte anatomica (A) solo in corrispondenza di dette posizioni discrete (Ps) assunte della parte anatomica (A) durante uno o più movimenti ulteriori al primo.
- 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di rilevazione di movimento (3) comprende sensori inerziali (6) di traslazione e/o di rotazione.
- 3. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta unità di tracciamento (3) comprende una unità (9) di acquisizione visiva delle posizioni di uno o più marcatori (10) associati alla parte anatomica (A).
- 4. Apparato secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detta unità di movimentazione (4) comprende un braccio robotizzato e detto rilevatore delle radiazioni (2) è un rilevatore indossabile applicabile a detta parte anatomica (A).
- 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui detto rilevatore (2) è applicato a detta parte anatomica (A) tramite una fascia (9) trasparente a dette radiazioni.
- 6. Apparato secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detta unità di movimentazione (4) comprende un braccio robotizzato e detto rilevatore delle radiazioni (2) è un rilevatore (8) solidale al movimento di detta sorgente (1).
- 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, in cui detta unità di tracciamento (3) è solidale a detta sorgente (1).
- 8. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta sorgente (1) è una sorgente di raggi-X e detto rilevatore (2) comprende uno o più rilevatori di raggi-X.
- 9. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di movimentazione (4) della sorgente (1) comprende un dispositivo di traslazione a tre assi, preferibilmente a sei gradi di libertà.
- 10. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un supporto mobile di appoggio del soggetto, preferibilmente un tappeto mobile (18) per consentire al soggetto di eseguire detti cicli di movimenti.
- 11. Metodo di acquisizione di immagini di parti anatomiche (A) in movimento di un, soggetto mammifero (S) umano o animale, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase (F1) di acquisizione di dati relativi alla cinetica di detta parte anatomica (A) in un primo ciclo di movimenti, una fase di selezione di una o più posizioni (Ps) assunte della parte anatomica (A) durante detto primo ciclo, uno o più spostamenti di una sorgente di radiazioni (1) in corrispondenza di dette posizioni (Ps), e una fase (F2) di irradiazione della parte anatomica (A) solo in corrispondenza di dette posizioni (Ps) assunte dalla parte (A) durante ulteriori cicli di movimento.
- 12. Dispositivo rilevatore indossabile (8) di immagini radiografiche, comprendente uno o più rilevatori radiologici ed una fascia radiotrasparente (9) per essere applicato ad una parte anatomica (A) di un soggetto animale o umano (S).
- 13. Apparato di acquisizione di immagini di parti anatomiche (A) in movimento di un soggetto animale o umano (S), comprendente, un rilevatore (8) secondo la rivendicazione 12, una sorgente mobile (1) di radiazioni penetranti detta parte anatomica (A), una interfaccia senza fili (21) per collegare una unità di elaborazione (7) a detto rilevatore indossabile (8).
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| IT000238A ITFI20100238A1 (it) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | Apparato e metodo per la rilevazione di immagini di parti anatomiche in movimento |
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Patent Citations (5)
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