ES2314989T3

ES2314989T3 - Sistema quirurgico de localizacion por radioscopica con volumen catografico ampliado.

Info

Publication number: ES2314989T3
Application number: ES98900984T
Authority: ES
Inventors: Shlomo Ben Haim; Zeev Weinfeld; Assaf Govari
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-01-22
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: WO1998035720A2; IL126491A; DE69840161D1; WO1998035720A3; EP0915675A4; CA2250961C; AU5677398A; JP2000509316A; CA2250961A1; AU748534B2; JP4265698B2; IL126491A0; EP0915675B1; EP0915675A2

Abstract

Un sistema (150, 200) para la determinación de la disposición de un objeto situado dentro del cuerpo de un paciente (32) que comprende: un sensor (142) de la posición, para su acoplamiento con el objeto (36); una pluralidad de sensores de referencia (126), para su fijación al cuerpo; caracterizado porque comprende también un transductor de campo móvil (132), para transmitir campos hacia o recibir campos desde el sensor (142) de la posición y de los sensores de referencia (126); y un procesador (248), para la selección de al menos uno de los sensores de referencia (126) en proximidad al objeto (36) y para la determinación de las coordenadas del sensor (142) de la posición con respecto al sensor de referencia seleccionado (142), con respecto al sensor de referencia seleccionado (126), con independencia del movimiento del transductor de campo (132) con respecto al paciente (32).

Description

Sistema quirúrgico de localización por radioscópica con volumen catográfico ampliado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general al campo de los sistemas de localización de objetos sin contacto, y concretamente al seguimiento de la posición de sondas médicas.

Antecedentes de la invención

En los últimos años, las técnicas quirúrgicas mínimamente invasivas se han convertido en los procedimientos preferentes de llevar a cabo muchos procedimientos que anteriormente se desarrollaban con una incisión abierta. La adopción de estas técnicas mínimamente invasivas ha ido acompañada del desarrollo de procedimientos de visualización de un instrumento quirúrgico que es manipulado dentro del cuerpo. Aunque los endoscopios ofrecen un modo de visualización preferente en algunas áreas quirúrgicas, son inadecuados para su uso en muchos procedimientos, como por ejemplo en procedimientos neuroquirúrgicos y ortopédicos, en los cuales, determinados instrumentos deben ser insertados y manipulados con una gran delicadeza dentro de estrechos espacios con una visibilidad óptica deficiente. En la cirugía de la columna vertebral, por ejemplo, y en particular, en determinados tratamientos de los discos invertebrales, una fina aguja hueca debe ser insertada cerca del centro del espacio intervertebral, de tal forma que se pueda aspirar la materia discal fluida sin tocar la médula espinal, los nervios raquídeos y los vasos sanguíneos situados en las inmediaciones.

En neurocirugía, antes de llevar a cabo la intervención quirúrgica, se forma una imagen tridimensional de la cabeza del paciente, preferentemente utilizando un sistema de producción de imágenes por tomografía angular computerizada (TAC). La imagen es utilizada por el cirujano, como es sabido en la técnica, en la planificación del procedimiento y, preferentemente, en el establecimiento de un marco de referencia tridimensional para la operación, fijo con respecto a la anatomía del paciente. Durante la intervención quirúrgica propiamente dicha, cuando el cirujano inserta o manipula un instrumento quirúrgico, su posición es rastreada con relación al marco de referencia. Un marco estereotáctico puede fijarse a la piel o los huesos del paciente, para ser utilizado en el seguimiento y guía de la posición de la aguja.

En la técnica son utilizados diversos procedimientos para efectuar el seguimiento de la posición de un instrumento quirúrgico con respecto a la anatomía de un paciente. Por ejemplo, los Medivision Advanced Support Systems, de Oberdorf, Suiza, ofrecen un sistema destinado a la cirugía de la columna vertebral que incluye un sensor óptico de la posición fijado a un instrumento quirúrgico y un elemento de referencia que incorpora tres marcas fiduciales ópticas, en una relación espacial predeterminada fija. El elemento de referencia es fijado a la espalda del paciente en una posición conocida, utilizándose una cámara para efectuar el seguimiento del desplazamiento del instrumento con respecto al elemento de referencia.

La publicación de Patente PCT WO 96/08209, describe un sistema de producción de imágenes y de seguimiento de la posición para su uso en aplicaciones médicas, que utiliza un marco de referencia fijado a la cabeza del paciente. El sistema controla la posición de un instrumento quirúrgico con respecto al marco de referencia, utilizando un sensor móvil, como por ejemplo un sensor del campo electromagnético, de un tipo conocido en la técnica, fijado al instrumento. Las imágenes prerregistradas del cuerpo del paciente, generalmente imágenes por TAC de la cabeza del paciente, son representadas en respuesta a la posición controlada del instrumento con respecto al cuerpo. La posición del instrumento es registrada sobre las imágenes prerresgistradas.

Preferentemente, antes de la intervención quirúrgica, el marco es fijado a la cabeza del paciente obteniéndose un conjunto de imágenes TAC. Estas imágenes se utilizan para registrar las coordenadas de la posición del marco, incluyendo las coordenadas de un sensor de la posición de referencia situado en el marco, en relación a la anatomía del paciente. A continuación, durante la intervención quirúrgica, la salida de las señales mediante los sensores de la posición móviles y de referencia son controlados para efectuar el seguimiento de las coordenadas de los sensores. Las coordenadas del sensor móvil con respecto a la referencia se utilizan para registrar la posición del instrumento con respecto a la anatomía del paciente, por ejemplo utilizando imágenes TAC previamente obtenidas.

De modo similar, la Patente estadounidense 5,383,454, describe un sistema de producción de imágenes y seguimiento para su uso en neurocirugía. Antes de la intervención quirúrgica, unos emisores ultrasónicos son fijados a una pluralidad de puntos de referencia situados sobre la cabeza del paciente, y un conjunto de imágenes TAC de la cabeza son emitidas mostrando las posiciones de los puntos de referencia. Unos emisores similares son fijados a una sonda quirúrgica para su inserción dentro de la cabeza. Durante la intervención quirúrgica, una estructura de micrófonos situada en el quirófano recibe unas señales ultrasónicas emitidas por los emisores situados sobre la cabeza del paciente y sobre la sonda. Estas señales se utilizan para determinar la posición y orientación de la sonda con respecto a los puntos de referencia. La información de la posición y orientación se utiliza para mostrar una imagen de la sonda superpuesta sobre las imágenes TAC prerregistradas.

Procedimientos de determinación de la posición también se describen, por ejemplo, en las Patentes estadounidenses 5,558,091, 5,391,199, 5,443,489 y 5,377,678. Los sistemas de determinación de la posición en general utilizan un aparato extracorporal para situar un sensor fijado al instrumento quirúrgico. El aparato extracorporal incluye uno o más transductores de campo, por regla general unos radiadores o receptores, situados por encima y/o alrededor del paciente, los cuales transmiten unos campos hacia y/o reciben campos desde el sensor. Cada radiador o receptor tiene un "volumen de detección" característico en el cual los campos tienen la suficiente intensidad para generar una señal lo suficientemente intensa en combinación con el sensor, de forma que puede determinarse el emplazamiento del instrumento quirúrgico hasta el nivel de precisión que se pretende.

El tamaño del volumen de detección depende en general del tamaño de los radiadores o receptores. En algunos tipos de cirugía, como por ejemplo en la cirugía de la espalda, el tamaño del volumen de detección puede provocar limitaciones a la hora de la intervención quirúrgica. Si se utilizan unos radiadores grandes, pueden interferir con los movimientos del cirujano o de otro miembro del personal médico. Unos radiadores pequeños, que no ocupen mucho espacio, pueden no tener un volumen de detección lo suficientemente amplio y/o pueden tener una resolución baja.

Aunque la posición del sistema de detección puede utilizarse para alinear la posición del instrumento con las imágenes previamente adquiridas por TAC o por RNM, de acuerdo con lo anteriormente descrito, los cirujanos son en general reacios a confiar en las imágenes prerregistradas. Además del uso de un marco de referencia o de unos puntos de referencia y de unos sensores de la posición para efectuar el seguimiento de un instrumento quirúrgico, de acuerdo con lo descrito en la publicación PCT anteriormente mencionada y, por ejemplo, en la Patente estadounidense 5,383,454, por regla general se utiliza la producción de imágenes radioscópicas fluoroscópicas para verificar que el instrumento está efectivamente en la posición indicada por los sensores de la posición. Esta verificación se necesita, inter alia, para asegurar que el marco no ha sido desplazado con respecto a la anatomía del paciente y que las lecturas de la posición procedentes de los sensores de la posición no se han movido. Un error en el ángulo y profundidad del instrumento puede, evidentemente, tener consecuencias desastrosas.

Típicamente se utiliza la producción de imágenes radioscópicas fluoroscópicas, en la que dos imágenes radioscópicas perpendiculares se forman simultáneamente, una imagen antero-posterior (de arriba abajo) y la otra una imagen lateral (de lado a lado). El fluoroscopio biplanar es, sin embargo, costoso, y debe ser accionado sustancialmente de forma continua para controlar la posición del instrumento quirúrgico, lo que se traduce en unas dosis de radiación al paciente altamente indeseables, así como hacia el personal del quirófano. Así mismo, las imágenes fluoroscópicas obtenidas durante la operación no se registran con las imágenes TAC previamente obtenidas o con las coordenadas del sensor de la posición de referencia, de forma que no hay una forma práctica para recalibrar las lecturas de los sensores de la posición si resulta que son erróneas.

Las Patentes estadounidenses 5,265,610 y 5,577,502 proponen la realización de unos procedimientos médicos traumáticos durante los cuales se obtienen periódicamente unas imágenes radioscópicas para ofrecer información al cirujano sobre el emplazamiento tridimensional de un instrumento penetrante. Con el fin de reducir al mínimo las dosis de rayos X hacia el paciente, se utilizan unos transmisores y receptores de RF para recibir información posicional sobre el instrumento penetrante. La información posicional procedente de los transmisores de RF se utiliza para superponer la posición del instrumento sobre las imágenes radioscópicas. También puede efectuarse el seguimiento del movimiento del paciente y, ajustarse la representación de la imagen en la forma correspondiente. Así, se mantiene que las imágenes radioscópicas pueden actualizarse con menor frecuencia que las pruebas de seguimiento radioscópicas convencionales.

Sumario de la invención

Constituye un objetivo de algunos aspectos de la presente invención proporcionar unos dispositivos para su uso en la realización de una intervención quirúrgica de guía radioscópica con una precisión y comodidad mejoradas.

Constituye un objeto adicional de algunos aspectos de la presente invención proporcionar unos dispositivos de utilidad en la reducción de la dosificación de radiaciones a un paciente durante dicha intervención quirúrgica.

Constituye un objetivo adicional de algunos aspectos de la presente invención proporcionar unos dispositivos para registrar las lecturas de las coordenadas recibidas de un dispositivo de detección de las coordenadas con una imagen radioscópica en el curso de un procedimiento quirúrgico.

Constituye un objetivo de algunos aspectos de la presente invención proporcionar un aparato para efectuar el seguimiento de una sonda médica alojada dentro de un paciente utilizando unos transductores de campo pequeños, como por ejemplo unos radiadores de campo magnético que sustancialmente no obstruyan el acceso al paciente.

Constituye un objetivo adicional de algunos aspectos de la presente invención proporcionar un aparato para efectuar el seguimiento de una sonda médica situada dentro de un paciente utilizando unos transductores de campo pequeños manteniendo al tiempo una relación elevada señal a ruido.

Constituye un objetivo de algunos aspectos de la presente invención posibilitar el seguimiento de objetos situados dentro de un paciente sobre un área ampliada, manteniendo al tiempo una alta precisión de seguimiento.

En un aspecto de la presente invención, la intervención quirúrgica puede ser guiada utilizando una imagen radioscópica de un solo plano, sin pérdida de la información de la posición tridimensional.

En un aspecto adicional de la presente invención, los dispositivos se disponen para su uso en cirugía de la columna, y en particular, para guiar una aguja por el espacio intervertebral.

Se divulga, pero no se reivindica, un procedimiento en el que un cirujano guía un instrumento quirúrgico situado dentro del cuerpo de un paciente mediante la visualización de una imagen indicativa de la posición y orientación del instrumento, superpuesta sobre y alineada con una o mas imágenes fluoroscópicas del cuerpo. Las imágenes fluoroscópicas son captadas según lo requerido durante la intervención quirúrgica, preferentemente utilizando un fluoroscopio de un solo plano, de bajo coste. El fluoroscopio es preferentemente rotado alrededor del paciente para captar y representar múltiples imágenes desde diferentes ángulos, imágenes sobre las cuales se registra simultáneamente la posición y orientación del instrumento. No se requiere un fluoroscopio biplanar costoso, con las consabidas dosis altas de radiación. Las imágenes fluoroscópicas son captadas y actualizadas en tiempo real, en el quirófano, a diferencia de las imágenes tomadas por TAC, las cuales deben ser típicamente captadas de antemano, de acuerdo con lo descrito en la publicación PCT anteriormente mencionada WO 96/08209 y en la Patente estadounidense 5,383,454.

En algunas formas de realización preferentes de la presente invención, un sistema quirúrgico comprende un instrumento alargado rígido, como por ejemplo una aguja, que tiene un extremo distal puntiagudo para su inserción dentro del cuerpo de un paciente, y un elemento de referencia, que debe ser situado en contacto con el cuerpo. El instrumento incluye un dispositivo de detección de las coordenadas, preferentemente adyacente al extremo proximal del instrumento. El elemento de referencia incluye así mismo un dispositivo de detección de las coordenadas, preferentemente similar al del instrumento, y al menos tres marcas fiduciales radioscópicas, en posiciones conocidas con respecto al dispositivo de detección situado sobre el elemento. Las marcas fiduciales son situadas para definir completamente la posición y la orientación del elemento, y, con ello, del dispositivo de detección situado sobre él, en las imágenes radioscópicas de aquél.

Preferentemente cada uno de los dispositivos de detección de las coordenadas situados en los instrumentos y dentro del elemento de referencia comprende una o más bobinas, las cuales generan unas señales eléctricas en respuesta a un campo magnético aplicado externamente generado por uno o más radiadores, por ejemplo, como se describe en la Patente estadounidense No. 5,391,199. Más preferentemente, cada uno de los dispositivos de detección comprende una pluralidad de bobinas sensibles al campo magnético, de acuerdo con lo descrito en la Publicación de Patente PCT No. WO 96/05768.

Una aguja de biopsia a la cual está fijado dicho dispositivo de detección de la posición se describe en la solicitud de Patente PCT/IL97/00058. Las señales generadas por las bobinas son procesadas, preferentemente, para determinar las coordenadas de la posición y orientación en seis dimensiones tanto del instrumento como del elemento de referencia con respecto al marco de referencia en base a un conjunto común de radiadores de campo magnético, preferentemente bobinas, situadas en proximidad al cuerpo del paciente.

Como una alternativa, puede utilizarse para la finalidad indicada cualquier tipo apropiado de dispositivo de detección de las coordenadas, incluyendo sensores, conocidos en la técnica, en base a principios mecánicos, electromagnéticos, ultrasónicos, y ópticos. En particular, pueden utilizarse unos sensores sensibles a un campo magnético de cc, de acuerdo con lo descrito en la Patente estadounidense 5,558,091.

En el contexto de la presente solicitud de patente, el término "dispositivo de detección de las coordenadas" se entenderá que designa cualquier sensor apropiado que genere señales sensibles a su posición y/u orientación, señales que son procesadas para determinar las coordenadas de un objeto al cual el sensor está fijado. Debe así mismo entenderse que, aunque en la presente memoria se describen determinadas formas de realización preferentes con referencia a los dispositivos de la posición de las coordenadas que proporcionan información tanto de la posición como de la orientación, los principios de la presente invención pueden igualmente ser aplicados utilizando aplicaciones apropiadas del dispositivo de detección que proporcionen únicamente información de la posición o únicamente información de la orientación. Así mismo, aunque en la presente memoria se describen determinadas formas de realización preferentes con referencia a los sensores situados sobre el instrumento y fijados al paciente, los cuales miden los campos a partir de los radiadores adyacentes al cuerpo, los principios de la presente invención pueden también ser aplicados mediante la colocación de unos emisores de campo sobre el instrumento y el paciente y utilizando unos receptores situados en posición adyacente al cuerpo para recibir los campos emitidos.

En determinadas formas de realización preferentes, el elemento de referencia es situado en contacto con la piel del paciente, en posición adyacente al área del cuerpo dentro de la cual se inserta el instrumento, y queda sujeto en posición preferentemente mediante pinzas o pegamento. La posición y orientación del elemento con respecto a las características anatómicas relevantes del cuerpo del paciente, se establecen mediante la obtención de una o más imágenes radioscópicas en uno o más planos, y a continuación determinando las coordenadas de las marcas fiduciales sobre el elemento de las una o más imágenes. Debe apreciarse que, dado que las posiciones relativas de las marcas fiduciales situadas sobre el elemento están predeterminadas y son conocidas, las coordenadas de las líneas incluso en un único plano de las imágenes son suficientes para determinar la escala de la imagen radioscópica y las seis dimensiones de la posición y orientación del elemento con respecto al cuerpo del paciente.

Preferentemente, las imágenes son introducidas en una computadora de procesamiento de imágenes de cualquier tipo apropiado conocido en la técnica, la cual analiza las imágenes para identificar y determinar las posiciones de las líneas. La computadora a continuación encuentra la escala de la imagen y la posición y orientación del elemento.

También preferentemente, dos imágenes fluoroscópicas son obtenidas en dos planos respectivos, genéricamente perpendiculares, para verificar la determinación de las coordenadas. Como alternativa o adicionalmente, una imagen o conjunto de imágenes TAC puede obtenerse con la finalidad indicada.

Las coordenadas de las marcas fiduciales así determinadas son utilizadas para encontrar las coordenadas de la posición y orientación de seis dimensiones basadas en imágenes del dispositivo de detección situado sobre el elemento, en base a la posición conocida del dispositivo de detección en base a las marcas. Estas coordenadas basadas en la imagen del dispositivo de detección son comparadas con las coordenadas basadas en señales de seis dimensiones, determinadas a partir de las señales generadas por el dispositivo de detección propiamente dicho, de acuerdo con lo anteriormente descrito, para registrar un sistema basado en las coordenadas, asociado con el sistema de detección de las coordenadas con un sistema de coordenadas basado en imágenes, asociado con las imágenes radioscópicas. Preferentemente, la computadora muestra la posición del elemento y del dispositivo situado sobre aquél en una o más de las imágenes.

También preferentemente, la computadora compara la distancia entre las posiciones de las marcas fiduciales de las imágenes radioscópicas con respecto a las distancias conocidas, reales, entre las marcas y determina un factor de escala de imagen en base a la comparación.

Como alternativa o adicionalmente, un dispositivo de detección de las coordenadas puede también disponerse sobre una cámara fluoroscópica que se utilice para obtener las imágenes radioscópicas, además de los dispositivos de detección de las coordenadas situados sobre el elemento de referencia y el instrumento quirúrgico, de acuerdo con lo anteriormente descrito. Las señales procedentes del dispositivo de detección situado sobre la cámara pueden utilizarse para determinar el factor de escala de las imágenes, así como para identificar el ángulo de visión de las imágenes. El sistema de detección de las coordenadas situado sobre la cámara puede soslayar la necesidad de los dispositivos de detección de las coordenadas situado sobre el elemento de referencia y sobre el instrumento quirúrgico para ofrecer sus coordenadas tanto de la posición como de la orientación.

Cuando el instrumento es introducido en el campo quirúrgico, sus coordenadas de la posición y orientación se determinan utilizando las señales generadas por el dispositivo de detección situado sobre aquél. Preferentemente, son determinadas tres coordenadas tridimensionales de la posición y dos coordenadas de elevación y del azimut angular de dos dimensiones del instrumento. (Por regla general, no es necesario conocer el ángulo de rodamiento del instrumento, esto es, la rotación alrededor de su eje). Como alternativa, pueden determinarse y utilizarse tres coordenadas tridimensionales de la posición de los sensores en dos puntos a lo largo de la extensión del instrumento para determinar la posición y orientación del instrumento.

Las coordenadas del instrumento, determinadas de esta forma, se hacen coincidir exactamente con las imágenes radioscópicas mediante referencia a las lecturas calibradas de las coordenadas mediante el dispositivo de detección situado sobre el elemento de referencia. Las coordenadas del elemento son a continuación utilizadas para determinar la posición de la punta distal del instrumento con respecto a la anatomía de paciente en base a las imágenes radioscópicas. Preferentemente, las coordenadas y dimensiones conocidas del instrumento son utilizadas por la computadora para generar una imagen del instrumento a escala y orientada adecuadamente, superpuesta sobre una o más de las imágenes radioscópicas.

Durante la intervención quirúrgica cuando se hace avanzar el instrumento por el interior del cuerpo del paciente, las señales generadas por el dispositivo de detección situado sobre el instrumento son utilizadas para efectuar el seguimiento de las coordenadas del instrumento y, preferentemente, para actualizar, de acuerdo con ello, la representación que muestra la imagen del instrumento. Preferentemente, una nueva imagen radioscópica se obtiene de cuando en cuando, y la imagen es procesada para encontrar las coordenadas de las marcas fiduciales sobre el elemento de referencia de la nueva imagen. Más preferentemente, dicha nueva imagen debe obtenerse y procesarse cuando las coordenadas de la posición y orientación del elemento derivadas del sensor se observa que cambian, o en cualquier otro momento apropiado determinado por un usuario del sistema. Las coordenadas de las marcas de la nueva imagen son comparadas con las coordenadas anteriormente determinadas. Si resulta que las coordenadas de las líneas han cambiado, las coordenadas de la posición y orientación del elemento derivadas del sensor y del instrumento se hacen de nuevo coincidir con la nueva imagen, utilizando el procedimiento anteriormente descrito. Este procedimiento se utiliza para corregir cualquier movimiento traslacional o rotacional producido dentro del sistema quirúrgico, así como con respecto a cualquier cambio de escala de la imagen radioscópica que se obtenga y represente.

En algunas formas de realización preferentes, las imágenes radioscópicas obtenidas inmediatamente antes y / o durante un procedimiento quirúrgico se hacen coincidir con las imágenes TAC del cuerpo del paciente anteriormente obtenidas. Antes de la obtención de las imágenes TAC, el elemento de referencia se fija al cuerpo del paciente en una posición deseada, de acuerdo con lo anteriormente descrito, de forma que las marcas fiduciales situadas sobre el elemento aparezcan en las imágenes TAC. El elemento de referencia permanece fijado al cuerpo en esta posición durante el procedimiento quirúrgico. Las coordenadas derivadas de las imágenes de las marcas fiduciales de las imágenes radioscópicas son comparadas con las correspondientes coordenadas derivadas de las imágenes de las imágenes TAC, con el fin de registrar las imágenes radioscópicas y TAC.

Preferentemente, en base a este registro de imágenes, las imágenes TAC son rotadas y/o cambiadas de escala, de acuerdo con técnicas conocidas, para alinear las imágenes TAC con las imágenes radioscópicas. Así mismo, la información de las imágenes TAC tridimensionales, rotadas y/o cambiadas de escala de la forma expuesta, pueden ser proyectadas sobre el plano de la imagen radioscópica y superpuestas sobre la imagen radioscópica o representadas a lo largo de ella. Adicionalmente o como alternativa, las coordenadas del instrumento y/o una imagen del instrumento puede ser representada sobre una imagen por TAC apropiada.

En algunas formas de realización preferentes, el instrumento está sujeto en una guía ajustable que alinea el eje largo del instrumento con una trayectoria lineal deseada de penetración dentro del cuerpo del paciente. Por ejemplo, dentro de uno de los espacios intervertebrales. La guía, de acuerdo con técnicas conocidas, posibilita que se haga avanzar el instrumento únicamente a lo largo de esta trayectoria lineal, aunque la trayectoria puede ajustarse en caso necesario. Los procedimientos anteriormente descritos para determinar y registrar las coordenadas de la posición y orientación del instrumento son utilizados en el ajuste de la guía con respecto a la trayectoria deseada.

En otras formas de realización preferentes, la trayectoria de penetración lineal deseada es marcada por el usuario con referencia a las una o más imágenes radioscópicas, por ejemplo, mediante la introducción en la computadora de las coordenadas de puntos a lo largo de la trayectoria. Preferentemente, la computadora marca la trayectoria sobre la imagen, y muestra la posición del instrumento con respecto a la trayectoria. También preferentemente, la computadora emite una alarma si el instrumento se desvía de la trayectoria en más de una predeterminada tolerancia y/o presenta una señal visual para indicar la dirección correcta en la cual el instrumento debe se desplazado.

Debe apreciarse que las formas de realización preferentes anteriormente descritas posibilitan que un cirujano inserte y manipule un instrumento dentro del cuerpo de un paciente bajo la guía visual de una imagen radioscópica del cuerpo que incluye una representación precisa, continuamente actualizada del instrumento. La imagen radioscópica es obtenida durante la intervención quirúrgica y puede ser actualizada a voluntad. En procedimientos conocidos en la técnica, por el contrario, la guía visual se proporciona, en el caso de que se proporcione, utilizando imágenes radioscópicas o por TAC previamente obtenidas. Dichas imágenes no pueden mostrar los cambios que se producen dentro del cuerpo del paciente. Así mismo, si el registro o el cambio de escala adecuado de las imágenes anteriormente adquiridas resulta perturbado, por ejemplo, mediante la desalineación mecánica de los elementos del sistema, el procedimiento debe por regla general interrumpirse con el fin de proceder al recalibrado.

Así mismo, los procedimientos divulgados pueden ser llevados a la práctica utilizando un equipamiento fluoroscópico ordinario que existe ya en muchos quirófanos. La imagen y las coordenadas del instrumento son actualizadas, de acuerdo con lo anteriormente descrito, con una interferencia mínima con el procedimiento quirúrgico, y con otro equipamiento existente en el quirófano, y con una dosis de radiación mínima al paciente. La presente invención posibilita también que el cirujano visualice las imágenes de la anatomía del paciente y del instrumento que está siendo insertado en dos planos de imágenes perpendiculares entre sí. Con arreglo a los procedimientos conocidos en la técnica, normalmente deben utilizarse para la finalidad indicada unos fluoroscopios especiales biplanares, que son voluminosos, costosos y que exponen al paciente a unas dosis de radiación mayores.

De acuerdo con otro aspecto divulgado, pero no reivindicado, la intervención quirúrgica se lleva a cabo utilizando uno o más transductores de campos magnéticos en miniatura, preferentemente unos radiadores, que son susceptibles de desplazamiento con respecto al paciente. Dichos radiadores en miniatura en general no interfieren con las acciones del cirujano, y pueden ser desplazados durante la intervención quirúrgica de las posiciones que interfieran con el cirujano, sin perturbar la determinación de la posición.

En la solicitud de Patente PCT/US97/02440, la cual está transferida al cesionario de la presente solicitud y se corresponde con su documento prioritario, un radiador que incluye uno o más transductores de campo en miniatura, es situado en las inmediaciones de un paciente. El radiador es pequeño y no obstruye sustancialmente el acceso de un cirujano al cuerpo del paciente. Sin embargo, el radiador tiene un volumen de detección pequeño debido al tamaño miniatura de los transductores. Por consiguiente, el documento PCT/US97/02440 propone la utilización de un radiador amovible que pueda ser recolocado durante la intervención quirúrgica. Uno o más elementos de referencia son fijados al cuerpo del paciente. Los elementos de referencia se utilizan por regla general para alinear la posición de un instrumento o sonda quirúrgicos con el cuerpo. Así mismo, cuando el radiador es desplazado, los elementos de referencia son necesarios con el fin de establecer la posición del radiador con respecto al cuadro de referencia del cuerpo del paciente.

En algunas formas de realización preferentes divulgadas, pero no reivindicadas, el procedimiento de la solicitud PCT anteriormente mencionada, PCT/US97/02440 resulta mejorado para posibilitar un uso más preciso, rápido y flexible de los radiadores transductores. Una pluralidad de elementos de referencia, preferentemente acoplados con marcas fiduciales, son situados sobre el cuerpo del paciente. Los elementos de referencia incluyen unos dispositivos en miniatura de detección de las coordenadas, en relación con lo anteriormente descrito. Las marcas fiduciales posibilitan que las posiciones de los elementos de referencia sean visualizadas en imágenes tomadas del cuerpo, de acuerdo con lo anteriormente descrito, incluyendo tanto imágenes obtenidas por TAC antes del procedimiento quirúrgico como imágenes radioscópicas fluoroscópicas obtenidas durante el procedimiento. Los elementos de referencia son situados sobre el cuerpo con una densidad suficiente de forma que, para cada posición deseada del radiador con respecto al cuerpo, al menos uno de los elementos de referencia esté situado dentro del volumen de detección del radiador.

Preferentemente, los elementos de referencia y las marcas fiduciales son situados sobre una correa, que se extiende a lo largo del cuerpo del paciente. Preferentemente, las marcas fiduciales son montadas sobre los elementos de referencia o son situadas en puntos fijos con respecto a los elementos de referencia, de forma que es fácil registrar los elementos de referencia sobre imágenes del cuerpo.

Como alternativa o adicionalmente, la correa tiene la suficiente rigidez para mantener una forma sustancialmente fija cuando es situada sobre el cuerpo, y los elementos de referencia son fijados en puntos fijos con respecto a la correa. Tres o más marcas fiduciales son fijadas a la correa. Tres o más marcas fiduciales son fijadas a la correa en posiciones apropiadas para registrar los elementos de referencia sobre una imagen tomada del cuerpo y los elementos de referencia.

Durante la intervención quirúrgica, los radiadores y/o el paciente son desplazados según se requiera. Cada vez que se determina la posición del instrumento quirúrgico, la posición de al menos un elemento de referencia también se determina, para registgrar la posición del instrumento dentro de un marco de referencia fijado sobre el cuerpo, mediante la comparación de la determinación de la posición del instrumento con la de los elementos de referencia. Debido a la rapidez de la velocidad de la determinación de la posición, el seguimiento de la posición continúa de forma sustancialmente ininterrumpida incluso cuando el radiador está en movimiento.

Preferentemente, cada vez que los radiadores o el paciente son desplazados, y/o periódicamente, con independencia de los movimientos del radiador, las señales procedentes de todos los elementos de referencia son comparadas para encontrar el elemento que ofrece la señal más intensa. La posición de este elemento de referencia se determina y se utiliza para registrar la posición del instrumento durante el seguimiento de la posición. Preferentemente, la posición del instrumento derivada de esta manera se utiliza para registrar una imagen del instrumento, ya sea sobre una imagen radioscópica fluoroscópica, de acuerdo con lo anteriormente descrito, o bien sobre una imagen previamente obtenida, como por ejemplo tomada mediante un escaneo por un TAC o una RMN.

En algunas formas de realización preferentes divulgadas, pero no reivindicadas, los volúmenes de detección de los radiadores son indicados sobre las imágenes del cuerpo o de cualquier otra manera apropiada. Preferentemente, el volumen de detección de cada radiador se indica separadamente. Por ejemplo, cada volumen de detección puede ser indicado mediante un color diferente, el cual también se marca preferentemente sobre el respectivo radiador mismo. Preferentemente, la indicación del volumen de detección de cada radiador es actualizada cada vez que el radiador es desplazado. También preferentemente, el cirujano puede fijar un nivel de resolución deseado, y el volumen de detección se determina de acuerdo con ello y se indica sobre las imágenes.

Preferentemente, antes de la intervención quirúrgica, el sistema de determinación de la posición es calibrado mediante la determinación secuencial de las posiciones de los elementos de referencia con respecto al cuerpo. Preferentemente, se obtiene una imagen del cuerpo que incluye los elementos de referencia fijados al cuerpo, por ejemplo, mediante producción de imágenes TAC, RMN o radioscópicamente, y las posiciones de los elementos de referencia son registradas sobre la imagen.

Debe apreciarse que, aunque en la presente memoria se describen determinadas formas de realización divulgadas preferentes con referencia a determinados tipos de procedimientos quirúrgicos, por ejemplo, el tratamiento de los discos intervertebrales, los principios pueden ser aplicados igualmente a procedimientos de otro tipo, como pueden ser otros procedimientos ortopédicos y neuroquirúrgicos. En la presente memoria se divulga un procedimiento para una cirugía de guía radioscópica, que incluye: la colocación de un elemento de referencia, al cual se fija un dispositivo de detección de las coordenadas de referencia, sobre el cuerpo de un paciente, la obtención de una imagen radioscópica de un cuerpo, incluyendo el elemento, durante la intervención quirúrgica, el procesamiento de la imagen para determinar las coordenadas basadas en la imagen del dispositivo de detección de las coordenadas de referencia, la recepción y procesamiento de señales procedentes del dispositivo de detección de las coordenadas de referencia para determinar sus coordenadas basadas en las señales, y el registro de las coordenadas basadas en la imagen y basadas en las señales para determinar una transformación de coordenadas entre ellas.

Preferentemente, el registro de las coordenadas para determinar una transformación de coordenadas, incluye la determinación de un factor de escala de imagen.

El procedimiento divulgado incluye la determinación de las coordenadas de una cámara radioscópica utilizada para obtener la imagen radioscópica, en el que la determinación del factor de escala de imagen incluye la comparación de las coordenadas de la cámara con las coordenadas del dispositivo de detección de las coordenadas de referencia.

Preferentemente, el procedimiento incluye la determinación de un ángulo de visión de la cámara con respecto al cuerpo, en base a las coordenadas de la cámara.

Preferentemente, la recepción y procesamiento de las señales procedentes del dispositivo de detección de las coordenadas de referencia para determinar sus coordenadas basadas en las señales incluyen la determinación de las coordenadas de la orientación y posición en seis dimensiones.

Preferentemente, el procedimiento incluye la aproximación de un instrumento quirúrgico, al cual se fija un dispositivo de detección de las coordenadas del instrumento, en las inmediaciones del cuerpo del paciente, la recepción y procesamiento de las señales procedentes del dispositivo de detección de las coordenadas del instrumento para determinar sus coordenadas en base a sus señales, y la determinación de las coordenadas basada en la imagen del instrumento mediante la aplicación de la transformación de coordenadas a las coordenadas basadas en señales del dispositivo de detección de las coordenadas del instrumento.

Preferentemente, el procedimiento incluye la representación de la imagen y el registro de una representación del instrumento situado sobre ella utilizando las coordenadas del instrumento basadas en la imagen.

Preferentemente, la obtención de la imagen radioscópica incluye la obtención de una pluralidad de imágenes desde ángulos de visión diferentes con respecto al cuerpo, y en la que la representación de la imagen y el registro de la representación del instrumento incluido en aquella incluye el registro de una representación del instrumento adecuadamente orientada en al menos dos de la pluralidad de imágenes.

Preferentemente, el procedimiento incluye la designación de unas coordenadas basadas en la imagen de un punto existente dentro del cuerpo elegido como objetivo, y la determinación y representación de una trayectoria lineal a lo largo de la cual se hace avanzar el instrumento para alcanzar el punto elegido como objetivo.

Preferentemente, el procedimiento incluye la designación de unas coordenadas basadas en la imagen de un punto elegido como objetivo situado dentro del cuerpo y la determinación de una trayectoria lineal a lo largo de la cual se hace avanzar hasta el punto elegido como objetivo.

Preferentemente, el procedimiento incluye el avance del instrumento dentro del cuerpo y la comparación de las coordenadas del instrumento con la trayectoria lineal para detectar una desviación del instrumento respecto de la trayectoria.

Preferentemente, el procedimiento incluye la provisión de una indicación para un usuario del instrumento cuando la desviación detectada excede una tolerancia predeterminada.

Preferentemente, la provisión de la indicación al usuario incluye la emisión de una alarma

Preferentemente, el procedimiento incluye la corrección de la trayectoria lineal en respuesta a la desviación.

Preferentemente la recepción y procesamiento de las señales procedentes de los dispositivos de detección de las coordenadas del instrumento y de la referencia, incluye la recepción y procesamiento de las señales generadas por los dispositivos en respuesta a un campo magnético común.

Preferentemente, el procesamiento de la imagen para determinar las coordenadas basadas en la imagen del sensor de la referencia-posición incluye la localización de los emplazamientos de la imagen de las marcas fiduciales situadas sobre el elemento de referencia.

Preferentemente, la obtención de la imagen radioscópica incluye la obtención de una secuencia de imágenes durante la intervención quirúrgica, e incluyendo el procesamiento de la imagen para determinar las coordenadas basadas en la imagen el procesamiento de al menos dos imágenes de la secuencia para determinar las respectivas coordenadas basadas en la imagen en base a cada una de las al menos dos imágenes.

Preferentemente, el procedimiento incluye la obtención de una imagen TAC del cuerpo después de la colocación del elemento de referencia sobre el cuerpo, y la alineación de la imagen TAC con la imagen radioscópica mediante la localización de las coordenadas del elemento de las imágenes TAC y radioscópicas.

También se divulga, pero no se reivindica, un procedimiento de seguimiento de un objeto dentro de un cuerpo, incluyendo la fijación de una pluralidad de dispositivos de detección de las coordenadas de referencia al cuerpo y al menos un dispositivo de detección de las coordenadas del objeto sobre el objeto, el registro de las posiciones de la pluralidad de los dispositivos de detección de las coordenadas de referencia dentro de un marco de referencia fijado al cuerpo, la selección de al menos un dispositivo entre la pluralidad de dispositivos de detección de las coordenadas de referencia en proximidad al objeto, y la recepción y procesamiento de las señales procedentes de el al menos un dispositivo de detección de las coordenadas de referencia seleccionadas y del dispositivo de detección de las coordenadas del objeto par determinar las coordenadas del objeto basadas en las señales y del dispositivo de referencia seleccionado para registrar las coordenadas del objeto con respecto al cuerpo.

Preferentemente, la fijación de la pluralidad de dispositivos de referencia incluye la fijación de unos dispositivos de tal forma que, sustancialmente en cada punto de un área de interés dentro o sobre el cuerpo, al menos un dispositivo esté dentro de un radio de acción predeterminado del punto.

Preferentemente, la recepción de las señales incluye la recepción de señales sensibles a la intensidad de un campo transmitido por o que incide al menos sobre un transductor de campo cercano al cuerpo, y determinándose el radio de acción predeterminado de acuerdo con un volumen de detección del transductor de campo, dentro del cual puede determinarse el volumen de las coordenadas de los dispositivos de detección de las coordenadas hasta un grado de precisión deseado.

Preferentemente, el volumen de detección tiene una extensión sustancialmente menor que la del área de interés.

Preferentemente, la fijación de una pluralidad de dispositivos de referencia incluye la fijación de al menos una correa que comprende la pluralidad de dispositivos de detección.

Preferentemente, la fijación de al menos una correa incluye una fijación de una correa sustancialmente rígida.

Preferentemente, la selección de al menos uno de los dispositivos de referencia incluye la determinación de los dispositivos de referencia que proporcionan el registro de las coordenadas del objeto hasta un grado de precisión deseado.

Preferentemente, la recepción de las señales incluye la recepción de las señales sensibles a la intensidad de un campo transmitido por o que incide sobre un transductor de campo, y la determinación de los dispositivos de referencia que proporcionan el registro con el grado de previsión deseado incluye la medición de la intensidad de las señales recibidas a partir del al menos uno de los dispositivos de referencia.

Preferentemente, la selección de al menos uno de los dispositivos de referencia incluye la comparación de las intensidades de las señales recibidas de dos o más de entre la pluralidad de dispositivos de referencia.

Preferentemente, la selección de al menos uno de los dispositivos de referencia incluye la repetición periódica de la etapa de selección de al menos uno de los dispositivos de referencia.

Preferentemente, la recepción de las señales incluye la transmisión y recepción de campos de energía entre al menos uno de los dispositivos y un transductor de campo situado en las inmediaciones del cuerpo.

Preferentemente, el procedimiento incluye el cambio de una disposición relativa entre el transductor de campo y el cuerpo, en el que la selección de al menos uno de los dispositivos de referencia incluye la selección sensible a los campos de la disposición relativa entre el transductor de campo y el cuerpo.

Preferentemente, el objeto incluye un instrumento quirúrgico.

Preferentemente, el registro de las posiciones de la pluralidad de dispositivos de referencia incluye la obtención de una imagen del cuerpo que incluye dos o más de la pluralidad de dispositivos de detección de las coordenadas de referencia.

Preferentemente, el registro de la posición incluye el procesamiento de la imagen para determinar las coordenadas basadas en la imagen de dos o más de los dispositivos.

Preferentemente, el procedimiento incluye la fijación de una pluralidad de marcas fiduciales al cuerpo en puntos fijos con respecto a los dispositivos de referencia.

Preferentemente, la determinación de las coordenadas basadas en la imagen de los dispositivos de referencia incluye el registro de las posiciones de los dispositivos con respecto a las coordenadas basadas en la imagen de las marcas fiduciales.

Preferentemente, la recepción de las señales incluye la transmisión y recepción de campos no ionizantes.

Preferentemente, el procedimiento incluye la representación de un mapa de unas áreas que están incluidas dentro del volumen de detección de al menos un transductor de campo.

Preferentemente, el procedimiento incluye la elaboración de una imagen del cuerpo y en el que la representación del mapa incluye la superposición del mapa sobre la imagen.

Se divulga también un procedimiento adicional de seguimiento y un objeto dentro de un cuerpo que incluye la colocación de al menos un transductor de campo, que tiene un volumen de detección, en las inmediaciones del cuerpo, la determinación de la posición del al menos un transductor de campo, la representación de un mapa que muestra el volumen de detección de al menos un transductor de campo dentro de un cuerpo, y el control del seguimiento del cuerpo en respuesta al mapa.

Preferentemente, el control del seguimiento incluye el desplazamiento de al menos un transductor de campo sensible al mapa, para potenciar al máximo el seguimiento del objeto.

Preferentemente, la determinación de la posición del al menos un transductor de campo incluye la determinación de la posición de al menos un transductor de campo con respecto a un dispositivo de referencia fijado al cuerpo.

Preferentemente, el procedimiento divulgado incluye la elaboración de una imagen del cuerpo, en el que la representación del mapa incluye la superposición del mapa sobre la imagen.

Preferentemente, el desplazamiento de al menos un transductor incluye al menos el desplazamiento de un transductor de campo de forma que el objeto quede situado dentro del volumen de detección.

Preferentemente, la colocación del al menos un transductor de campo incluye la colocación de una pluralidad de transductores de campo, y la representación del mapa incluye la asociación de cada transductor de campo con un área del mapa incluida en su respectivo volumen de detección.

También como una divulgación adicional más, que no se reivindica, se dispone una correa de sensor de referencia para el registro de la información de la posición, incluyendo una banda que puede fijarse al cuerpo del paciente y una pluralidad de sensores de referencia montados sobre la banda.

Preferentemente, la correa incluye una pluralidad de marcas fiduciales situadas en posiciones fijas con respecto a los sensores de referencia.

Se dispone, de acuerdo con la presente invención, un sistema para la determinación de la posición de un objeto situado dentro de un cuerpo de un paciente, que incluye un sensor de la posición, que está destinado a su acoplamiento sobre el objeto, una pluralidad de sensores de referencia, que están destinados a su fijación al cuerpo, un transductor de campo amovible, que está destinado a la transmisión de campos hacia o la recepción de campos desde el sensor de la posición y de los sensores de referencia; y un procesador, destinado a la selección de al menos uno de los sensores de referencia situado en las inmediaciones del objeto y para la determinación de las coordenadas del sensor de la posición con respecto al sensor de referencia seleccionado, con independencia del desplazamiento del transductor de campo con respecto al paciente.

Preferentemente, el procesador está adaptado periódicamente para seleccionar el al menos un sensor de referencia para posibilitar la determinación precisa de la posición del objeto con respecto al sensor de referencia seleccionado.

Preferentemente, el sensor está adaptado para seleccionar el al menos un sensor de referencia mediante la transmisión de campos que generan unas señales en los sensores, y la comparación de las intensidades de las señales de los sensores.

Preferentemente, el sistema incluye un dispositivo de producción de imágenes para producir una imagen sobre la cual se registran las coordenadas determinadas.

Preferentemente, el procesador está adaptado para indicar un volumen de detección del transductor de campo sobre la imagen.

Preferentemente, el sistema incluye una banda que puede fijarse al cuerpo del paciente, en el que la pluralidad de sensores de referencia están montados sobre la banda. Preferentemente, el transductor de campo incluye un radiador.

Preferentemente, el transductor de campo incluye un pequeño transductor que no obstruye sustancialmente los movimientos de un cirujano.

Preferentemente, el sensor de la posición y los sensores de referencia incluyen unos sensores de campos magnéticos.

Preferentemente, el objeto incluye un instrumento quirúrgico.

Se divulga también, un sistema para la determinación de la posición de un objeto situado sobre un cuerpo de un paciente, que incluye un sensor de la posición para su acoplamiento al objeto, al menos un sensor de referencia para su fijación al cuerpo, uno o más transductores de campo que tienen unos volúmenes de detección respectivos para la transmisión de campos hacia o la recepción de campos desde el sensor de la posición y del sensor de referencia, y un procesador, el cual determina la disposición del objeto y las posiciones de los transductores de campo sensibles a los campos transmitidos e indica los volúmenes de detección de los transductores de campo sensibles a las posiciones.

Preferentemente, el procesador representa un mapa de los volúmenes de detección.

Preferentemente, el mapa está superpuesto sobre una imagen del cuerpo.

También se divulga, un aparato de cirugía para una guía radioscópica, que incluye un elemento de referencia, el cual está situado en contacto con el cuerpo de un sujeto, comprendiendo dicho elemento un dispositivo de detección de las coordenadas de referencia, en una posición fijada predeterminada sobre aquél, un fluoroscopio, para la formación de al menos una imagen radioscópica del cuerpo, incluyendo el elemento de referencia, y una computadora, que recibe señales procedentes de los dispositivos de recepción de las coordenadas de referencia y procesa las señales para determinar sus coordenadas en base a sus señales, y que analiza la imagen para derivar un sistema de coordenadas basadas en la imagen y para encontrar una transformación para registrar las coordenadas basadas en las señales y el sistema de coordenadas basado en la imagen.

Preferentemente, el elemento de referencia incluye una pluralidad de marcas fiduciales situadas en posiciones fijas predeterminadas sobre aquél, y analizando la computadora la imagen para encontrar las coordenadas de las marcas basadas a la imagen para derivar el sistema de coordenadas basado en la imagen.

Preferentemente, el aparato divulgado incluye un instrumento quirúrgico, que tiene un extremo distal para su inserción dentro del cuerpo, y que incluye un dispositivo de detección de las coordenadas del instrumento fijadas al instrumento, en el que la computadora recibe las señales procedentes del dispositivo de detección de las coordenadas del instrumento y aplica la transformación a las señales para determinar las coordenadas basadas en la imagen del instrumento quirúrgico.

Preferentemente, el aparato incluye una pantalla, activada por la computadora, pantalla sobre la cual se muestra al menos una imagen radioscópica con una representación del instrumento superpuesta sobre aquél, en el que la representación se hace alinea con la imagen basada en las coordenadas del instrumento basadas en la imagen.

Preferentemente, el aparato incluye un marco, que guía el instrumento a lo largo de una trayectoria predeterminada por dentro del cuerpo, en el que el cuadro está ajustado para responder a las variaciones de las coordenadas del instrumento basadas en la imagen.

Preferentemente, la al menos una imagen radioscópica incluye una pluralidad de imágenes radioscópicas, constituidas por el fluoroscopio desde al menos dos ángulos diferentes con respecto al cuerpo.

Preferentemente, el aparato incluye un dispositivo de detección de las coordenadas fijos al fluoroscopio, para la determinación de la posición del fluoroscopio con respecto al cuerpo.

Preferentemente, al menos uno de los dispositivos de detección de las coordenadas incluye una bobina, la cual genera unas señales en respuesta a un campo magnético externamente aplicado.

Preferentemente, al menos un dispositivo de detección de las coordenadas incluye una pluralidad de bobinas no concéntricas.

Preferentemente, el aparato incluye uno o más generadores de campo magnético, los cuales aplican unos campos magnéticos a las bobinas.

La presente invención se comprenderá de forma más acabada a partir de la descripción detallada subsecuente de sus formas de realización preferentes, tomadas en combinación con los dibujos, en los cuales:

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1A es una vista lateral esquemática de un elemento de referencia quirúrgico que incluye unas marcas fiduciales y un dispositivo de detección,

la Fig. 1B es una vista esquemática desde arriba del elemento mostrado en la Fig. 1A;

la Fig. 2 es una ilustración esquemática de un sistema quirúrgico, que incluye el elemento de la Fig. 1,

la Fig. 3 es una representación esquemática de una imagen radioscópica, que incluye determinados elementos del sistema de la Fig. 2,

la Fig. 4 es una representación esquemática de una imagen radioscópica antero-posterior, que incluye de forma similar determinados elementos del sistema de la Fig. 2; y

la Fig. 5 es una representación esquemática de una imagen de vídeo fluoroscópica de pantalla dividida, que ilustra una producción de imágenes simultáneas en doble plano,

la Fig. 6 es una ilustración esquemática de un sistema quirúrgico, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención;

la Fig. 7 es una vista en perspectiva de una correa de un sensor de referencia de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención;

la Fig. 8 es una ilustración esquemática de un sistema quirúrgico, de acuerdo con otra forma de realización preferente adicional de la presente invención; y

la Fig. 9 es una representación esquemática de una imagen radioscópica que incluye determinados elementos del sistema de la Fig. 8, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención.

Descripción detallada de determinadas formas de realización preferentes

A continuación se hace referencia a las Figs. 1A y 1B, las cuales ilustran esquemáticamente un elemento de referencia 20, en vistas desde arriba y lateral, respectivamente, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención. El elemento 20 preferentemente comprende un disco de material plástico 26, el cual es, como máxima preferencia, transparente tanto a la luz visible como a los rayos X. Una pluralidad de marcas metálicas fiduciales 22a, 22b y 22c, de acuerdo con técnicas conocidas, están incrustadas dentro del disco 26. Un dispositivo 24 de detección de la posición y la orientación, con una marca fiducial adicional 23 encima o adyacente al dispositivo de detección, está incrustado o fijado de modo similar al elemento 20. Preferentemente, el dispositivo 24 está fabricado de forma que una porción del dispositivo, por ejemplo, una bobina, como se describirá más adelante, pueda ella misma servir como marca 23. Las posiciones de las marcas fiduciales 22a, 22b, 22c y 23 y del dispositivo 24 situados sobre el elemento 20, y por tanto las distancias entre cada par de marcas y entre cada marca y el dispositivo 24, son predeterminadas y conocidas.

Preferentemente, el dispositivo 24 comprende una pluralidad de bobinas de sensor no concéntricas, de acuerdo con lo descrito en la publicación de Patente PCT número WO 96/05768. Las bobinas generan unas señales en respuesta a un campo magnético externamente aplicado, como se describirá más adelante. Estas señales son procesadas para determinar las coordenadas de la posición y orientación en seis dimensiones del dispositivo 24 y por tanto del elemento 20 al cual está fijado el dispositivo.

Como una alternativa, el dispositivo 24 puede comprender cualquier tipo apropiado de sensor de la posición conocido en la técnica, siempre que pueda utilizarse para determinar las coordenadas en seis dimensiones del elemento 20 con la suficiente precisión para su uso en cirugía, de acuerdo con lo descrito más adelante.

Como se muestra en las Figs. 1A y 1B, el elemento 20 incluye tres marcas fiduciales 22a, 22b y 22c, junto con la marca adicional 23, aunque puede utilizarse cualquier pluralidad apropiada de marcas. Las marcas fiduciales tienen unas formas individuales u otras características, que difieren entre sí, de forma que cada una de las marcas puede ser fácilmente individualizada. Preferentemente, el elemento 20 incluye al menos tres marcas, para definir completamente un sistema de coordenadas en el que, por ejemplo, las marcas definan el plano X-Y y una escala de origen y distancia en aquél. También preferentemente, el elemento 20 tiene unas indentaciones 27 adyacentes a cada una de las marcas 22 y 23. Las indentaciones 27 tienen el tamaño preciso para recibir el extremo de un instrumento que tiene un sensor de la posición sobre él, por ejemplo, la aguja 36, como se describirá más adelante, de forma que el sensor de la posición situado sobre el instrumento pueda ser calibrado con respecto a las calibraciones de las marcas 22 y 23.

Aunque el elemento 20 está convenientemente diseñado en forma de disco, como se muestra en las Figs. 1A y 1B, puede utilizarse cualquier elemento apropiadamente conformado. Preferentemente el elemento 20 debe conformarse y/o fijarse fácilmente a una parte del cuerpo de un paciente contra el cual va a ser colocado.

A continuación se hace referencia a la Fig. 2, que ilustra el uso del elemento 20 como parte de un sistema 30 para la cirugía de la columna, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención. El elemento 20 es fijado a la espalda de un paciente 32, preferentemente pegando el elemento a la piel del paciente. El elemento es situado adyacente a un espacio intervertebral 34 de la espalda del paciente dentro del cual va a ser insertada una aguja 36, por ejemplo, con la finalidad de aspirar un disco roto, pero no en una posición que pueda interferir con el acceso de la aguja al espacio. Preferentemente, la aguja 36 queda retenida con una guía 38 de la aguja, conocida en la técnica, la cual posibilita que el punto en el cual el extremo distal de la aguja 36 va a penetrar en la piel y el ángulo de su penetración se fijen y mantengan con precisión.

Un dispositivo 40 de detección de la posición y orientación, similar al dispositivo 24 situado sobre el elemento 20 está fijado al extremo proximal de la aguja 36. Unas bobinas 42 generadoras de campo magnético están situadas sobre o adyacentes a una cama 44 sobre la cual está tendido el paciente 32. Las bobinas 42 generadoras de campo generan unos campos magnéticos de tiempo variable a diferentes frecuencias, bajo el control del circuito de excitación 46 de acuerdo con lo descrito en la publicación PCT anteriormente mencionada. Estos campos provocan que las bobinas sensoras de los dispositivos 24 y 40 generen unas señales eléctricas, sensibles a las posiciones y orientaciones respectivas de los dispositivos con respecto a las bobinas 42. Estas señales son recibidas por una computadora 48, la cual las analiza para determinar las coordenadas relativas de la orientación y posición en seis dimensiones de los dispositivos 24 y 40, con respecto a un marco común de referencia, definido por las bobinas 42 generadoras de
campo.

Como una alternativa, la aguja 36 puede incluir una o más bobinas sensoras, preferentemente del tipo descrito en la Patente estadounidense No. 5,391,199 anteriormente mencionada, fijadas a lo largo de la extensión de la aguja. Por ejemplo, la aguja puede tener dos bobinas del tipo indicado en emplazamientos predeterminados separados entre sí. Las señales generadas por estas bobinas sensoras en respuesta al campo magnético son analizadas por la computadora para determinar las coordenadas de la posición en tres dimensiones de cada una de las bobinas sensoras. Las coordenadas de la posición de las dos bobinas sensoras son adoptadas conjuntamente para determinar las coordenadas de la posición tridimensionales y de la elevación y del azimut angular dimensional de la aguja 36 con respecto al marco de referencia definido por las bobinas 42 generadoras de campo. Por regla general no es necesario conocer el ángulo de rodamiento de la aguja (rotación alrededor de su propio eje).

Preferentemente, la computadora 48 controla múltiples aspectos del sistema 30, incluyendo la circuitería de excitación 46, y lleva a cabo las funciones de procesamiento de la imagen, como se describirá más adelante. La computadora preferentemente recibe también la entrada procedente de los controles de interfaz de usuario 50 y activa una pantalla 52, y puede estar acoplada a una impresora, a una unidad de disco u otros dispositivos periféricos apropiados conocidos en la técnica.

El sistema 30 incluye también un fluoroscopio 54, de un tipo conocido en la técnica, que comprende un tubo radioscópico, igual irradia al paciente 32 desde un lado de su cuerpo, y un intensificador de imagen 56/cámara sobre el lado opuesto. Cualquiera de los múltiples fluoroscopios existentes pueden ser utilizados con la finalidad indicada. El fluoroscopio 54 no necesita estar especialmente adaptado para su uso en el marco del sistema 30, excepto porque una señal de vídeo u otra señal de imagen apropiada está conectada a la computadora 48. El tubo radioscópico no se muestra en la Fig. 2, ya que está en posición adelantada respecto al plano de la figura. Preferentemente, el tubo y el intensificador 56 pueden estar situados en cualquier posición conveniente con respecto al paciente 32, por ejemplo, el tubo por debajo y la pantalla por encima del paciente, para captar imágenes fluoroscópicas desde cualquier ángulo deseado. Estas imágenes se muestran mediante la pantalla 52 ya sea de una en una o en una pantalla dividida o en una combinación multipantalla, como se describirá más adelante. Opcionalmente, un dispositivo adicional 55 de detección de las coordenadas está fijado al fluoroscopio 54 y está acoplado a la computadora 48 para la determinación de la distancia y/o del ángulo de visión del fluorosocopio con respecto al elemento de referencia 20 y al paciente 32.

La Fig. 3 es una ilustración esquemática de una imagen fluoroscópica lateral 60, tal como se muestra mediante la pantalla 52 tras su procesamiento por la computadora 48. La imagen 60 incluye las vértebras 64 junto con los puntos de referencia 62a, 62b, 62c y 63, que se corresponden respectivamente con las marcas fiduciales 22a, 22b, 22c y 23 situadas sobre el elemento 20, cuya posición general se indica mediante unas líneas de puntos que conectan los puntos 62a, 62b y 62c. Se determinan las coordenadas bidimensionales de los puntos 62a, 62b, 62c y 63 de la imagen 60, utilizando procedimientos de procesamiento de imágenes conocidos en la técnica, y se utilizan para determinar el emplazamiento y la orientación angular del elemento 20. Las coordenadas relativas de estos puntos son comparadas con las posiciones conocidas de las marcas 22 situadas sobre el elemento 20 para encontrar un factor de escala de la imagen 60 y para localizar las coordenadas de seis dimensiones basadas en la imagen del dispositivo 24. El dispositivo 24 no se muestra en la Fig. 3, pero sus coordenadas se indican mediante los ejes pseudotridimensionales 66.

Las coordenadas basadas en la imagen del dispositivo 24 son comparadas con las coordenadas en seis dimensiones del dispositivo, según se determina mediante la computadora 48 en base a las señales sensibles al campo magnético generadas por el dispositivo. Una transformación de coordenadas, por ejemplo, una matriz de transformación, se determina para registrar las coordenadas basadas en las señales con las coordenadas basadas en la imagen y para transformar las coordenadas de un sistema de coordenadas al otro. Normalmente, el elemento 20 no se desplaza durante un procedimiento quirúrgico, de forma que la señal - y las coordenadas basadas en la imagen - permanecerán perfectamente alineadas. La transformación se aplica para transformar las coordenadas basadas en las señales del dispositivo 40 situado sobre la aguja 36 (mostrada en la Fig. 2) con la imagen 60. Las coordenadas del dispositivo 40 se indican mediante los ejes 68 de la imagen 60, como se muestra en la Fig. 3. Si se desea, puede fijarse un sensor de la posición adicional directamente sobre el paciente 32, para verificar, en caso necesario, que la alineación de las coordenadas no se ha modificado.

Preferentemente, la computadora 48 superpone sobre la imagen 60 una representación 70 generada por computadora de la aguja 36 o, como una alternativa, una representación o una marca de cursor indicativa solo de la punta de la aguja. La representación 70 mostrará con precisión la aguja 36 dentro de la imagen 60, dado que la representación está situada, orientada y cambiada de escala en la imagen de acuerdo con la transformación de coordenadas conocida, determinada de acuerdo con lo anteriormente descrito. Cuando se hace avanzar la aguja 36 por el interior del espacio intervertebral 34, la computadora 48 recibe continuamente señales del dispositivo 40 y actualiza su determinación de las coordenadas del dispositivo basada en las señales. Esta determinación se utiliza para actualizar la representación 70 dentro de la imagen 60, para mostrar su verdadera posición, sin necesidad de obtener efectivamente imágenes radioscopicas adicionales. No obstante, un cirujano que utilice el sistema 30 por regla general hará uso, de vez en cuando, del fluoroscopio 54 para obtener imágenes adicionales a medida que la aguja es insertada, y concretamente cuando la punta de la aguja se está acercando a una zona de peligro potencial, como por ejemplo la columna
vertebral.

También preferente, pueden utilizarse unos controles 50 para programar una trayectoria deseada 72, marcada por una línea de rayas y puntos en la Fig. 3, que la aguja 36 va a seguir por el interior del espacio intervertebral 34. La trayectoria 72 se programa, por ejemplo, mediante la indicación a la computadora 48 de un punto de entrada 74 y de un punto terminal 76 de inserción de la aguja. Estos datos son a continuación representados en la imagen 60 para contribuir a la alineación de la guía 38 con la trayectoria, 72 y para efectuar el seguimiento del avance de la aguja 36 a lo largo de la trayectoria. Preferentemente, la computadora 48 emite una alarma audible si la aguja 36 se desvía de la trayectoria 72 en más de una tolerancia predeterminada y/o sirve de indicación al cirujano en cuanto a la corrección de la trayectoria requerida. Adicionalmente, o como una alternativa, si la guía 38 está adecuadamente automatizada y conectada a la computadora 48, la computadora puede automáticamente controlar y ajustar la guía para situar la aguja 36 en un ángulo apropiado.

La imagen 60 puede ser renovada según se desee, mediante la obtención de nuevas imágenes por el fluoroscopio 54. Preferentemente, después de cada obtención, la computadora 48 repite las etapas de procesamiento de la imagen anteriormente descritas, con el fin de volver a registrar las coordenadas basadas en la imagen y basadas en las señales del elemento 20 y de la aguja 36. La imagen 60 debe ser renovada, en particular, si las coordenadas basadas en las señales del dispositivo 24 cambian, por ejemplo debido al movimiento del paciente 32. De modo similar, si se obtiene una nueva imagen desde un ángulo de visión diferente o con una escala diferente de la imagen previa, las coordenadas son preferentemente registradas de nuevo y transformadas.

La Fig. 4 ilustra de forma esquemática una imagen antero-posterior 80 obtenida mediante el fluoroscopio 54, después de la rotación pertinente del tubo y de la pantalla 56 hasta un ángulo aproximado de 90º alrededor del paciente 32 desde la posición mostrada en la Fig. 2. La imagen es procesada para emplazar los puntos 62a, 62b, 62c y 63 y para representar los ejes de posición y orientación respectivos 66 y 68 de los dispositivos 24 y 40, junto con la representación 70 de la aguja 36, de acuerdo con lo anteriormente descrito. Cuando la aguja 36 es observada a lo largo de una dirección genéricamente longitudinal de la imagen 80, la representación 70 está escorzada. El sistema operativo quirúrgico 30 puede, sin embargo, escoger cualquier ángulo de visión conveniente, incluyendo vistas oblicuas.

La Fig. 5 ilustra esquemáticamente la representación 90 de pantalla doble que muestra los datos generados por el sistema 30, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención. Preferentemente, la imagen 80 se representa en paralelo con la imagen 60 dentro de la pantalla 90, y la posición de la representación 70 de ambas imágenes es actualizada, de acuerdo con lo anteriormente descrito, de forma que el avance de la aguja 36 al entrar en el espacio 34 puede ser visualizado simultáneamente tanto desde el ángulo lateral como desde el ángulo antero-posterior. Debe apreciarse que la presente invención hace posible observar dichas imágenes dinámicas de dos planos, sin necesidad de obtener repetidamente nuevas imágenes en ambos o incluso en uno de los planos. Las nuevas imágenes en cualquiera de los planos o en otro plano diferente pueden obtenerse tan a menudo como se desee, sin embargo, la pantalla 90 resultará actualizada en la medida correspondiente.

En algunas formas de realización preferentes divulgadas, pero no reivindicadas, las imágenes radioscópicas 60 y/u 80 se alinean exactamente con las imágenes TAC anteriormente obtenidas del cuerpo del paciente 32. Antes de obtener las imágenes TAC, el elemento de referencia 20 es fijado al cuerpo en una posición deseada, como se muestra, por ejemplo, en la Fig. 2, de forma que las marcas fiduciales 22 y 23 situadas sobre el elemento aparecen en las imágenes TAC. El elemento 20 permanece fijo sobre el cuerpo en esta posición durante el procedimiento quirúrgico. Las coordenadas derivadas de la imagen de las marcas fiduciales de las imágenes radioscópicas son comparadas con las correspondientes coordenadas derivadas de la imagen de las imágenes TAC con el fin de registrar las imágenes radioscópicas y por TAC.

Preferentemente, en base a este registro de imágenes las imágenes TAC son rotadas y/o cambiadas de escala, de acuerdo con técnicas conocidas, para alinear las imágenes TAC con una o ambas imágenes radioscópicas 60 y 80. Así mismo, la información tridimensional de la imagen TAC, rotada y/o cambiada de escala del modo indicado, puede ser proyectada sobre el plano de una o ambas imágenes radioscópicas y superpuesta sobre las imágenes radioscópicas o mostradas al lado de ellas. Adicionalmente o como alternativa, las coordenadas del instrumento 36 y/o de una imagen del instrumento pueden ser representadas sobre una imagen TAC apropiada.

Aunque las formas de realización preferentes expuestas han sido descritas en términos generales con referencia a diferentes tipos del dispositivo 24 y 40 de detección de la posición y orientación, debe apreciarse que los principios de la presente invención pueden aplicarse utilizando cualquier otro tipo de sensores de la posición y orientación de cuerdo con técnicas conocidas.

La Fig. 6 es una vista esquemática de un sistema 120 para cirugía de la columna, de acuerdo con otra forma de realización preferente de la presente invención. Como en la Fig. 2, el paciente 32 está acostado en la cama 44 preparado para ser intervenido de la espalda. Una pluralidad de sensores de referencia 126 están fijados a la espalda 128 del paciente 32, preferentemente, utilizando un adhesivo médico apropiado. Cada sensor 126 preferentemente comprende una marca fiducial 130, que posibilita el fácil reconocimiento de los sensores 126 en las imágenes de la espalda 128. Preferentemente, las marcas fiduciales 130 están incrustadas dentro o situadas sobre los sensores 126. Con el fin de registrar la posición de un sensor 126 sobre una imagen de la espalda 128, se utilizan al menos tres marcas 130, asociadas preferentemente con los sensores próximos al sensor registrado. Como una alternativa, cada sensor 126 está firmemente acoplado a tres marcas fiduciales fijadas al paciente 32, de forma que hay una relación conocida entre los sensores 126 y las marcas 130. Como una alternativa adicional, una pluralidad de marcas 130 son fijadas a la espalda 128 con la suficiente densidad como para que cada sensor 126 tenga al menos tres marcas 130 en sus inmediaciones, para posibilitar el registro de la posición del sensor 126 con respecto a la
imagen.

Una aguja quirúrgica 36, con un sensor 142 montado en posición fija con respecto a su punta, es insertada dentro de la espalda 128, por ejemplo, para aspirar un disco roto. Un radiador 132, acoplado a un sistema 150 de determinación de la posición, es cuidadosamente introducido en las inmediaciones de la espalda 128, con el fin de transmitir y/o recibir campos magnéticos hacia y/o desde el sensor 142 y determinar la posición de la punta de la aguja 36. El sistema 150 de determinación de la posición es preferentemente el descrito con anterioridad con referencia a la Fig. 2, y/o de acuerdo con lo descrito en las Patentes estadounidenses 5,558,091, 5,391,199 o 5, 443,489, o en las publicaciones de Patente Internacionales WO 94/04938 o WO 96/05768.

Preferentemente, el sistema 150 de determinación de la posición está acoplado con un dispositivo 156 de producción de imágenes como por ejemplo el fluoroscopio 54 anteriormente descrito, con el fin de registrar las posiciones de los sensores 142 y 126 sobre una imagen visualizada por el cirujano. Debe entenderse, sin embargo, que el sistema 150, de acuerdo con lo descrito en la presente memoria, puede también utilizarse conjuntamente con otros dispositivos de diagnóstico por la imagen, incluyendo la RMN y la TAC, y/o pueden utilizarse otros acoplamientos, por ejemplo, los que se describen en la publicación PCT WO/08209 o en la Patente estadounidense No. 5,383,454.

Preferentemente, el radiador 132 comprende uno o más transductores de campo, preferentemente unas bobinas de transmisión de campo de pequeño tamaño. Preferentemente, el radiador 132 comprende tres bobinas, las cuales, como máxima preferencia, están situadas sustancialmente ortogonales entre sí. Como una alternativa o adicionalmente, se utiliza una pluralidad de radiadores, como se muestra más abajo en la Fig. 8. Preferentemente, un núcleo de ferrita se incorpora dentro de cada bobina. Las bobinas son preferentemente montadas sobre el radiador de la forma descrita en el documento PCT/US97/02440, aunque puede utilizarse cualquier otra configuración de montaje apropiada. Preferentemente, las bobinas del radiador 132 son excitadas a diferentes frecuencias o, como una alternativa, son multiplexadas en el tiempo o de cualquier otra forma excitadas, de manera que el campo respectivo generado por cada una de las bobinas pueda distinguirse de los campos de las otras bobinas.

Preferentemente, el radiador 132 está montado sobre un cuello de ganso 148 que está fijado a la cama 44 mediante una abrazadera 149. Como una alternativa, el cuello de ganso 148 puede deslizarse a lo largo de una barandilla de la cama 44. Como una alternativa adicional, el radiador 132 puede estar montado sobre cualquier dispositivo de montaje apropiado que permita una fácil introducción y salida en las inmediaciones de la aguja 36.

Los sensores 126 están preferentemente situados cerca de las vértebras 34 del paciente 32 con una densidad apropiada. Preferentemente, para sustancialmente cada punto en el que el sensor 142 pueda estar situado, al menos un sensor 126 puede estar dentro de un volumen de detección del radiador 132 que abarque tanto el sensor 126 como el punto. El volumen de detección del radiador 132 se define como el volumen en el que los sensores 126 y 142 pueden quedar situados de forma que las señales transmitidas entre el radiador 132 y los sensores son lo suficientemente intensas para posibilitar que se determine el emplazamiento del sensor con una precisión predeterminada y/o con una relación señal/ruido predeterminada.

La Fig. 7 esquemáticamente muestra una correa 160 que sostiene unos sensores de referencia 126, de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención. La correa 160 comprende una larga tira de tela o de otro material apropiado para su fijación firme al paciente 32. Los sensores 126 son incrustados dentro de la correa 160 o son fijados sobre una superficie exterior 166 de la correa. Unas marcas fiduciales 130 están situadas firmemente sobre la correa 160 con respecto a los sensores 126. Preferentemente, las marcas 130 son fijadas a los sensores 126. Una barra de alambre 162 conecta los sensores 126 a lo largo de la correa 160 a una conexión de enchufe estándar 164 situada en un extremo de la correa 160.

Preferentemente, la correa 160 se confecciona en tamaños estándar y se suministra enrollada en una pequeña faja. A la hora de la preparación de la intervención quirúrgica, la correa 160 es desenrollada sobre el paciente 32. Preferentemente, una superficie interior 168 de la correa 160 tiene un adhesivo médico que fija la correa 160 al paciente 32. Como una alternativa, el adhesivo es situado por un cirujano cuando la correa 160 es desplegada sobre el paciente.

En algunos procedimientos médicos, puede utilizarse más de una correa 160 para que sirva como referencia de la posición. Específicamente, pueden situarse dos correas 160 adyacentes a un área sobre la cual va a actuarse, a ambos lados del área.

Preferentemente, los sensores de referencia 126 comprenden unas bobinas en miniatura de tres ejes como las descritas, por ejemplo, en la publicación PCT anteriormente mencionada WO 96/05768, o en las publicaciones PCT PCT/GB93/01736, WO 97/24983, WO 94/24938 o en la Patente estadounidense 5,391,199.

Antes de la intervención quirúrgica, el sistema 150 de determinación de la posición es calibrado, de forma que las posiciones determinadas de los sensores 126 son registradas sobre una imagen del paciente 32 la cual incluye las imágenes de las marcas fiduciales 130. Las posiciones determinadas de los sensores 126 son registradas sobre la imagen de acuerdo con la imagen de las marcas correspondientes 130. Preferentemente, las marcas 130 son automáticamente identificadas sobre la imagen de acuerdo con su forma o densidad computerizada. Como una alternativa o adicionalmente, el cirujano indica los emplazamientos de las marcas 130 sobre la imagen. En consecuencia, las posiciones de los sensores 126 sobre la imagen se determinan de acuerdo con su relación conocida con las marcas 130.

Preferentemente, la calibración incluye también la determinación de las posiciones de los sensores 126 entre sí. Preferentemente, se utiliza un radiador grande de largo alcance, para determinar las posiciones relativas de los sensores de referencia 126. Como una alternativa, el radiador 132 se utiliza para la calibración que se lleva a cabo con respecto a uno de los sensores de referencia 126', el cual se escoge arbitrariamente. El radiador 132 es situado en un punto arbitrario cerca del sensor de referencia 126', y se determinan las posiciones de los sensores adyacentes 126''. El radiador 132 es a continuación desplazado para determinar las posiciones de otro grupo de sensores 126 con respecto a los sensores cuyas posiciones fueron ya determinadas. Este procedimiento se repite hasta que se determinan substancialmente todas las posiciones de los sensores 126. Como una alternativa adicional, los sensores 126 son fijados en posiciones relativas entre sí, y estas posiciones son prealmacenadas en el sistema 150 de determinación de la posición. Durante la calibración solo es necesario determinar la posición de uno de los sensores 126 y las posiciones del resto de los sensores 126 se calculan de acuerdo con aquella.

Durante la intervención quirúrgica, el radiador 132 es maniobrado de la forma necesaria hasta aproximarse a la aguja 36 para proporcionar un seguimiento preciso, sin interferir con las acciones del personal médico que lleva a cabo la intervención quirúrgica. El radiador 132 continúa transmitiendo campos magnéticos, con independencia de su posición. El sistema 150 de determinación de la posición mide las señales recibidas en el sensor 142 situado sobre la aguja 36, y en uno o más sensores de referencia 126 situados cerca de la aguja, y de acuerdo con ello determina la orientación y posición de la aguja. El sistema 150 de determinación de la posición registra así la posición de la aguja 36 dentro de un marco de referencia fijado a la espalda 128, con independencia del movimiento del radiador 132 o del paciente 32, y representa una imagen o cursor correspondiente a la posición de la aguja sobre las imágenes fluoroscópicas y/o de TAC o de RMN de la espalda, de acuerdo con lo anteriormente descrito.

Preferentemente, a una velocidad apropiada y de forma periódica, como por ejemplo cada pocos segundos y/o cada vez que el radiador 132 es desplazado, el sistema 150 de determinación de la posición lleva a cabo un procedimiento de asignación de un sensor 126 de referencia actual, con respecto al cual se determina la posición del sensor 142 situado sobre la aguja 36. El radiador 132 transmite una señal de prueba, que es preferentemente la misma señal utilizada para la determinación de la posición. El sistema 150 mide las señales recibidas por cada uno de los sensores de referencia 126 en respuesta a la señal de prueba. El sensor que presenta la señal recibida más intensa se define como el sensor de referencia actualmente asignado. Como una alternativa, el sensor de referencia actualmente asignado se elige como el sensor de referencia 126 más próximo al radiador 132, en base a la imagen en tiempo real del paciente 32.

La Fig. 8 es una ilustración esquemática de un sistema quirúrgico 200, de acuerdo con otra forma de realización preferente de la presente invención. El sistema 200 incluye una pluralidad de radiadores 132, los cuales se utilizan para determinar las posiciones de los sensores 126. El uso de múltiples sensores 126 posibilita el uso de pequeños radiadores 132, los cuales no requieren mucho espacio. Así mismo, el uso de múltiples radiadores posibilita que el volumen de detección de cada radiador 132 se reduzca, con el consiguiente incremento de la resolución de la determinación de la posición llevada a cabo utilizando los radiadores.

Preferentemente, los radiadores 132 son activados de forma secuencial, para que los campos transmitidos por un radiador no interfieran con la determinación de la posición que utilizan los demás radiadores. Como una alternativa, solo un radiador es activado de forma continua en cualquier momento determinado. Este radiador se escoge para que sea el radiador más próximo a la aguja 36. Como una alternativa adicional, los radiadores generan campos de diferentes frecuencias que sustancialmente no interfieren entre sí. Preferentemente, la asignación del sensor de referencia actual 126 se lleva a cabo de manera independiente para cada radiador 132, esto es, cada radiador tiene su propio sensor de referencia actual.

Preferentemente, el sistema 200 incluye un fluoroscopio 256 el cual contiene las imágenes del paciente 32 y las marcas fiduciales 130. Una computadora 248 procesa las imágenes resultantes y las muestra sobre una pantalla 252. Preferentemente, las imágenes son procesadas de acuerdo con las posiciones determinadas utilizando los radiadores 132.

La Fig. 9 es una ilustración esquemática de una imagen fluoroscópica 260 tal y como se muestra en la pantalla 252 como consecuencia del procesamiento llevado a cabo por la computadora 248 de acuerdo con una forma de realización preferente de la presente invención. Preferentemente, las áreas 262 incluidas en el volumen de detección de los radiadores 132 se indican sobre la imagen 260. Preferentemente, el volumen de detección de cada radiador 132 se indica de manera diferente, para asociar las áreas indicadas 262 con unos radiadores respectivos 132. Por ejemplo, cada radiador 132 puede estar pintado con un color diferente, y ese color se utiliza sobre la imagen 260 para indicar el volumen de detección del respectivo radiador. Preferentemente, las áreas incluidas en dos volúmenes de detección, por ejemplo el área 264, son marcadas de acuerdo con este planteamiento.

Durante la intervención quirúrgica el cirujano o un asistente preferentemente se asegura de que las áreas deseadas están incluidas dentro del volumen de detección de al menos un radiador. Cuando un área deseada no está dentro del volumen de detección de cualquiera de los radiadores 132, el cirujano o el asistente puede desplazar uno de los radiadores hasta una posición en la que se incluya el área deseada dentro de su volumen de detección.

Preferentemente, el alcance de cada volumen de detección de cada radiador 132 es conocido por la computadora 248 antes de la intervención quirúrgica, posiblemente como una función de una resolución predeterminada máxima de las coordenadas, y de acuerdo con la posición del radiador, se indica su volumen de detección. Como una alternativa o adicionalmente, el radiador transmite unos campos hasta los sensores de referencia 126 y de acuerdo con los que responden con una señal suficientemente intensa, se determina la posición del radiador y/o el volumen de detección.

Debe apreciarse que aunque en la presente memoria se describen determinas formas de realización preferentes con referencia a determinados tipos de procedimientos quirúrgicos, por ejemplo, para el tratamiento de los discos intervertebrales, los principios de la presente invención pueden aplicarse igualmente a sistemas para su uso en procedimientos de otros tipos, incluyendo cirugía de la cabeza, biopsias e inserción de tubos.

Así mismo, aunque en las formas de realización preferentes arriba descritas en la presente memoria, los radiadores se describen como transmisores de campos magnéticos que son recibidos por los sensores de la posición, los principios de la presente invención pueden aplicarse igualmente a sistemas de determinación de la posición en los cuales los sensores transmiten campos, y los radiadores son sustituidos por receptores, de acuerdo con técnicas conocidas.

Debe también entenderse que las formas de realización preferentes descritas en los párrafos anteriores se exponen a modo de ejemplo y que el alcance completo de la invención queda únicamente limitado por las reivindicaciones.

Claims

1. Un sistema (150, 200) para la determinación de la disposición de un objeto situado dentro del cuerpo de un paciente (32) que comprende:

: un sensor (142) de la posición, para su acoplamiento con el objeto (36);

: una pluralidad de sensores de referencia (126), para su fijación al cuerpo; caracterizado porque comprende también

: un transductor de campo móvil (132), para transmitir campos hacia o recibir campos desde el sensor (142) de la posición y de los sensores de referencia (126); y

: un procesador (248), para la selección de al menos uno de los sensores de referencia (126) en proximidad al objeto (36) y para la determinación de las coordenadas del sensor (142) de la posición con respecto al sensor de referencia seleccionado (142), con respecto al sensor de referencia seleccionado (126), con independencia del movimiento del transductor de campo (132) con respecto al paciente (32).

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el procesador (248) está adaptado para seleccionar periódicamente el al menos un sensor de referencia (126) para posibilitar la determinación precisa de la posición del objeto (36) con respecto al sensor de referencia seleccionado (126).

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que el procesador (248) está adaptado para seleccionar el al menos un sensor de referencia (126) mediante la transmisión de campos que generan señales en los sensores, y la comparación de las intensidades de las señales en los sensores (126).

4. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende un dispositivo de producción de imágenes (252) para producir una imagen (260) sobre la cual son registradas las coordenadas determinadas.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que el procesador (248) está adaptado para indicar un volumen de detección (262) del transductor de campo (132) sobre la imagen (260).

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende también una banda fijada al cuerpo de un paciente, en el que la pluralidad de sensores de referencia (126) está montada sobre la banda.

7. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el transductor de campo (132) incluye un radiador.

8. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el transductor de campo (132) incluye un pequeño transductor el cual, en uso, no obstruye sustancialmente los movimientos de un cirujano.

9. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el sensor (142) de la posición y los sensores de referencia (126) incluyen unos sensores de campo magnéticos.

10. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el objeto incluye un instrumento quirúrgico (36).