ES2388930T3

ES2388930T3 - Sistema y método para detectar desviaciones en los sistemas de localización calibrados

Info

Publication number: ES2388930T3
Application number: ES06775071T
Authority: ES
Inventors: Tony Falco
Original assignee: Resonant Medical Inc
Current assignee: Resonant Medical Inc
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2012-10-19
Anticipated expiration: 2026-08-01
Also published as: EP1913333A2; US7535411B2; WO2007014470A3; US20070034731A1; WO2007014470A2; EP1913333A4; EP1913333B1

Abstract

Un aparato para monitorizar un objeto (40) con respecto a un primer sistemade coordenadas (10), comprendiendo el aparato:un sistema de localización (30) calibrado con el primer sistema decoordenadas (10), para localizar el objeto (40);un dispositivo detector de movimiento (90) asociado al sistema delocalización (30) para detectar un desplazamiento de un elemento delsistema de localización (30);un sistema de procesamiento en comunicación con el dispositivodetector de movimiento (90) y el sistema de localización (30), eldispositivo de procesamiento configurado para:calcular la localización del objeto (40) con respecto al segundosistema de coordenadas (120) asociado al sistema de localización;calcular un factor de ajuste basado en el desplazamiento detectado;yajustar la localización del objeto (40) desde la localización conrespecto al segundo sistema de coordenadas (120) hasta unalocalización con respecto al primer sistema de coordenadas (10) deacuerdo con el factor de ajuste;yun dispositivo de ajuste de posición:en el que el dispositivo de procesamiento se adapta paraproporcionar una señal al dispositivo de ajuste de posición, eldispositivo de ajuste de posición adaptado para ajustar la posición yorientación de dicho elemento del sistema de localización (30) enrespuesta a la señal, volviendo a calibrar así el sistema delocalización (30) con el primer sistema de coordenadas (10).

Description

SISTEMA Y METODO PARA DETECTAR DESVIACIONES EN LOS SISTEMAS DE LOCALIZACION CALIBRADOS Descripcion

CAMPO DE LA INVENCION [0001] La presente invenci6n hace referencia de manera general al campo de la detecci6n del movimiento, y la calibraci6n, y mas en particular a un sistema y un metodo para detectar desviaciones en sistemas de localizaci6n calibrados utilizados para localizar caracteristicas, como por ejemplo elementos de una superficie o indicadores sujetos a o integrados dentro de un objeto, con respecto a uno o mas sistemas de coordenadas. ANTECEDENTES DE LA INVENCION [0002] Los sistemas de localizaci6n espacial se utilizan para varios procedimientos como por ejemplo para la extracci6n de una caracteristica de la superficie de un paciente, la navegaci6n quirurgica, o como guia para el posicionamiento del paciente durante el suministro de un tratamiento. Un criterio de funci6n critico de dichos sistemas es su precisi6n espacial, por ejemplo, la precisi6n con la que los sistemas de localizaci6n identifican y localizan la situaci6n fisica de los objetos con respecto a uno

o mas sistemas conocidos de referencia de coordenadas. [0003] El sistema de localizaci6n esta tipicamente compuesto de un localizador 6ptico sujeto a la pared o al techo de una sala, o alternativamente situado sobre un tripode, cuya posici6n esta calibrada relativa a un sistema fijo de referencia de coordenadas. El localizador detecta las senales (por ejemplo de infrarrojos, magneticas, de radio, etc.) que emanan de los indicadores activos que estan adjuntos a la superficie de, o integrados dentro de, el objeto, o de manera alternativa de indicadores pasivos que reflejan las senales que emanan del mismo localizador. Utilizando las tecnicas de triangulaci6n, la posici6n y orientaci6n (6 DOF o de seis grados de libertad) de los indicadores, y mediante la sustituci6n del objeto al que los indicadores estan adjuntos, se puede calcular con respecto al localizador 6ptico, y a traves de una transformaci6n, con respecto al sistema fijo de referencia de coordenadas. En otros modos de realizaci6n el localizador puede localizar elementos en un objeto directamente sin el uso de indicadores, como por ejemplo en el caso de una camara montada o de un sistema de escaneado laser que representa los elementos de la superficie del objeto (por ejemplo puntos en la piel de un paciente) y, a traves de una transformaci6n, calcula la posici6n de estos elementos de la superficie con respecto al sistema fijo de referencia de coordenadas.

[0004] Sin embargo, la precisi6n de dicho sistema depende de mantener una relaci6n constante entre el sistema fijo de coordenadas y el sistema de localizaci6n. Si, por ejemplo, el sistema de localizaci6n se desvia de su posici6n calibrada, si el localizador se desvia a lo largo del tiempo, podrian introducirse imprecisiones como para que la transformaci6n entre el sistema de coordenadas del localizador y el sistema fijo de coordenadas ya no fuera precisa. Como resultado, las coordenadas asignadas a las caracteristicas individuales del objeto (por ejemplo la posici6n del indicador, la superficie, los puntos, las lesiones, etc.) estarian desalineadas con respecto al sistema fijo de coordenadas. Dichas desalineaciones pueden llevar a, por ejemplo, operaciones quirurgicas imprecisas o a un suministro incorrecto de tratamientos de radiaci6n, con consecuencias potencialmente daninas. La publicaci6n de la Patente Estadounidense US 2001/0036245 A1 hace referencia a un dispositivo de localizaci6n asistido por ordenador para su uso en cirugia ortopedica. El sistema proporciona una respuesta visual respecto a la posici6n de una herramienta quirurgica mediante imagenes fluorosc6picas de una parte del cuerpo durante una operaci6n ortopedica. El sistema tambien proporciona una respuesta visual de la posici6n de una herramienta quirurgica con respecto a otra herramienta quirurgica o a un implante. El sistema de cirugia guiada por imagen Kienzle comprende: un sistema de dispositivo de localizaci6n/transporte trazado con un sistema de coordenadas para localizar una imagen de una parte del cuerpo; localizando los emisores asociados al sistema del dispositivo de transporte/localizaci6n para detectar el desplazamiento de un brazo C; y un controlador del sistema en comunicaci6n con los emisores de localizaci6n y el sistema del dispositivo de localizaci6n/transporte. El controlador del sistema Kienzle esta configurado para detectar la situaci6n de la imagen de la parte del cuerpo con respecto a un segundo sistema de coordenadas asociado al sistema, para calcular un ajuste basado en el desplazamiento detectado, y trazar la localizaci6n desde la imagen de la parte del cuerpo hasta una localizaci6n con respecto al segundo sistema de coordenadas con respecto al sistema de coordenadas de acuerdo con el ajuste. RESUMEN DE LA INVENCION [0005] De acuerdo con la presente invenci6n se proporciona un aparato para monitorizar un objeto con respecto a un primer sistema de coordenadas como se define en la reivindicaci6n 1 abajo. De acuerdo con la presente invenci6n, tambien se proporciona un metodo para volver a calibrar la posici6n del dispositivo de localizaci6n como se especifica en la reivindicaci6n 21 abajo. [0006] Los modos de realizaci6n de la invenci6n proporcionan un metodo y un aparato para motorizar de manera independiente un sistema de localizaci6n calibrado con tal de detectar desviaciones temporales o colisiones accidentales que pueden desviar el sistema de la alineaci6n o calibraci6n con respecto a un sistema fijo de referencia de coordenadas. El aparato puede estar configurado para alertar a los usuarios de dichas desalineaciones, para inutilizar los relativos objetos localizados como dispositivos de tratamiento o de imagen hasta que dichos errores se corrigen, y en algunos casos para aplicar automaticamente acciones correctivas moviendo el sistema de localizaci6n o ajustando la posici6n del tratamiento o la imagen medica en consecuencia. [0007] En general, un dispositivo de sistema en movimiento se situa sobre o en el dispositivo de localizaci6n antes de, durante, o poco despues de su calibraci6n. Una vez el localizador se calibra con el sistema fijo de coordenadas, el dispositivo del sistema en movimiento determina de manera continua o peri6dica si el localizador se ha desplazado de manera relativa al sistema fijo de coordenadas, y proporciona una respuesta al usuario y/o al dispositivo de control. La respuesta puede utilizarse simplemente para indicar que se necesita una nueva calibraci6n, o en algun casos para volver a calibrar el localizador automaticamente. [0008] En un modo de realizaci6n, el aparato para detectar el movimiento de un localizador con respecto a un sistema fijo de coordenadas incluye un localizador que esta calibrado con el sistema de coordenadas, y uno o mas detectores de movimiento asociados a (por ejemplo montados sobre) el localizador. El detector de movimiento detecta el movimiento del localizador que podria afectar potencialmente la calibraci6n del localizador del sistema de coordenadas. [0009] En algunos modos de realizaci6n, el aparato esta localizado cerca de un dispositivo portatil de imagen (por ejemplo, un escaner de ultrasonido) que incluye caracteristicas en la sonda de ultrasonido, como los indicadores, que emiten o reflejan senales (como las senales de infrarrojos) que son detectadas por el localizador. El sistema fijo de coordenadas puede estar definido, por ejemplo, mediante una serie de laseres situados en una sala, junto a la orientaci6n fisica del dispositivo de tratamiento, junto a la orientaci6n fisica de un dispositivo de imagen, o junto a la orientaci6n fisica de un paciente durante una operaci6n medica especifica. El detector de movimiento puede ser cualquier dispositivo apropiado como un sistema estabilizador, un aceler6metro, un inclin6metro, un magnet6metro, un reflectante sujeto a una pared o a un techo, indicadores activos, u otros dispositivos apropiados. En algunos casos, el aparato incluye un modulo que alerta al usuario de que el localizador ya no esta calibrado con el sistema fijo de coordenadas. La alerta puede estar basada, en algunos casos, en el movimiento detectado que excede un predeterminado limite. En algunos modos de realizaci6n, el detector de movimiento proporciona una senal al localizador (o al sistema de control para situar el localizador) que puede utilizarse para volver a calibrar automaticamente el localizador, y/o compensar por el movimiento detectado. [0010] En un metodo para volver a calibrar un sistema de localizaci6n con un sistema de referencia de coordenadas representado en esta invenci6n, el metodo incluye la utilizaci6n de un dispositivo del sistema en movimiento para detectar errores de alineaci6n entre el localizador y el sistema fijo de coordenadas, y volver a calibrar (de manera automatica o manual) el localizador con el sistema fijo de coordenadas para reducir o eliminar los errores de alineaci6n. [0011] En otro modo de realizaci6n, el aparato puede comprender un aparato para monitorizar un objeto con respecto a un primer sistema de coordenadas. El aparato puede incluir un sistema de localizaci6n calibrado con el primer sistema de coordenadas, para localizar el objeto. El aparato tambien puede incluir un dispositivo detector del movimiento asociado al sistema de localizaci6n para detectar un desplazamiento de un elemento del sistema de localizaci6n, y un dispositivo de procesamiento en comunicaci6n con el dispositivo detector del movimiento y el sistema de localizaci6n. El dispositivo de procesamiento puede estar configurado para calcular la localizaci6n del objeto con respecto al segundo sistema de coordenadas asociado al sistema de localizaci6n. El dispositivo de procesamiento tambien puede calcular un factor de ajuste basado en el desplazamiento detectado y ajustar la localizaci6n del objeto desde la localizaci6n con respecto al segundo sistema de coordenadas hasta una localizaci6n con respecto al primer sistema de coordenadas de acuerdo con el factor de ajuste. El aparato incluye un dispositivo de posici6n-ajuste como se describe abajo. [0012] En un modo de realizaci6n, el factor de ajuste es una transformaci6n. El sistema de localizaci6n puede estar configurado para detectar caracteristicas asociadas al objeto. Las caracteristicas pueden estar integradas dentro del objeto. De manera alternativa, las caracteristicas pueden estar situadas en la superficie del objeto. El objeto puede incluir una superficie caracteristica de un paciente, como, por ejemplo, las caracteristicas faciales, forma del torso y otra parte del cuerpo, o marcas de color en la piel. [0013] En un modo de realizaci6n, las caracteristicas pueden incluir al menos un indicador activo, como, por ejemplo, un emisor, una fuente 6ptica, una fuente acustica, una fuente magnetica, un indicador electr6nico, un indicador acustico, un indicador magnetico, un indicador de radiofrecuencia, un indicador radioactivo, y una fuente radioactiva. Las caracteristicas tambien pueden incluir al menos un indicador pasivo, como, por ejemplo, un reflector o un indicador de referencias radio-opaco integrado en el objeto (por ejemplo el paciente) o situado en la superficie del objeto. El objeto puede incluir, por ejemplo, un dispositivo medico, una superficie de un paciente, una herramienta de navegaci6n quirurgica, un dispositivo de diagn6stico, un dispositivo portatil, y un dispositivo de tratamiento. En un modo de realizaci6n, el objeto comprende una caracteristica anat6mica de un paciente. La caracteristica anat6mica puede ser una caracteristica externa del paciente, o una caracteristica interna del paciente. El sistema de localizaci6n puede incluir, por ejemplo, una o mas camaras 6pticas, un localizador magnetico, una camara de infrarrojos, un localizador de radiofrecuencia y un dispositivo de escaneado de superficies por laser. El dispositivo medico, el dispositivo de diagn6stico o el dispositivo de tratamiento pueden elegirse, por ejemplo, del grupo que consiste, pero no limita a, un dispositivo termal, un dispositivo de radiaci6n, un dispositivo quirurgico, un dispositivo mecanico, y un dispositivo de ultrasonido. [0014] En un modo de realizaci6n de la invenci6n, el primer sistema de coordenadas puede estar definido por una pluralidad de laseres situados en una sala. El primer sistema de coordenadas puede estar definido por una orientaci6n fisica de un dispositivo medico, un dispositivo de diagn6stico, un dispositivo de tratamiento o una posici6n del paciente. El dispositivo del detector de movimiento puede incluir un sistema estabilizador, un aceler6metro, un inclin6metro, un magnet6metro o una serie de indicadores montables. Los indicadores montables pueden sujetarse a las paredes de una sala, y/o montarse sobre componentes de una sala como por ejemplo una mesa de tratamiento. [0015] Un modo de realizaci6n puede incluir un m6dulo de alerta para alertar a un usuario del aparato de un desplazamiento del sistema de localizaci6n. La alerta puede estar basada en el movimiento detectado que excede un predeterminado limite. El aparato tambien puede incluir un dispositivo de posici6n-ajuste. El dispositivo de procesamiento puede proporcionar una senal al dispositivo de posici6n-ajuste para que el dispositivo de posicionamiento ajuste la posici6n del sistema de localizaci6n, devolviendole asi la calibraci6n al localizador con el primer sistema de coordenadas. El aparato tambien puede incluir un dispositivo de control para controlar la operaci6n de uno o mas objetos de un dispositivo medico, un dispositivo de tratamiento y un dispositivo de diagn6stico. [0016] Otro metodo de presentar la invenci6n comprende un metodo para recalibrar un dispositivo de posici6n-localizaci6n con un sistema de referencia de coordenadas. El metodo puede incluir los pasos de calibrar una posici6n y orientaci6n del dispositivo de posici6n-localizaci6n con un sistema de referencia de coordenadas, utilizando un dispositivo de sensor de movimiento para detectar errores de alineaci6n entre el dispositivo de posici6n-localizaci6n y el sistema fijo de coordenadas, y recalibrar la posici6n y orientaci6n del dispositivo de posici6n-localizaci6n con el sistema de referencia de coordenadas para reducir los errores de alineaci6n. [0017] En un modo de realizaci6n, el error de alineaci6n puede consistir en al menos un componente direccional de translaci6n y/o rotaci6n. El metodo incluye el paso de ajustar la posici6n y orientaci6n del sistema de localizaci6n para corregir errores de alineaci6n. El paso de ajuste puede llevarse a cabo de manera automatica en respuesta a la detecci6n del error de alineaci6n, o puede llevarse a cabo de manera manual por el usuario. El metodo tambien puede incluir el paso para desactivar el objeto (por ejemplo un dispositivo medico) siendo localizado por el sistema de localizaci6n tras la detecci6n de un error de alineaci6n. [0018] En otro aspecto, el modo de realizaci6n comprende un medio de monitorizar un objeto con respecto a un primer sistema de coordenadas. El medio comprende: calibrar una posici6n y una orientaci6n de un dispositivo de posici6n-localizaci6n con un sistema de referencia de coordenadas, detectar errores de alineaci6n por movimiento entre el dispositivo de posici6n-localizaci6n y el sistema fijo de coordenadas, y, basado en los errores de alineaci6n detectados, recalibrar la posici6n y la orientaci6n del dispositivo de posici6n-localizaci6n con el sistema de referencia de coordenadas para reducir los errores de alineaci6n. BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS [0019] Los objetos y caracteristicas de la invenci6n pueden entenderse mejor con las referencias a los dibujos descritos abajo, y la reivindicaciones. Los dibujos no son necesariamente a escala, el enfasis generalmente suele hacerse para ilustrar los principios de la invenci6n. En los dibujos, los numerales similares se utilizan para indicar partes similares a lo largo de diversas vistas. [0020] La Figura 1 es una vista esquematica de un ejemplo de sistema de localizaci6n calibrado de acuerdo con un modo de realizaci6n de la invenci6n; y [0021] La Figura 2 es una vista esquematica de un aparato incluyendo el sistema de localizaci6n y el dispositivo del sensor de movimiento de la Figura 1 con el sistema de localizaci6n desalineado de su posici6n calibrada original. DESCRIPCION DETALLADA [0022] La invenci6n proporciona un metodo y aparato para monitorizar un sistema de posici6n-localizaci6n calibrado para su uso en la localizaci6n de la situaci6n de caracteristicas de un objeto con respecto al sistema de referencia de coordenadas. [0023] El sistema de localizaci6n puede usarse para localizar la situaci6n de cualquier caracteristica de un objeto como la superficie de un objeto o las caracteristicas como los indicadores pasivos o activos asociados a un dispositivo medico, para su uso en el diagn6stico y/o tratamiento de un paciente, cuando es beneficioso o necesario localizar de manera precisa, y/o grabar la localizaci6n del dispositivo medico. [0024] Para localizar de manera precisa la situaci6n de un objeto como un dispositivo medico, las caracteristicas como un indicador, o una selecci6n de indicadores, se encuentran situadas en o sobre el objeto localizado para transmitir una senal constante, o una senal repetida a intervalos regulares. Las caracteristicas localizadas como los indicadores pueden transmitir o reflejar una senal de infrarrojos, magnetica, de radio, de luz, u otra senal electromagnetica, que permita al sistema de localizaci6n detectar y grabar la situaci6n del objeto localizado dentro de un sistema de coordenadas proporcionado. Los indicadores pueden estar configurados para enviar una unica senal, o para enviar multiples senales a diferentes frecuencias. Detectando esa unica o mas senales transmitidas de una o mas caracteristicas situadas en o dentro del objeto localizado, el sistema de localizaci6n puede calcular (utilizando metodos estandar como la triangulaci6n) y grabar la situaci6n del objeto a medida que su posici6n se mueve con respecto al sistema de localizaci6n y por extensi6n se mueve con respecto al sistema de referencia de coordenadas con el que el sistema de localizaci6n esta calibrado. [0025] En un modo de realizaci6n, una senal omnidireccional se transmite desde los indicadores y/o uno o varios emisores de situaci6n dentro del objeto, permitiendo que la senal transmitida sea recibida por el sistema de localizaci6n sin tener en cuenta la posici6n y orientaci6n del objeto. De manera alternativa, los indicadores y/o emisor/es pueden estar configurados para transmitir una senal discreta de manera direccional hacia el sistema de localizaci6n. [0026] En un modo de realizaci6n de la invenci6n, un sistema de localizaci6n puede utilizarse para detectar y grabar la situaci6n del objeto localizado. Este sistema de localizaci6n puede incluir uno mas receptores situados en localizaciones discretas dentro de y/o en un sistema de coordenadas dado. El receptor, o receptores, puede incluir dispositivos de infrarrojos, acusticos, de radio, de luz visible y/u otros dispositivos apropiados para medir senales capaces de detectar una senal emitida o reflejada por uno o mas indicadores. En un modo de realizaci6n, el receptor esta configurado s6lo para recibir senales a una unica frecuencia establecida. En un modo de realizaci6n alternativo, el receptor esta configurado para recibir una variedad de senales. El sistema de localizaci6n puede incluir una unica unidad receptora, o incluir un numero de unidades receptoras individuales separadas, conectadas a una unidad de procesamiento.

[0027] Al detectar una o mas senales emitidas o reflejadas desde uno o mas indicadores asociados al objeto, el sistema de localizaci6n puede calcular (utilizando metodos de triangulaci6n estandar) y grabar la situaci6n del objeto a medida que su posici6n se desplaza respecto a la unidad de senal-recepci6n del sistema de localizaci6n. Los datos de esta posici6n pueden comunicarse al operador del objeto, permitiendo asi al operador localizar de manera precisa el dispositivo portatil en cualquier posici6n con respecto al receptor del sistema de localizaci6n. Los datos de la posici6n pueden comunicarse a traves de un visualizador, una senal de audio, o la combinaci6n de ambos. En un modo de realizaci6n de la invenci6n, los indicadores estan permanentemente ajustados al objeto localizado. En un modo de realizaci6n alternativo, una formaci6n de emisores esta ajustada de manera extraible a cualquier dispositivo portatil, permitiendo que se utilicen multiples dispositivos dentro de una sala de tratamientos utilizando una unica selecci6n de indicadores. [0028] En un modo de realizaci6n de la invenci6n, el sistema de localizaci6n puede estar localizado en una situaci6n establecida dentro de o alrededor de un sistema de coordenadas definido por separado. Por ejemplo, el sistema de localizaci6n puede incluir una o mas unidades receptoras sobre o sujetas a las paredes de una sala, con un sistema de coordenadas definido por las paredes. Asi, si la localizaci6n y la orientaci6n de la unidad receptora (o unidades) del sistema de localizaci6n son conocidas, el sistema de localizaci6n puede convertir los datos de la posici6n del objeto desde una situaci6n basada en el sistema de coordenadas definido mediante coordenadas. Esto puede permitir que el objeto este situado y orientado con precisi6n con respecto a cualquier localizaci6n conocida en la sala. [0029] El sistema de localizaci6n y/o la sala pueden estar definidos mediante un sistema de coordenadas cartesianas, un sistema de coordenadas cilindrico, y/o un sistema esferico de coordenadas. Por ejemplo, en un modo de realizaci6n de la invenci6n, el sistema de localizaci6n calcula la situaci6n del dispositivo portatil con respecto a la unidad de recepci6n en coordenadas esfericas, y despues convierte esta posici6n en una localizaci6n dentro de una sala definida por coordenadas cartesianas. Los ejes (x, y, z) del sistema de coordenadas cartesianas basados en la sala pueden corresponder, por ejemplo, con el suelo y las paredes de la sala, con el centro del sistema de coordenadas (por ejemplo la localizaci6n 0,0,0) estando situado en una esquina de la sala, o en algun otro punto definido dentro de la sala. En un modo de realizaci6n, el centro de un sistema de coordenadas cartesianas basado en una sala puede estar localizado en un punto establecido en una mesa de tratamiento situada de manera fija dentro de la sala. Por lo tanto, el sistema de localizaci6n puede permitir al usuario situar un dispositivo portatil de manera precisa con respecto a la mesa de tratamiento, permitiendo un diagn6stico y un tratamiento medico mejorado utilizando dispositivos portatiles. [0030] Los objetos como los dispositivos medicos que puedan utilizarse de manera beneficiosa con este sistema de localizaci6n incluyen, pero no se limitan a, dispositivos de ultrasonido, medici6n por laser (como los dispositivos de escaneado de una superficie por laser), dispositivos de camara, y/o dispositivos para tratamiento, dispositivos portatiles, localizadores, instrumentos de corte u otros dispositivos medicos invasivos, equipos de rayos x, sondas 6pticas, medici6n termica y/o dispositivos de tratamiento, dispositivos magneticos, u otro dispositivo apropiado o instrumento para su uso en el diagn6stico y/o tratamiento medico (como por ejemplo un sistema de rayos x para localizar indicadores o referencias integradas en el paciente). El sistema de localizaci6n puede estar configurado para localizar un unico dispositivo medico en un sistema de coordenadas dado, multiples dispositivos de localizaci6n simultaneamente, y/o cambiar entre los localizadores de diferentes dispositivos medicos. El sistema de localizaci6n puede tambien utilizarse para confirmar la localizaci6n de otros dispositivos dentro de una sala, como por ejemplo, pero no unicamente, brazos rob6ticos u otro equipo desplazable sujeto, ya sea de manera fija o extraible, a una instalaci6n de la sala de tratamientos. [0031] En un modo de realizaci6n de la invenci6n, los sistemas de localizaci6n calibrados pueden estar situados en una o mas localizaciones de una o mas paredes, techo, y suelo de una sala para medir las dimensiones de la sala y monitorizar la geometria de la sala con el tiempo. Asi, los cambios de tamano y/o forma de una sala a lo largo del tiempo, debido al asentamiento u otros cambios estructurales del edificio,

o debido a los efectos de los terremotos u otros fen6menos naturales, puede estar monitorizado con el detector de movimiento y compensado para cuando se determinen las nuevas dimensiones de la sala. En un modo de realizaci6n, el sistema de localizaci6n localiza caracteristicas en las paredes de la sala (por ejemplo indicadores fijos pasivos o activos ajustados a las paredes) que pueden transmitir una senal al sistema de localizaci6n. Asi, el sistema de localizaci6n puede monitorizar la situaci6n de estos emisores estacionarios para monitorizar cualquier movimiento relativo a las paredes de la sala y el localizador a lo largo del tiempo. De manera alternativa, las posiciones relativas de los indicadores de pared pueden estar monitorizadas mediante una senal emitida por el sistema de localizaci6n, con una senal reflejada, o una senal de retorno separada, siendo activada por los emisores o indicadores de la pared. [0032] En un ejemplo de modo de realizaci6n, los sistemas activos y/o pasivos se situan en las paredes, suelo y/o techo de una sala de tratamiento medico, y generalmente estan fijados en una posici6n en la sala respecto a un sistema de localizaci6n calibrado. El sistema de localizaci6n calibrado, incluye un localizador 6ptico que, durante la proyecci6n, localiza dispositivos adicionales sujetos al instrumento medico (por ejemplo una sonda de ultrasonido para generar imagenes reconstruidas en 3D, o un dispositivo quirurgico) para localizar la situaci6n del instrumento con respecto al localizador 6ptico durante su uso. De vez en cuando, el localizador puede verificar que su posici6n en el espacio no ha cambiado relativa a la posici6n de los indicadores fijados a las paredes o al techo de la sala. Un ejemplo de dicho sistema de posicionamiento calibrado incluye localizadores 6pticos como el sistema POLARIS de Northern Digital Inc. de Waterloo, Ontario, Canada. [0033] Sin embargo, monitorizar las dimensiones de la sala a lo largo del tiempo puede ser importante para asegurar que el dispositivo de localizaci6n permanece calibrado con respecto al sistema de coordenadas para la sala. Por ejemplo, los cambios estructurales en el edificio a lo largo del tiempo, los terremotos u otros fen6menos naturales, desviaciones experimentales del sistema de localizaci6n, la interferencia del usuario (como por ejemplo, pero no limitando a, el desplazamiento del sistema de localizaci6n durante su limpieza y/o mantenimiento) u otros fen6menos que afecten la orientaci6n y/o localizaci6n del sistema de localizaci6n, pueden cambiar la relaci6n espacial entre el sistema de coordenadas asociado al sistema de localizaci6n y el sistema de coordenadas asociado a la sala. Como resultado, un error puede ocurrir al convertir la posici6n del dispositivo portatil o de otro objeto, desde las coordenadas del sistema de localizaci6n a las coordenadas de la sala, que puede tener como consecuencia un dispositivo posicionado de manera incorrecta. Esto puede ser obviamente peligroso al utilizar un dispositivo portatil en un diagn6stico o tratamiento medico. Por lo tanto, es importante asegurarse de que la relaci6n entre las coordenadas del sistema de localizaci6n y las coordenadas de la sala sean conocidas y/o mantenidas tras una primera calibraci6n (asi como entre calibraciones peri6dicas) del sistema de localizaci6n. [0034] Con tal de mantener una calibraci6n precisa del sistema de localizaci6n a lo largo del tiempo y de acuerdo con varios modos de realizaci6n de la invenci6n, la localizaci6n y la orientaci6n del sistema de localizaci6n pueden monitorizarse y, si es necesario, ajustarse y/o compensarse. Esto puede conseguirse, en un modo de realizaci6n, sujetando un dispositivo sensor de movimiento al sistema de localizaci6n para monitorizar localmente la posici6n, el estado, y/o la orientaci6n del sistema de localizaci6n. La invenci6n por lo tanto proporciona aparatos y metodos para detectar dichos cambios al asociar un detector de movimiento independiente con el localizador para detectar cambios en su localizaci6n a lo largo del tiempo. Los ejemplos de detectores de movimiento apropiados incluyen la familia de los sistemas estabilizadores CTX comercializados por Crossbow Technology Inc. en San Jose, CA. En otros modos de realizaci6n, el dispositivo detector de movimiento utiliza una serie de sistemas de localizaci6n activos y/o pasivos localizados mediante el localizador sujeto sobre las paredes, el techo y/o el suelo de una sala de tratamientos con respecto al sistema fijo de calibraci6n. [0035] En un modo de realizaci6n, servomotores, u otros dispositivos apropiados, puede incorporarse al sistema de localizaci6n para devolver de manera activa el sistema de localizaci6n a su posici6n y/o orientaci6n original si el detector de movimiento detecta un desplazamiento. Como resultado, se mantiene la relaci6n entre las coordenadas del sistema de localizaci6n y las coordenadas de la sala. Esto puede conseguirse de manera automatica mediante los controles del sistema de localizaci6n,

: o puede llevarse a cabo como respuesta a una aportaci6n del usuario. [0036] En un modo de realizaci6n alternativo, un cambio de la posici6n y/o orientaci6n del sistema de localizaci6n esta compensado al aplicar factores de correcci6n a las ecuaciones utilizadas para convertir la nueva situaci6n del dispositivo medico de las coordenadas del sistema de localizaci6n a las coordenadas de la sala. En este modo de realizaci6n, un sistema de movimiento puede enviar una senal a los controles del sistema de localizaci6n indicando cuando se ha producido un desplazamiento en el sistema de localizaci6n, y proporcionando informaci6n de la magnitud y/o direcci6n de dicho desplazamiento. El control del sistema de localizaci6n puede entonces calcular un factor apropiado de correcci6n, que se aplica a los calculos de conversi6n de coordenadas, asegurando asi la precisi6n de la localizaci6n de un dispositivo medico con respecto a las coordenadas de la sala. [0037] La Figura 1 ilustra un ejemplo no limitante de un sistema de localizaci6n de acuerdo con un modo de realizaci6n de la invenci6n. Un sistema de referencia de coordenadas 10 se define (por ejemplo mediante laseres de sala octogonales en una sala de tratamiento de radioterapia o mediante una selecci6n de emisores de navegaci6n quirurgica en una sala de operaciones) en una sala de tratamientos 20. Un sistema de localizaci6n 30 esta situado en la sala 20 para localizar, grabar, y exponer la posici6n de un objeto 40 (por ejemplo un instrumento quirurgico o una sonda de ultrasonidos "manos libres" localizada para la proyecci6n de imagenes 3D) que puede ser utilizada para el tratamiento de un paciente en una sala de tratamientos 20. El objeto localizado 40 puede incluir cualquiera o mas de las funciones descritas arriba. El objeto localizado 40 incluye un numero de caracteristicas como indicadores pasivos

: o activos 50 que pueden trasmitir o reflejar una senal 60 al sensor de localizaci6n 70 del sistema localizador 30, con tal de indicar la situaci6n (tanto de manera continua como peri6dica) del objeto localizado 40 relacionado con el sistema de referencia de

coordenadas 10. El sistema de localizaci6n 30 esta montado sobre un soporte 80 en el techo de la sala 20. Un detector de movimiento 90 monitoriza al menos uno, pero preferiblemente todos, lo componentes translacionales o rotacionales de la situaci6n y orientaci6n del sistema o de los sistemas de localizaci6n 30. [0038] La sala 20 esta definida por un sistema de referencia de coordenadas 10. Uno

: o mas indicadores sujetos a la pared (o emisores) estan situados sobre la pared 100 y el techo 110 de la sala 20 como un metodo alternativo del sistema de localizaci6n de detecci6n de movimiento, por el que, el movimiento del sistema de localizaci6n calibrado relativo a los indicadores sujetos a la pared indicaria una desalineaci6n del sistema de localizaci6n. En funcionamiento, el sistema de localizaci6n 30 esta calibrado para convertir correctamente la situaci6n del objeto 40 desde las coordenadas del sistema de localizaci6n 120 a las coordenadas del sistema de la sala

10. Una vez esta calibraci6n se ha completado, el sistema de localizaci6n 30 puede recibir las senales 60 emitidas de la selecci6n de indicadores 50 sobre el objeto 40, y enviar esta informaci6n a la unidad de procesamiento. La unidad de procesamiento entonces calcula la posici6n del objeto 40 en las coordenadas de la sala 10. [0039] A lo largo del tiempo, como se describe arriba, puede ocurrir una desalineaci6n del sensor de localizaci6n 70, debido a la alteraci6n del sistema de localizaci6n 30 durante su limpieza o mantenimiento, el movimiento del edificio causado por un asentamiento de los cimientos del edificio a lo largo del tiempo o como consecuencia de un fen6meno natural como un terremoto, vibraciones provocadas por el sistema de climatizaci6n de los edificios, o de una via de tren cercana o una carretera, o una desviaci6n experimental del sistema. La compensaci6n por dichos cambios puede determinarse monitorizando la orientaci6n y posici6n del sistema de localizaci6n 30 o el sensor 70 a traves de un detector de movimiento 90 situado en o dentro del sensor de localizaci6n 70 (o a traves de los indicadores sujetos a la pared). Si se detecta cualquier cambio en la posici6n y/u orientaci6n del detector de movimiento 90, el sistema de localizaci6n 30 lo compensa ajustando los valores de los factores de conversi6n utilizados para calcular la situaci6n del dispositivo medico 40 en las coordenadas basadas en la sala 10. El sistema de localizaci6n 30 esta conectado a un numero de servomotores, o medios de ajuste electricos o mecanicos (no mostrados), para volver a alinear el sensor de localizaci6n 70 si se detecta cualquier alteraci6n en su posici6n u orientaci6n. Una senal tambien puede enviarse a un usuario del dispositivo portatil 40, ya sea a traves de un mensaje de alerta mostrado en la unidad de visualizaci6n o mediante la transmisi6n de una senal de alerta audible, si se ha detectado una desalineaci6n. En algunos casos, el detector de movimiento 90 s6lo puede detector un numero limitado de grados de libertad de una posici6n y rotaci6n.

Por ejemplo, un aceler6metro puede medir dos de tres grados de rotaci6n y no puede medir el movimiento translacional. Dicha informaci6n parcial del movimiento es util para alertar al usuario de la mayoria de las posibles desalineaciones en los seis grados de libertad. En algunos casos, los multiples detectores de movimiento 90, cada uno con diferentes capacidades de detecci6n de grados de libertad, puede combinarse para capturar todos los tipos posibles de desalineaci6n del sistema de localizaci6n 30 y corregir en su totalidad dicha desalineaci6n. [0040] Ademas, el sistema de localizaci6n 30 puede monitorizar las localizaciones de los emisores/indicadores sujetos a la pared 100 o al techo 110 con respecto al sensor de localizaci6n 70, por ejemplo, recibiendo (mediante el sensor de localizaci6n 70, por ejemplo) una senal de localizaci6n emitida desde cada emisor o indicador de transmisi6n sujeto a cada pared 100 o techo 110. Como resultado, el sistema de localizaci6n 30 puede monitorizar la relaci6n posicional entre el sensor de localizaci6n 70 y la sala 20 y compensar cualquier leve desplazamiento del sensor de localizaci6n 70 y/o una o mas paredes de la sala 20 a lo largo del tiempo. En un modo de realizaci6n, sistemas adicionales (similares a, o diferentes a, los sistemas sujetos a la pared 120 como se desea) pueden situarse sobre otros componentes de la sala (como una mesa de tratamiento), permitiendo asi que el sistema de localizaci6n monitorice la relaci6n posicional entre el sensor de localizaci6n 70 y el componente (no mostrado) de la sala de tratamientos a lo largo del tiempo. Se entiende por lo tanto que la presente invenci6n puede aplicarse para detectar errores de calibraci6n, monitorizando peri6dicamente 90 la posici6n del localizador 30 para practicamente cualquier dispositivo de localizaci6n (por ejemplo 6ptico, magnetico, mecanico, un localizador de superficie por laser, etc) en esencialmente cualquier ambiente. [0041] En un ejemplo de modo de realizaci6n, la invenci6n puede incluir un sensor de localizaci6n con una camara 6ptica sujeta a una pared o al techo utilizada para calibrar imagenes tomadas utilizando una sonda portatil de imagenes de ultrasonidos con un sistema de referencia de coordenadas tridimensional definido en una sala de tratamiento de radiaci6n. Sin embargo, debe entenderse que la presente invenci6n puede aplicarse para detectar errores de calibraci6n para practicamente cualquier dispositivo de localizaci6n (por ejemplo 6ptico, magnetico, mecanico, etc) esencialmente en cualquier ambiente. Un sistema de camara para la localizaci6n/posici6n puede estar calibrado con el sistema de coordenadas de la sala de tratamientos (por ejemplo, una sala de operaciones o una sala de tratamiento de radioterapia) y localizar un dispositivo medico (por ejemplo, un instrumento quirurgico

o una sonda de ultrasonido para imagenes 3D) relativa al sistema de coordenadas de la sala de tratamiento. Un dispositivo de monitorizaci6n independiente, por ejemplo un detector de equilibrio, puede sujetarse a la camara calibrada y monitorizar de manera peri6dica la posici6n de la camara. [0042] Con referencia a la Figura 2, uno o mas eventos como una colisi6n fisica con otro objeto o persona, desvia levemente la estructura del localizador 230 o los componentes internos 270 y/o las desviaciones del propio edificio pueden provocar que el localizador 230 se desalinee con respecto al sistema de coordenadas de la sala 10 con el que estaba calibrado originalmente. Debido a que el localizador 230 se ha desplazado de su posici6n calibrada 30, ya no puede determinar de manera efectiva la posici6n del instrumento medico 40 relativa al sistema de coordenadas de la sala 10, y por lo tanto cualquier tratamiento administrado al paciente podria basarse en una posici6n comprometida de dichos instrumentos. [0043] Determinando que el localizador 230 esta fuera de su alineaci6n (y por lo tanto no esta calibrado), el detector de equilibrio 290 puede, por ejemplo, alertar al operador de que existe una desalineaci6n y que su recalibraci6n es necesaria. Ademas, el detector de equilibrio 290 tambien puede enviar instrucciones (mediante, por ejemplo, comunicaciones sin cable o con cable) a uno o mas componentes del aparato de imagenes o quirurgico 40 (por ejemplo para detener las operaciones), evitando asi el tratamiento hasta que el localizador 230 se vuelva a calibrar con el sistema de coordenadas de la sala 10. [0044] El localizador 6ptico 30 (o 230) esta sujeto a un dispositivo de posicionamiento mecanico que acepta instrucciones del detector de equilibrio 90 (o 290). En esos casos, las instrucciones incluyen informaci6n correctiva relacionada con la desalineaci6n de la posici6n calibrada, proporcionando asi las 6rdenes necesarias para llevar el dispositivo de posicionamiento mecanico de vuelta a su posici6n original. La informaci6n correctiva se envia al sistema de imagenes o el dispositivo medico 130 y se utiliza para compensar la desalineaci6n al localizar los dispositivos o registrar las imagenes en el sistema de coordenadas de referencia 10. Una monitorizaci6n adicional de los localizadores 6pticos 30 (o 230) y en particular sus posiciones y orientaciones 120 con respecto al sistema de coordenadas de la sala 10, puede llevarse a cabo monitorizando la localizaci6n del localizador 30 (o 230) con respecto a un numero de emisores sujetos a la pared 100 o al techo 110 situados en una serie de localizaciones alrededor de la sala, como se ha descrito arriba.

Claims

Reivindicaciones

1. Un aparato para monitorizar un objeto (40) con respecto a un primer sistema

de coordenadas (10), comprendiendo el aparato: un sistema de localizaci6n (30) calibrado con el primer sistema de coordenadas (10), para localizar el objeto (40); un dispositivo detector de movimiento (90) asociado al sistema de localizaci6n (30) para detectar un desplazamiento de un elemento del sistema de localizaci6n (30); un sistema de procesamiento en comunicaci6n con el dispositivo detector de movimiento (90) y el sistema de localizaci6n (30), el dispositivo de procesamiento configurado para:

calcular la localizaci6n del objeto (40) con respecto al segundo sistema de coordenadas (120) asociado al sistema de localizaci6n; calcular un factor de ajuste basado en el desplazamiento detectado; y ajustar la localizaci6n del objeto (40) desde la localizaci6n con respecto al segundo sistema de coordenadas (120) hasta una localizaci6n con respecto al primer sistema de coordenadas (10) de acuerdo con el factor de ajuste; y un dispositivo de ajuste de posici6n: en el que el dispositivo de procesamiento se adapta para proporcionar una senal al dispositivo de ajuste de posici6n, el dispositivo de ajuste de posici6n adaptado para ajustar la posici6n y orientaci6n de dicho elemento del sistema de localizaci6n (30) en respuesta a la senal, volviendo a calibrar asi el sistema de localizaci6n (30) con el primer sistema de coordenadas (10).
2.

El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el factor de ajuste es una transformaci6n.
3.

El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el sistema de localizaci6n (30) esta configurado para detectar caracteristicas asociadas al objeto (40).
4.

El aparato de la reivindicaci6n 3, en el que las caracteristicas estan integradas en el objeto (40).
5.

El aparato de la reivindicaci6n 3, en el que las caracteristicas estan localizadas en la superficie de los objetos.
6.

El aparato de la reivindicaci6n 3, en el que las caracteristicas comprenden al menos un indicador activo (50).
7.

El aparato de la reivindicaci6n 6, en el que al menos un indicador activo (50) comprende al menos un indicador 6ptico, un indicador acustico, un indicador magnetico, indicadores electr6nicos radioactivos, o emisores de radiofrecuencia.
8.

El aparato de la reivindicaci6n 3, en el que las caracteristicas comprenden al menos un indicador pasivo.
9.

El aparato de la reivindicaci6n 8, en el que al menos un indicador pasivo (50) comprende al menos un reflector, un indicador electr6nico, un indicador acustico, un indicador magnetico, o un indicador radioactivo.
10.El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el objeto (40) comprende al menos un dispositivo medico, una herramienta de navegaci6n quirurgica, un dispositivo de diagn6stico, o un dispositivo de tratamiento.
11.La aplicaci6n de la reivindicaci6n 1, en la que el objeto comprende una caracteristica anat6mica de un paciente.
12.El aparato de la reivindicaci6n 11, en el que la caracteristica anat6mica comprende una caracteristica externa del paciente.
13.El aparato de la reivindicaci6n 11, en el que la caracteristica anat6mica comprende una caracteristica interna del paciente.
14.El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el sistema de localizaci6n (30) comprende al menos una camara 6ptica, un localizador magnetico, una camara de infrarrojos, un localizador basado en radiofrecuencia, o un dispositivo de escaneado de superficies por laser.
15.El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el primer sistema de coordenadas 10 esta definido por una pluralidad de laseres situados en una sala.
16.El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el primer sistema de coordenadas 10 esta definido por una de las orientaciones fisicas de un dispositivo medico, un dispositivo de tratamiento o una posici6n del paciente.
17.El aparato de la reivindicaci6n 1, en el que el dispositivo detector de movimiento (90) comprende al menos un sistema de equilibrio, un aceler6metro, un inclin6metro, un magnet6metro, o una serie de indicadores montables.
18.El aparato de la reivindicaci6n 1, comprendiendo tambien un m6dulo de alerta para alertar a un usuario del aparato de un desplazamiento del sistema de localizaci6n (30).
19.El aparato de la reivindicaci6n 18, en el que la alerta se basa en el desplazamiento detectado que excede un limite predeterminado.
20.El aparato de la reivindicaci6n 1, comprendiendo tambien un dispositivo de control para controlar la operaci6n de al menos uno de los dispositivos medico, dispositivo de tratamiento, o un dispositivo de diagn6stico.
21.Un metodo para utilizar el aparato de la reivindicaci6n 1 para recalibrar un dispositivo de posici6n-localizaci6n con un sistema de referencia de coordenadas (10), comprendiendo el metodo los pasos de:

calibrar una posici6n y orientaci6n del sistema de localizaci6n (30) con el primer sistema de coordenadas (10); detectar errores de alineaci6n basados en el movimiento entre el sistema de localizaci6n (30) y el primer sistema de coordenadas; basado en los errores de alineaci6n detectados, recalibrar la posici6n y orientaci6n del sistema de localizaci6n (30) con el primer sistema de coordenadas (10) para reducir los errores de alineaci6n; y ajustar la posici6n y orientaci6n del sistema de localizaci6n (30) para corregir los errores de alineaci6n.
22.El metodo de la reivindicaci6n 21, en el que los errores de alineaci6n consisten en al menos un componente direccional de translaci6n y/o rotaci6n.
23.El metodo de la reivindicaci6n 21, en el que el paso de ajuste se lleva a cabo de manera automatica en respuesta a la detecci6n de un error de alineaci6n.
24.El metodo de la reivindicaci6n 21, en el que el paso de ajuste se lleva a cabo manualmente por el usuario.
25.El metodo de la reivindicaci6n 21, comprendiendo tambien el paso de inutilizar el objeto (40) que esta siendo localizado por el sistema de localizaci6n (30) al detectar un error de alineaci6n.