ES2708555T3 - Sistema para determinar y realizar el seguimiento del movimiento durante un procedimiento médico - Google Patents

Abstract

Un sistema de guiado por imagen (10) para realizar el seguimiento de un instrumento quirúrgico durante la cirugía oral, que comprende: un dispositivo (12) configurado para ser unido de manera desmontable a uno o más dientes en la boca de un paciente en una posición cerca de un área quirúrgica; un primer conjunto de seguimiento (200) que incluye un conjunto de soporte (100) unido de manera desmontable al dispositivo (12) y una primera superficie de patrón de seguimiento (208), incluyendo la primera superficie de patrón de seguimiento (208) un primer patrón visible ópticamente, posicionando el conjunto de soporte (100) al primer patrón de seguimiento en una posición separada del área quirúrgica; una herramienta (302) para uso en el procedimiento quirúrgico; un segundo conjunto de seguimiento (300) que incluye una segunda superficie de patrón de seguimiento (306) montada en la herramienta (302), incluyendo la segunda superficie de patrón de seguimiento (302) un segundo patrón visible ópticamente; una pluralidad de cámaras (800) montadas separadas del área quirúrgica en una posición que permite a las cáma15 ras (800), cuando están activadas, capturar imágenes de los patrones ópticamente visibles en la primera y segunda superficies de patrón de seguimiento (208, 306); un conjunto de datos de referencia que incluye la posición y orientación del dispositivo (12) con respecto a una exploración del área quirúrgica; y un sistema de procesamiento para procesar las imágenes capturadas y configurado para reconocer los patrones ópticamente visibles y triangular las posiciones y orientaciones de los conjuntos de seguimiento primero y segundo (200, 300), determinando el sistema de procesamiento la posición y la orientación de la herramienta a la que se ha realizado el seguimiento (302) basado en el conjunto de datos de referencia y analizando las transformaciones relativas entre cada cámara de los patrones ópticamente visibles en la primera y segunda superficies de patrones de seguimiento (208, 306), caracterizado en que el dispositivo (12) incluye un soporte rígido (14) que incluye una base (16) y una pared interior (18) y una pared exterior (20) unidas enterizamente y que se extienden hacia afuera desde la base (16), siendo la separación de las paredes interior y exterior (18, 20) más grande que la anchura de los dientes del paciente, un material moldeable en una superficie inferior de la base (16) adaptado para ser asegurado a los dientes del pa30 ciente en un estado curado, una pluralidad de marcadores de referencia (80) montados en el soporte (14) para posicionarlos dentro de la boca del paciente, teniendo los marcadores de referencia (80) una radiodensidad diferente a la del dispositivo (12), al menos una pestaña (28) que se extiende hacia afuera desde la pared exterior (20); y en el que el conjunto de soporte (100) incluye una montura de soporte (102) que está unida de manera retirable a la pestaña (28) en el dispositivo (12), una montura de seguimiento (106) que está unida a la primera superficie de patrón de seguimiento (208), y un brazo de soporte (104) que une la montura de soporte (102) a la montura de seguimiento (106)

Description

DESCRIPCION

Sistema para determinar y realizar el seguimiento del movimiento durante un procedimiento medico

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema para cirugfa guiada por imagenes y, mas en particular, a un sistema para determinar y realizar el seguimiento de los movimientos durante un procedimiento medico usando un punto de referencia visible externamente.

Antecedentes

La cirugfa guiada por imagenes ha tenido un gran desarrollo a lo largo de los anos y en la actualidad es una herramienta muy importante en los procedimientos quirurgicos. La mayona de los desarrollos se han centrado en las posiciones de imagenes en el cuerpo en el que hay muy poco acceso, tal como en los organos internos.

La cirugfa oral, que se define aqu como cualquier cirugfa que se produzca dentro de la cavidad oral, puede ser tan diffcil de realizar visualmente como las anteriores. La cavidad oral es relativamente pequena y es diffcil para un paciente mantenerla abierta durante penodos prolongados de tiempo. Incluso si un sitio quirurgico es visible, una vez que el taladro penetra, resulta diffcil determinar en que posicion se encuentra la punta en un momento dado.

La cirugfa guiada por imagenes implica el uso de un escaneo de tomograffa axial por computador o computarizada, comunmente denominado TC o TAC, para crear una imagen digital del sitio quirurgico (generalmente en tres dimensiones). El cirujano a continuacion crea un plan para la cirugfa utilizando la imagen. Durante la cirugfa, la imagen generada a partir del CT anterior se utiliza junto con un instrumento especial, para representar visualmente el punto en el que se encuentra la punta del instrumento dentro del paciente.

Con el fin de hacerlo, la imagen digital del escaneo debe ser registrada con precision en el sitio quirurgico del pa­ ciente, de manera que el movimiento del paciente produzca el ajuste de la imagen digital. Tambien se debe conocer la posicion exacta de la punta del instrumento en relacion con el paciente.

Para la cirugfa oral, tal como durante la colocacion de implantes dentales, un medico tiene que taladrar en el espacio libre mientras controla el taladro en seis grados de libertad estando potencialmente el paciente en movimiento. Esto hace que taladrar con precision el hueso bueno al mismo tiempo que se evitan las rafces y los nervios sea muy diff­ cil. De esta manera, la cirugfa guiada por imagenes se ha utilizado recientemente para facilitar el proceso de taladrado. Los medicos utilizan los escaneos por CT de los dientes del paciente para determinar con precision la densidad osea, la anchura y la altura, asf como para comprender las relaciones de otros dientes y las estructuras anatomicas para planificar un evento quirurgico que proporcione la solucion restauradora que probablemente sera la mas exitosa y menos traumatica.

Actualmente existe software de planificacion y sistemas de fabricacion que utilizan la imagen de CT para ayudar a trasladar un plan prequirurgico a una plantilla quirurgica pasiva, es decir, crear un plan virtual para la cirugfa y a continuacion prefabricar en el laboratorio dental una plantilla quirurgica para implementar el plan. Estas plantillas quirurgicas pasivas ayudan a dirigir con precision al medico a la posicion, el angulo y la profundidad adecuados. La cirugfa guiada por imagen pasiva tiene limitaciones. Deben ser fabricadas antes de la cirugfa en un laboratorio den­ tal o por un fabricante de modelos. Esto requiere mayor tiempo del medico y del paciente asf como gasto economico. Si hay un cambio en la boca de un paciente o si el medico desea cambiar el plan, la plantilla ya no es util. En muchos casos, el paciente no puede abrir la boca lo suficiente para acomodar los instrumentos necesarios y la plantilla.

La cirugfa guiada por imagen activa resuelve muchos de los problemas de los sistemas guiados pasivamente, es decir, la apertura maxima de la boca limitada, la necesidad de prefabricar una plantilla pasiva y la incapacidad de cambiar el plan durante la cirugfa puede superarse con sistemas guiados activamente. Con el fin de proporcionar una cirugfa guiada por imagen activa, la posicion de la boca del paciente, espedficamente el hueso y los dientes, debe ser seguidos y registrados con precision en la imagen escaneada y en la herramienta quirurgica. Con el fin de hacerlo, la mayona de los sistemas convencionales requieren la creacion de un dispositivo de registro que se una a la cabeza del paciente o se inserte en la boca, que incluye marcadores de referencia y un sensor. Algunos dispositivos de registro estan conectados en el exterior de la cabeza, por ejemplo, a un dispositivo montado en la cabeza. Otros involucran un dispositivo que esta unido a la mandfbula con los sensores posicionados fuera de la boca para limitar la interferencia con la zona quirurgica y permitir que los sensores opticos realicen el seguimiento del movi­ miento del dispositivo y de la herramienta quirurgica.

Con el fin de crear el dispositivo oral, se toma una impresion, generalmente de los conjuntos de dientes superiores e inferiores semanas antes de la operacion. A continuacion, la impresion se envfa a un laboratorio en el que se hace un molde que duplica sustancialmente los dientes. A partir del molde se hace un dispositivo oral que se asienta en los dientes o que esta disenado para ser perforado en la mandfbula. El dispositivo incluye al menos los marcadores de referencia y tambien, si no esta equipado con un sensor, incluye posiciones de montaje para los sensores opticos.

Despues de que el laboratorio haya creado el dispositivo, este se devuelve al cirujano dental. Se ingresa al paciente, se le coloca el dispositivo y se realiza un escaneo CT. El paciente es enviado de nuevo a casa. Una imagen digital de la cavidad oral del paciente es creada a partir del escaneo y el cirujano desarrolla el plan quirurgico.

A continuacion se ingresa al paciente para la operacion. El dispositivo esta unido al paciente. Los transmisores opticos estan situados alrededor del paciente y emiten senales que son detectadas por el o los sensores. El o los sensores envfan una senal al software a medida que la boca del paciente se mueve y se realiza un ajuste en la imagen digital de la cavidad bucal del paciente. El software tambien realiza un seguimiento de la posicion del instrumento y muestra una imagen del instrumento en la posicion adecuada en relacion con la imagen digital de los dientes.

Ademas de las molestias para el paciente, los sistemas existentes tienden a tener algunas dificultades para registrar con precision al paciente en el escaneo digital. Todos los sistemas actuales de cirugfa guiada por imagen activa dental implican el uso de un seguimiento optico que requiere que el dispositivo que se coloca en la boca del paciente se extienda fuera de la boca para que sea detectado por el transmisor o los receptores opticos.

Sumario de la invencion

La invencion se define en la reivindicacion 1. Se describe un sistema de guiado por imagen para el seguimiento de un instrumento quirurgico durante la cirugfa oral. El sistema incluye un dispositivo configurado para ser unido de manera retirable a la anatoirna de un paciente en una posicion cerca de un area quirurgica.

Un primer conjunto de seguimiento, incluido un conjunto de soporte, esta unido de manera retirable al dispositivo. El primer conjunto de seguimiento incluye una primera superficie de patron de seguimiento que incluye un primer pa­ tron visible opticamente. El conjunto de soporte posiciona el primer patron de seguimiento en una posicion separada del area quirurgica.

El sistema incluye una herramienta para su uso en el procedimiento quirurgico. Un segundo conjunto de seguimiento esta unido a la herramienta e incluye una segunda superficie de patron de seguimiento. La segunda superficie de patron de seguimiento incluye un segundo patron visible opticamente.

Una pluralidad de camaras se montan separadas del area quirurgica en una posicion que permite que las camaras, cuando se activan, capturen imagenes de los patrones opticamente visibles en las superficies primera y segunda del patron de seguimiento.

Un sistema de procesamiento esta conectado a las camaras y procesa las imagenes capturadas. El procesador esta configurado para reconocer los patrones opticamente visibles y triangular las posiciones y las orientaciones de los conjuntos de seguimiento primero y segundo. El sistema de procesamiento determina la posicion y la orientacion de la herramienta de la que se ha realizado el seguimiento en funcion de un conjunto de datos de referencia que incluye la posicion y la orientacion del dispositivo con respecto a un escaneo, como un escaneo por TAC del area quirurgica. El sistema de procesamiento analiza las transformaciones relativas entre cada camara de los patrones opticamente visibles en las superficie primera y segunda de patron de seguimiento.

El dispositivo esta configurado para unirse de manera retirable a uno o mas dientes en la boca de un paciente. El conjunto de soporte incluye una montura de montaje que se sujeta de manera desmontable a una pestana en el dispositivo. El conjunto de soporte tambien incluye una montura de seguimiento que se adhiere a la primera superfi­ cie del patron de seguimiento, y un brazo de soporte que une la montura de soporte a la montura de seguimiento. La montura de soporte incluye preferiblemente dos postes de montaje separados que se aplican a la pestana. La fijacion de la montura de seguimiento a la primera superficie del patron de seguimiento es preferiblemente ajustable. En una realizacion, la montura de seguimiento incluye una base con una serie de indentaciones y salientes. El pri­ mer conjunto de seguimiento incluye un bastidor con una union a la montura de seguimiento, estando configurado la union para permitir que el bastidor sea orientado ajustablemente con respecto al conjunto de soporte. El bastidor puede incluir una serie de indentaciones y salientes que estan configuradas para emparejarse con las indentaciones y los salientes en la montura de seguimiento para permitir que la orientacion de rotacion del bastidor de seguimiento con respecto a la base sea ajustable.

Los patrones opticamente visibles contienen cada uno preferiblemente una pluralidad de formas de contraste en 2D, estando dispuestas las formas de contraste para diferenciar de manera unica cada patron visible opticamente del otro patron visible opticamente.

Cada camara esta situada para capturar al menos una parte del patron visible opticamente en cada una de las su­ perficies del primer y segundo patron de seguimiento, de modo que una imagen de cada patron visible opticamente capturado por la camara se encuentre en un angulo de vision diferente al de la imagen del mismo patron opticamen­ te visible capturado por la (s) otra (s) camara (s). Las camaras estan configuradas para enviar datos representativos de las imagenes en 2D de los patrones opticamente visibles capturados por las camaras.

El procesador incluye un conjunto de datos de patrones que incluyen datos de posicion para contrastar formas en cada uno de los patrones en el conjunto de datos. El procesador esta configurado para analizar el conjunto de datos de patrones para determinar cual de los patrones en el conjunto de datos corresponde a cada uno de los patrones opticamente visibles en las imagenes en 2d recibidas de las camaras.

Las formas en contraste incluyen cuadros adyacentes de distinto color, y cada conjunto de cuadros adyacentes esta separado unos de los otros por una lmea. Un punto definido esta formado por un punto central de dos lmeas que se cruzan, y el procesador determina la posicion de los puntos definidos en el conjunto de datos de patrones, los patro­ nes opticamente visibles para determinar si un patron dado del conjunto de datos de patrones corresponde a los patrones opticamente visibles.

El dispositivo esta configurado para encajarse de manera retirable en uno o mas dientes del paciente. La pestana se extiende hacia afuera desde en el que se situana el diente del paciente.

Se describe un metodo para proporcionar el guiado por imagen en un procedimiento quirurgico oral utilizando el sistema de guiado por imagen que se ha descrito mas arriba.

Las anteriores y otras caractensticas de la invencion y las ventajas de la presente invencion se haran mas evidentes a la luz de la descripcion detallada que sigue de las realizaciones preferidas, como se ilustra en las figuras adjuntas. Como se comprendera, la invencion es capaz de modificaciones en varios aspectos, todos sin apartarse de la inven­ cion. En consecuencia, los dibujos y la descripcion se deben considerar como de naturaleza ilustrativa, y no restrictiva.

Breve descripcion de los dibujos

Con el fin de ilustrar la invencion, los dibujos muestran una forma de la invencion que se prefiere actualmente. Sin embargo, se debe entender que esta invencion no esta limitada a las disposiciones e instrumentos precisos que se muestran en los dibujos.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de seguimiento con una superficie de visualizacion de pa­ trones unida a un dispositivo oral para su uso en una realizacion de la presente invencion.

La figura 2 es una vista desde arriba del dispositivo de fijacion oral y el conjunto de seguimiento de la figura 1. La figura 3 es una vista en perspectiva de otra realizacion de un conjunto de seguimiento con una superficie de vi­ sualizacion de patrones unida a un dispositivo oral segun la presente invencion.

La figura 4 es una vista lateral del dispositivo oral y del conjunto de seguimiento de la figura 3.

La figura 5 es una vista lateral de un soporte para unir un conjunto de seguimiento a un dispositivo oral segun la presente invencion.

La figura 6 es una vista lateral diferente del soporte de la figura 5.

La figura 7 es una vista en perspectiva de otra realizacion de un conjunto de seguimiento unido a un instrumento dental de acuerdo con la presente invencion.

La figura 8 es una vista lateral del instrumento dental y el conjunto de seguimiento de la figura 7.

La figura 9 es el conjunto de seguimiento de la figura 7 retirado del instrumento dental.

La figura 10 es una ilustracion de una realizacion de un patron para uso en la superficie de visualizacion de patro­ nes del conjunto de seguimiento.

La figura 11 es una ilustracion de una placa de seguimiento con cuatro patrones de seguimiento dispuestos para un seguimiento unico del patron.

La figura 11A es una vista ampliada de una parte del patron de seguimiento de la figura 11.

La figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo convencional para determinar la postura del modelo. La figura 13 es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para determinar la postura del modelo de acuerdo con la presente invencion.

La figura 14 es una representacion esquematica de un dispositivo oral y de un instrumento dental con camaras de imagenes segun la presente invencion.

Descripcion de las realizaciones preferidas

La presente invencion trata las deficiencias de la tecnica anterior proporcionando un sistema de guiado por imagen para realizar un seguimiento eficiente del movimiento de un paciente durante la cirugfa. La presente invencion se describira en relacion con la c io ^a oral y el seguimiento del movimiento de la boca de un paciente, pero la inven­ cion no se limita necesariamente a esa realizacion. En una realizacion, el sistema de guiado de imagenes incluye una pluralidad de camaras situadas fuera de la cavidad bucal para proporcionar imagenes de patrones opticamente visibles adheridos al paciente por medio de un dispositivo oral y que estan situados fuera del area en la que se esta operando. Las imagenes se utilizan para detectar y realizar el seguimiento del movimiento de la boca del paciente y/o un instrumento o herramienta quirurgico. Un sistema de procesamiento recibe y procesa las imagenes para reconocer patrones y triangular las posiciones y orientaciones relativas a cada camara. El sistema de procesamiento utiliza un conjunto de datos de referencia que define un sistema de coordenadas de referencia basado en la alineacion con una parte de la anatoirna oral. El sistema de procesamiento determina la posicion y la orientacion del ins­ trumento quirurgico al que se le ha realizado el seguimiento y el dispositivo oral en funcion del conjunto de datos de referencia.

Volviendo a continuacion a las figuras, se muestran realizaciones del sistema de guiado por imagen 10 para su uso en un procedimiento quirurgico oral. Como se hara evidente, las caractensticas de la invencion no se limitan a los procedimientos quirurgicos orales y tienen aplicabilidad a otros procedimientos quirurgicos. En una realizacion, el sistema 10 incluye un dispositivo dental oral o dispositivo 12 que esta disenado para unirse a uno o mas dientes del paciente. Un dispositivo adecuado se describe en la solicitud de patente en tramitacion junto con la presente, numero de serie 14/209.500. Los detalles del dispositivo 12 tal como se hace referencia en la presente memoria descriptiva se pueden encontrar en esa solicitud. El dispositivo 12 se puede unir preferiblemente de manera retirable a los dientes del paciente e incluye un soporte 14 que esta hecho de un material adecuadamente fuerte, preferiblemente un material plastico termoestable, que es lo suficientemente ngido para no deformarse cuando se somete a las temperaturas elevadas que se analizan a continuacion. En una realizacion, el material plastico es polifenilsulfona o copolfmero de acetal. El soporte 14 incluye una base 16 que preferiblemente es generalmente plana, con una pared interior 18 y una pared exterior 20. La pared interior 18 y la pared exterior 20 estan unidas y se extienden hacia afuera desde la base 16. Preferiblemente, las paredes 18, 20 se extienden hacia afuera desde la base 16 en angulos sustancialmente o generalmente rectos desde la base 16. Sin embargo, como se apreciara, las paredes podnan estar en otros angulos deseados desde la base 16. Las paredes y la base se forman preferiblemente como un componente enterizo. La separacion de las paredes interior y exterior 18, 20 es mayor que la anchura de los dientes a los que se pretende que se adhiera el dispositivo oral 12. Debe ser evidente que la separacion de las paredes 18, 20 puede ser diferente entre los dispositivos disenados para adultos y ninos. Las paredes 18, 20 tienen preferiblemente una altura desde la base que se extiende debajo de la parte superior de los dientes del paciente cuando se instalan. Preferiblemente, la altura es suficiente para que se extiendan de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 13,5 mm desde la superficie de oclusion cuando estan instaladas en el diente de un paciente con el material que lo recubre.

Como se describe en la solicitud en tramitacion junto con la presente numero de serie14/209.500, el dispositivo oral 12 tambien incluye un material termoplastico moldeable situado en una superficie interna del soporte 14, preferible­ mente en la base 16. El material moldeable esta disenado para formar una impresion de una porcion de los dientes de un paciente. Mas espedficamente, cuando el material moldeable esta en su estado sin curar (desactivado), el material se "activa" colocando el dispositivo oral 12 (soporte 14 con material moldeable en el mismo) en un recipiente con agua tibia o caliente a una temperatura por encima de la cual el material comienza a ser moldeable. Preferi­ blemente, el material elegido tiene una caractenstica que proporciona al usuario una indicacion visual de que el material esta listo para ser moldeado, tal como cambiar de color (por ejemplo, de blanco a transparente o translucido). Una vez que el material es activado, el dispositivo oral 12 se coloca sobre los dientes de un paciente y se aplica una ligera presion hacia abajo que hace que el material moldeable se deforme alrededor de la parte superior y al menos algunos de los lados de los dientes entre las paredes de soporte 18, 20. Despues de un penodo de tiempo prescrito, generalmente de aproximadamente 30 segundos a un minuto, el material moldeable se ajusta para formar una impresion de la forma exterior y de los contornos de los dientes que estaban cubiertos por el material. El disposi­ tivo oral 12 se puede extraer de la boca del paciente. Se puede lograr un curado adicional colocando el dispositivo oral 12 con el material de moldeo en un recipiente con agua fna o helada para completar el proceso de fijado.

El material seleccionado debe permanecer solido (curado) a las temperaturas que normalmente existen en la boca de una persona (generalmente, alrededor de 37,78°C (100 grados F)), y moldeables a una temperatura superior a esa (por ejemplo, mas de 54,44°C (130 grados F)), al menos hasta que este fijado inicialmente. El material debe ser lo suficientemente ngido en su estado curado para mantener la forma de la impresion sin distorsionarla. Los materiales termoplasticos adecuados para uso en la invencion incluyen policaprolactona o polivinilsiloxano (PVS). Sin em­ bargo, cualquier tipo de material moldeable que pueda fijar y retener una impresion puede ser usado en la presente invencion. El material moldeable se puede aromatizar para complacer al paciente durante el proceso de moldeo. La cantidad de material utilizado variara dependiendo de la cantidad y el tamano de los dientes que se van a moldear.

El dispositivo oral 12 tambien incluye una pluralidad de marcadores de referencia 80 montados en el soporte 14 para que el sistema determine la posicion en la que se encuentra el dispositivo oral 12 (y, por lo tanto, la camara) con relacion a los dientes del paciente. Los marcadores 80 estan en ciertas posiciones en el dispositivo 12 y son parte de un sistema de registro para situar correctamente el dispositivo 12 en el espacio. Como se explicara con mas detalle a continuacion, los marcadores de referencia son detectados durante un escaneo por TAC de la boca del paciente y su posicion se registra en el escaneo. Preferiblemente, hay al menos tres marcadores de referencia 80 separados unos de los otros y unidos ngidamente al soporte 14. El uso de los tres marcadores de referencia permite la posicion del dispositivo oral en tres dimensiones. Los marcadores de referencia pueden estar situados en la base 16 y/o en las paredes 18, 20.

Los marcadores de referencia 80 pueden ser de forma esferica y/o coloreados para que un tecnico o medico los pueda detectar facilmente, asf como el software que se esta utilizando. Mas espedficamente, para que los marcado­ res de referencia 80 se detecten en una imagen escaneada, los marcadores de referencia 80 deben tener una radiodensidad diferente (es decir, la densidad detectada por el escaner CT) que la del dispositivo, la del material moldeable y la de los dientes. En una realizacion, los marcadores de referencia 80 son rodamientos de bolas ceramicos. Sin embargo, otros materiales, formas y tamanos pueden ser utilizados. Preferiblemente, los marcadores de referencia 80 tienen cada uno su propia radiodensidad o son de diferentes tamanos o formas, de modo que se puede usar un programa de software para detectar automaticamente los diferentes marcadores de referencia 80 en la imagen es­ caneada. El software tambien puede aplicar un color en la imagen escaneada que corresponda al color o la forma de los marcadores para ayudar en el registro del dispositivo oral 12, como se explicara mas adelante. Tambien se contempla que los marcadores de referencia puedan incluir atributos opticos pasivos, tales como superficies especulares o difusas, o atributos opticos activos, tales como materiales emisores de luz, para usar en la posicion visual de los marcadores de referencia en relacion con una camara u otra posicion.

Aunque los marcadores de referencia preferidos se distinguen de los dientes y del dispositivo oral 12 por su radio­ densidad, tambien se contempla que se puedan usar otras caractensticas distintivas distintas de la densidad. Por ejemplo, los marcadores pueden ser transmisores prefijados u otros dispositivos de localizacion de posicion.

El dispositivo oral 12 incluye tambien al menos una montura 26 unida o formada enterizamente con el soporte 14. En la realizacion que se ilustra, la montura 26 se extiende hacia afuera desde la pared exterior 20. Como se explicara mas adelante, la montura 26 esta configurada para tener un conjunto de seguimiento 200 unido a la misma para su uso en el movimiento de seguimiento (cambios de posicion) del dispositivo 12. En una realizacion, la montura 26 incluye al menos una pestana 28 y mas preferiblemente dos pestanas separadas 28, 30 que se extienden fuera del lado del dispositivo 12. Cada pestana 28, 30 puede incluir muescas o indentaciones 32 formadas en los lados laterales opuestos de la pestana 28, 30.

Un conjunto de soporte 100 se puede unir de manera retirable a la montura 26 del dispositivo oral 12 y esta configurado para sostener el conjunto de seguimiento 200. En la realizacion que se ilustra, el conjunto de soporte incluye una montura de soporte 102 que se une de manera retirable a las pestanas 28, 30 en el dispositivo, un brazo de soporte 104 y una montura de seguimiento 106. La montura de soporte 102 incluye dos postes de montaje separa­ dos 108^a, 108^b. Cada poste de montaje 108 incluye preferiblemente un saliente 110 que esta configurado para aplicarse y asentarse en la indentacion 32 de manera que los postes de montaje 108^a, 108^b se colocan en cada lado de y contra las pestanas 28, 30.

El brazo de soporte 104 incluye una porcion principal 112 y una porcion de dispositivo 114 que se extiende entre los postes 108^a, 108^b. En una realizacion, el brazo de soporte 104 esta unido ngidamente, preferiblemente fijamente, a uno de los postes 108^a . El otro poste 108^b (el que esta mas alejado de la porcion principal 112) esta dispuesto prefe­ riblemente de manera deslizante sobre la porcion de fijacion 114 de manera que la separacion entre los postes 108^a , 108^b sea ajustable Un extremo distal de la porcion de dispositivo 114 se extiende a traves del poste 108^b. Las roscas (que no se muestran) estan formadas preferiblemente en el extremo distal de la parte de fijacion 114. Un pomo 116 se enrosca en el extremo distal de la porcion de fijacion. Como se muestra en la figura 6, los pasadores del brazo de seguimiento 113 se usan para sujetar los postes 108 cautivos en el brazo de soporte 112. Esto permite que los postes 108 giren libremente alrededor del brazo de soporte 112. Cuando se montan en el dispositivo 12, el poste 108Aesta posicionada contra las pestanas 28, 30 de manera que la porcion sobresaliente 110 se asiente en la in­ dentacion 32. El otro poste 108^b se desliza en el extremo distal de la porcion del dispositivo del brazo de soporte 104 hasta que su porcion sobresaliente 110 se asiente dentro de la otra indentacion 32. El pomo 116 se aprieta, asegurando de esta manera el brazo 104 al dispositivo oral 12. Es facilmente evidente que los postes 108, por otra parte, podnan incluir porciones con indentaciones y las pestanas 28, 30 podnan tener porciones sobresalientes, o los pos­ tes y las pestanas podnan tener simplemente superficies de montaje al ras.

Como se ha explicado mas arriba, el extremo opuesto del brazo 104 incluye una montura de seguimiento 106 para unir un conjunto de seguimiento de dispositivo 200. En la realizacion que se ilustra, la montura de seguimiento 106 incluye un talon roscado 118 y una base 120. La base 120 tiene preferiblemente una serie de dientes o indentacio­ nes y salientes 122. La base 120 y el talon roscado 118 son preferiblemente enterizos con la porcion principal 112 del brazo 104.

El conjunto de seguimiento de dispositivo 200 esta unido a la montura de seguimiento 106 para que sea preferible­ mente ajustable. Mas en particular, el conjunto de seguimiento de dispositivo 200 incluye un bastidor 202 que se une a la montura de seguimiento 106 del conjunto de soporte 100. El dispositivo esta configurado preferiblemente para permitir que el bastidor se oriente de manera ajustable con respecto al conjunto de soporte 100 como se explicara mas adelante con mas detalle. En la realizacion que se ilustra, el bastidor 202 incluye un orificio 203 (mostrado en la figura 4) con roscas que se aplican a las roscas en el talon 118 del brazo 104. Preferiblemente, hay una serie de dientes o indentaciones y salientes 204 que estan configurados para acoplarse con los dientes o indentaciones y salientes 122 en el conjunto de soporte 100. La inclusion de los dientes de acoplamiento 122/204 permite una capacidad de ajuste precisa y repetible de la posicion del bastidor 202 con respecto al brazo de soporte 104. En la reali­ zacion que se ilustra, el montaje del conjunto de seguimiento de dispositivo 200 en el conjunto de soporte 100 permi­ te que el conjunto de seguimiento se disponga de forma bloqueable en diferentes posiciones de rotacion alrededor del eje 206.

El conjunto de seguimiento incluye una superficie de visualizacion de patrones 208 que esta unida o formada sobre el bastidor 202. Al ajustar la union del conjunto de seguimiento de dispositivo 200 al conjunto de soporte 100, es posible cambiar la orientacion de la superficie de visualizacion de patrones 208 alrededor del eje 206. Esta es una caractenstica beneficiosa ya que permite que la superficie de visualizacion del patron 208 se oriente en una posicion adecuada durante el uso para proporcionar la maxima capacidad de deteccion de la superficie por camaras montadas externamente.

La superficie de visualizacion de patrones puede tener cualquier forma adecuada. En una realizacion que se muestra en las figuras 1 y 2, la superficie de visualizacion de patrones 208 del conjunto de seguimiento es sustancialmente cilmdrica y tiene un eje que preferiblemente es colineal con el eje 206. En otra realizacion que se muestra en las figuras 3 y 4, la superficie de visualizacion de patrones 208 del conjunto de seguimiento es sustancialmente plana o aplanada. Es facilmente evidente que se podna usar cualquier otra forma con la presente invencion.

Un patron de seguimiento 210 esta dispuesto o formado en la superficie de visualizacion de patrones 208. El patron de seguimiento 210 es un patron visible opticamente que esta configurado para proporcionar puntos de referencia visuales para que las camaras instaladas externamente detecten el uso de un sistema informatico para realizar el seguimiento de la posicion y el movimiento del conjunto de seguimiento, y, por lo tanto, del dispositivo oral 12. En una realizacion, el patron de seguimiento puede incluir una serie de Codigos de Referencia Rapida o QR no repetitivos separados de la superficie del conjunto de seguimiento 200. La Solicitud con numero de serie 14/209.500 des­ cribe algunos patrones de seguimiento adecuados que se pueden usar en la presente invencion. La figura 10 ilustra un patron de seguimiento 2D que puede ser usado en la presente invencion.

Tambien se pueden usar codigos de barras, codigos Aztec u otros codigos 2D, o imagenes graficas. El patron utiliza preferentemente colores de contraste, tales como el negro (que se muestra en sombreado cruzado denso) y el blan­ co, para facilitar la deteccion y el reconocimiento por parte del sistema. La disposicion de los cuadrados de tablero de ajedrez esta dispuesta de manera que sea facil y rapida de identificar. Tambien se contempla que se pueden usar otros mecanismos para proporcionar los datos de referencia necesarios, incluyendo LED, una matriz de datos, glifos de datos o caractensticas realzadas o reducidas similares a braille. El patron de seguimiento 208 puede estar for­ mado en una capa de material que se adhiere al bastidor del conjunto de seguimiento. Alternativamente, el patron de seguimiento puede ser moldeado o grabado o dispuesto directamente sobre el bastidor.

Se contempla que el conjunto de seguimiento de dispositivo 200 pueda configurarse para proporcionar retroiluminacion u otro mecanismo para aumentar el contraste del patron de seguimiento 210 para facilitar la deteccion. Si el conjunto de seguimiento esta retroiluminado, el patron de seguimiento 210 esta hecho preferiblemente de material al menos parcialmente transparente o translucido para mejorar el contraste. Tambien se contempla que se pueda usar un material fluorescente para facilitar la deteccion.

Haciendo referencia a continuacion a las figuras 7 a 9, se muestra un conjunto de seguimiento de herramienta qui­ rurgica 300 segun una realizacion, montado a o parte de una herramienta dental quirurgica 302, tal como un taladro. El conjunto de seguimiento de herramienta 300 incluye una montura de herramienta 304 que esta disenada para asegurar una superficie de patron de herramienta 306 a la herramienta 302. La montura de herramienta 304 incluye una abertura 308 que se ajusta alrededor del cuerpo 310 de la herramienta 302 de manera segura para que el con­ junto de seguimiento se mueva en combinacion con la herramienta quirurgica. La union podna ser a traves de una serie de diferentes mecanismos bien conocidos en la tecnica. Por ejemplo, el conjunto de seguimiento de la herra­ mienta esta unido, por ejemplo, con un collann o un mecanismo similar bien conocido que se puede atornillar o sujetar de manera desmontable en el cuerpo de la herramienta para asegurar el conjunto de seguimiento de herramienta a la herramienta. Se puede incluir un orificio para permitir tubos de irrigacion y cables de la camara de herramientas. Un patron de seguimiento de herramienta 308, similar al patron de 210, esta dispuesto o formado sobre la superficie del patron de herramientas 306. El patron de seguimiento de herramienta 308 es un patron visible opticamente que esta configurado para proporcionar puntos de referencia visuales para que las camaras instaladas externamente detecten para ser usado por un sistema informatico para realizar el seguimiento de la posicion y el movimiento del conjunto de seguimiento de herramienta 300. El patron que se muestra en la figura 10 podna ser usado como patron de seguimiento de herramienta.

Haciendo referencia a continuacion a la figura 11, se muestra una realizacion de una placa de seguimiento 400. En esta realizacion, la placa de seguimiento 400 incluye una porcion del patron de seguimiento 210. Mas espedficamente, en la realizacion que se ilustra, cuando cuatro placas de seguimiento estan dispuestas como se muestra en la figura 11, la interseccion de las cuatro placas define el patron de seguimiento 210 tal como esta indicado por las lmeas discontinuas. En la realizacion que se ilustra, los cuadros ligeramente rayados pueden ser blancos o negros dentro del alcance de la invencion. Las opciones de coloracion de los cuadros ligeramente rayados, en combinacion con otros cuadros en la placa 400 permiten que la placa sea definida de manera unica para que el sistema reconozca el patron en la placa individual 400.

El uso de la placa de seguimiento 400 tiene varios beneficios. En primera posicion, cada placa incluye, en promedio, una intensidad de aproximadamente el 50% (es decir, 50% de luz y 50% de oscuridad). Esto facilita la capacidad de un sistema informatico para detectar, por medio de una camara, los cuadros en la placa al permitir que el sistema informatico ajuste la ganancia y la exposicion de las camaras para maximizar el rendimiento de deteccion. Ademas, cuando cuatro placas 400 estan dispuestas como se muestra en la figura 11, cada placa de seguimiento 400 incluye un mmimo de trece puntos definidos 402, que en la realizacion preferida son las esquinas x, el punto central de dos lmeas que se intersecan entre cuadros adyacentes de colores opuestos (es decir, negro (trama cruzada densa) y blanco). La ventaja de elegir las esquinas x como puntos definidos, es que la posicion del punto central puede ubicarse con una precision de subpfxeles, y la posicion es estable bajo las degradaciones tfpicas de la imagen, en par­ ticular la iluminacion excesiva y la iluminacion insuficiente y el ruido del sensor, sin embargo, se contempla que se pueden usar otros tipos de puntos definidos y combinaciones de diferentes tipos de puntos definidos, por ejemplo, los centroides de drculos u otras formas, y puntos de esquina en formas con regiones de contraste anguladas. Mas en particular y con referencia a la figura 11A, que es una vista ampliada de cuatro cuadros adyacentes de color opuesto, los cuadros adyacentes de colores opuestos (404 blanco, 406 negro (sombreado cruzado denso)) estan separados unos de los otros por una lmea 408. En una realizacion, el sistema esta programado para detectar dos colores distintos, en este caso, blanco y negro, y situar una lmea entre cuadros adyacentes de esos dos colores. Por ejemplo, cuando el sistema detecta dos colores distintos adyacentes, busca una serie de dos o mas puntos adya­ centes A, B entre esos cuadros de colores distintos y define una lmea 408 entre las series de puntos A, B y, por lo tanto, entre los dos bloques adyacentes 404, 406. El sistema analiza el patron para detectar cuatro cuadros adya­ centes de colores alternativamente distintos que forman un cuadrado como se muestra en la figura 11A. La interseccion de las lmeas 408 entre los cuadros se cruza en un punto definido 402. Un metodo alternativo para detectar una esquina x en una imagen es a traves del analisis del tensor de la estructura de la imagen como en el detector de esquina de Harris, que es bien conocido por los expertos en la tecnica. En su realizacion mas amplia, cada placa es cualquier subconjunto de un patron identificable de forma unica (inequvoca). Tambien se contempla que las placas puedan superponerse con otras placas, y no es necesario que se formen como una serie de cuadrados, sino que pueden ser de formas extranas.

En realizaciones con puntos definidos que no son esquinas x, se puede usar un algoritmo de deteccion alternativo, sensible al tipo particular de punto definido. Por ejemplo, si los puntos definidos incluyen centroides de caractensticas circulares, se pueden usar algoritmos tales como el Laplaciano de Gaussianos, Diferencia de Gaussianos o Determinante de Hessianos.

Como se ha explicado mas arriba, cuando las cuatro placas 400 estan dispuestas como se muestra en la figura 11, cada placa de seguimiento 400 incluye un mmimo de trece puntos definidos 402. El sistema incluye una tabla de busqueda o datos almacenados en una pluralidad de patrones, incluyendo el tamano y la disposicion (por ejemplo, posicion) de cuadros y puntos definidos en los distintos patrones. El sistema tambien incluye una transformacion (matriz de transformacion) para convertir los datos del patron en un sistema de coordenadas objetivo. Preferiblemente, la transformada es una transformada de cuerpo ngido o una transformacion afm 3D que incluye rotacion 3D, traslacion, escalado y sesgo. Se contempla que la transformada puede incluir deformaciones no lineales para conformar la disposicion a una superficie no plana.

Mas espedficamente, en una realizacion, cada placa tiene las siguientes caractensticas: (i) contiene una cuadncula cuadrada de dos (o mas) colores distintos (preferiblemente blanco y negro), (ii) los puntos definidos aparecen solo en las posiciones de la cuadncula (intersecciones), y (iii) estan impresos en una superficie plana, lo que significa que bajo una imagen en perspectiva (es decir, cuando se observa en una orientacion arbitraria por una camara que graba una imagen), la placa aparece deformada por una transformacion localmente afm (lo que significa que la placa cuadrado impresa aparecera estirada e sesgada en forma de rombo en la imagen).

En el caso de que se use una placa plana (es decir, una placa en la que las cuadnculas se imprimen sobre una superficie plana), tal como la disposicion de placas patron en la figura 3, cada punto definido es analizado por el sistema de la siguiente manera:

a. Se localizan puntos definidos adyacentes. Mas espedficamente, en una realizacion, los puntos definidos adya­ centes pueden ser un vecino cercano simple (basado en la distancia euclidiana) al punto definido. En otra realiza­ cion, la distancia del vecino puede ser reemplazada por la distancia a lo largo de un borde de alto contraste. Se contemplan muchas otras funciones de distancia.

b. Usando el punto definido que se esta analizando y los puntos definidos adyacentes, se determina un par de vectores base entre el punto definido y dos de sus puntos definidos adyacentes,

c. Los vectores de base se utilizan entonces para calcular una transformada afm rectificadora que transformara un parche de imagen romboedrica en un parche de imagen cuadrado, tres de cuyas esquinas son el punto definido y sus dos puntos definidos adyacentes (es dedr, una transformacion para convertir las localizaciones del punto definido detectado en la imagen en la cuadncula cuadrada utilizada en una placa impresa plana).

d. El sistema utiliza a continuacion la transformada afrn, asumiendo que los tres puntos definidos detectados se encuentran en la esquina y los bordes de una placa, para predecir donde estara cada posicion de la cuadncula en la imagen (esencialmente creando una superposicion en la imagen de la cuadncula sesgada de acuerdo con la transformada afrn).

e. La imagen se analiza en cada posicion de cuadncula predicha para calcular un descriptor. Un descriptor descri­ be una region local. En una implementacion, es una matriz de 9x9 que representa una placa, en la que cada elemento de la matriz es un tipo de esquina x. El tipo de esquina x aplicado a un sistema de coordenadas 2D local, es decir, los vectores de base definen un sistema de coordenadas locales que permite la definicion de "derecha" y "arriba". En este sistema de coordenadas, si el parche de imagen en la porcion superior izquierda es brillante (y la porcion superior derecha es oscura), la esquina x esta orientada hacia la izquierda, si aparece el patron opuesto, esta orientada hacia la derecha. De esta manera, cada elemento de la matriz esta Orientado hacia la Izquierda, Orientado hacia la Derecha o no se ha detectado una esquina x.

f. A continuacion se calcula una puntuacion respecto a lo ajustadamente que el descriptor coincide con un esquema de codificacion almacenado. En la presente invencion, las esquinas x se pueden detectar en partes de la escena que no estan dentro del patron. Del mismo modo, muchas combinaciones elegidas de tres puntos definidos ad­ yacentes de hecho pueden no corresponder a la esquina y los bordes de la placa. Con el fin de analizar estas falsas detecciones, es necesario verificar que la estructura de la esquina x sea coherente con las relaciones internas definidas por el esquema de codificacion elegido. En la implementacion preferida, hay relaciones definidas entre las esquinas x en varias posiciones de la cuadncula (por ejemplo, cada placa tiene cuatro marcadores de registro R en localizaciones conocidas (es decir, los puntos en los que se garantiza que las esquinas x se producen debido al esquema de codificacion elegido), todas tienen las mismas orientaciones que cada una de las cuatro esquinas de la placa), que facilitan la prueba de la hipotesis de que las tres caractensticas estan en una esquina de la placa y 2 bordes de placa adyacentes, respectivamente. Un marcador de registro es una porcion de la placa que es constante sin importar cual sea la identidad codificada de la placa unico. Por lo tanto, hay relaciones predefinidas entre los elementos de la matriz de descriptores de 9x9. Por ejemplo, en una implementacion, las esquinas de las placas (elementos [0,0]; [8,0]; [0,8]; [8,8] y los marcadores de registro (elementos [2,2]; [6,2]; [2,6]; [6,6]) son todas las esquinas x con el mismo tipo de esquina x (orientado a la izquierda u orientado a la derecha). Los descriptores cuya estructura es inconsistente con estas relaciones predefinidas son rechazados.

g. Una vez que el sistema verifica que las relaciones conocidas estan presentes, puede decodificar los datos codificados para determinar la identidad de la placa observada.

En el caso en el que las placas no se forman planas, sino que, por el contrario, estan definidas o formadas en una superficie no plana, por ejemplo, los patrones se forman sobre un cilindro (figura 1) o un cono de taladrado (figura 7), el proceso anterior de asumir que la cuadncula completa de la placa esta deformada por una transformacion afrn ya no es aplicable. Por el contrario, el sistema asume que la placa solo es affn a nivel local dentro de una sub-region pequena de la placa, y vana desde allf de manera suave. Los pasos (b) - (d) anteriores se modifican para predecir solo las posiciones de cuadncula cercanas, es decir, las posiciones de cuadncula que estan cerca de una posicion de cuadncula en la que una agrupacion de esquinas x ya se ha situado de manera positiva. En una realizacion, la cuadncula cercana esta dentro de dos unidades de cuadncula (usando la distancia L-infinita) de una esquina x localizada. En este punto, el sistema asume que el patron vana lo suficiente como para que el supuesto afrn sea valido al atravesar la cuadncula con solo pequenas correcciones en la base afrn en la trayectoria. Por lo tanto, el sistema puede procesar las placas planas de la misma manera que las placas que tienen curvatura, atravesando la cuadncula y corrigiendo la base afrn a lo largo del camino. En las placas planas, las correcciones seran efectivamente cero. Los vectores de base se calculan sobre cada subconjunto de puntos definidos detectados con el fin de corregir las desviaciones de un supuesto puramente afrn.

Una vez que se ha calculado un conjunto de descriptores para una imagen que se esta analizando, cada descriptor se compara con una biblioteca de descriptores que estan almacenados en el sistema y se asocia con una placa espedfica. Por ejemplo, como se ha explicado mas arriba, la matriz puede incluir para cada elemento, -1 para la esquina x orientada a la izquierda, 0 para ninguna esquina x, 1 para la esquina x orientada a la derecha. En una realizacion, puesto que cada descriptor puede asociarse con varias placas unicas potenciales, se calcula una puntuacion entre cada descriptor detectado y cada descriptor de biblioteca, y se almacenan las coincidencias de la bi­ blioteca con la puntuacion mas alta para cada descriptor detectado. Las puntuaciones mas altas pueden procesarse aun mas para determinar la placa mediante el uso de informacion relevante adicional, por ejemplo, donde deben localizarse ciertos puntos.

En una realizacion, el sistema incluye o tiene acceso a una base de datos de modelos de patrones de seguimiento formados a partir de una o mas placas. La presente invencion contempla que los modelos puedan caer en dos disposiciones distintas de modelos. En la primera disposicion, todos los modelos almacenados tienen un subconjunto unico de placas en el que no se repiten placas entre los modelos. En este caso, el conocimiento de una sola placa determina que modelo se esta utilizando. Cada modelo es unico, por lo que no hay replicacion de la disposicion de las placas entre los modelos. De esta manera, la identificacion de la placa postula una postura de modelo. Es decir, cada modelo de la biblioteca de modelos contiene un conjunto de placas que son miembros del modelo.

En una segunda disposicion de modelos, un numero de modelos compartinan las mismas placas, pero en diferentes disposiciones. De esta manera, el sistema debe generar una hipotesis para cada modelo del cual la placa detectada es un miembro. En este caso, la deteccion de dos o mas placas ayudana a probar la correccion del modelo. En cualquiera de las disposiciones, puesto que el ruido y otros factores podnan afectar la deteccion de las esquinas x, el modelo particular debe ser analizado (probado) mas a fondo como se explica a continuacion para confirmar el modelo.

Para cada placa en un modelo, la base de datos incluye las posiciones del modelo 3D para cada punto de la cuadncula en la que deben aparecer los puntos definidos. La identificacion de la placa o placas en la imagen permite al sistema seleccionar el modelo que se aplica a la imagen observada, y permite determinar una correspondencia entre al menos las cuatro esquinas de placas en las coordenadas de la imagen y las cuatro posiciones de modelos 3D de las esquinas de las placas. Por medio de un proceso convencional de estimacion de postura 3D, el sistema estima una transformacion de cuerpo ngido que define la relacion espacial del modelo en un sistema de coordenadas centrado en la camara a partir de estas al menos cuatro correspondencias.

A continuacion, el sistema aplica preferiblemente las placas restantes en el modelo seleccionado sobre la imagen utilizando la transformada de cuerpo ngido estimada. Estas placas adicionales se comparan con las hipotesis de identificacion de placas, y se agrega un recuento del numero de hipotesis coherentes con una combinacion dada de modelo y transformacion de cuerpo ngido. Solo un modelo con un numero de placas identificadas positivamente que exceda algun umbral, por ejemplo, tres placas correctamente identificadas, se considerana como modelo adecuado.

Una vez que cada camara llega el final de este paso de procesamiento, se sabe que puntos definidos por la imagen (y, en consecuencia, que posiciones de imagenes 2D) corresponden a que puntos definidos por el modelo (y, en consecuencia, que posiciones de modelos 3D). Una vez que ambas camaras han determinado estas corresponden­ cias, la determinacion de las correspondencias de las caractensticas estereo es cuestion de hacer coincidir las ca­ ractensticas de la imagen que corresponden a los puntos definidos por el modelo comun. Esto se puede lograr utili­ zando tecnicas conocidas. No es necesario aplicar restricciones epipolares o recortar el conjunto resultante de co­ rrespondencias. Esto se debe a que los puntos definidos se identifican positivamente con un potencial limitado para la identificacion falsa de un modelo y no con correspondencias falsas.

Como se ha descrito mas arriba, al usar la transformacion, el sistema puede identificar de manera unica el modelo basado en los puntos 402 definidos en los patrones de seguimiento 210, 308. Una vez que se ha realizado, la reconstruccion estereo se realiza triangulando el par correspondiente de puntos definidos de la imagen usando tecni­ cas conocidas. Esto se muestra en los pasos 1100, 1110, 1120 en la figura 13. Sin embargo, solo las corresponden­ cias de imagenes que se sabe que son buenas se pasan como entrada, y la asociacion entre los puntos 3D reconstruidos (en coordenadas de seguimiento estereo) y los puntos del modelo 3D se pasan a traves de este paso. El resultado de la coincidencia de busqueda (paso 1110) proporciona una asociacion 1: 1 entre un conjunto de posicio­ nes de pfxeles en la imagen de la izquierda y un conjunto de pfxeles en la imagen de la derecha. Por medio de las tecnicas de triangulacion estandar que utilizan la disposicion conocida de las dos camaras, cada par de posiciones de pfxeles izquierda/derecha se triangula para generar una estimacion de la posicion 3D de esa caractenstica en la escena. Cada una de estas coordenadas 3D se determina en un sistema de coordenadas fijado al sistema de se­ guimiento estereo (por ejemplo, la posicion de la camara izquierda o derecha, o el centro entre las camaras, puede ser usado para definir el origen y los ejes del sistema de coordenadas). En contraste, los puntos del modelo 3D se definen en un sistema de coordenadas centrado en el modelo (por ejemplo, el eje del cono es el eje z, el centro del extremo pequeno es (0,0,0)). La orientacion absoluta determina la transformacion entre estos dos sistemas de coor­ denadas (centrado en el seguidory centrado en el modelo).

Una vez que se conocen al menos tres correspondencias entre puntos seguidores 3D espedficos (es decir, puntos en el sistema de coordenadas centrado en el seguidor) y puntos espedficos del modelo 3D (es decir, puntos en el sistema de coordenadas centrado en el modelo) (paso 1130), se utilizan los procesos convencionales de orientacion absoluta (paso 1140) para determinar la transformacion de cuerpo ngido que relaciona el sistema de coordenadas del seguidor con el sistema de coordenadas del modelo, determinando asf la posicion espacial y la orientacion del modelo en las coordenadas del seguidor (paso 1150). De esta manera, la posicion de la placa 400 y los patrones de seguimiento 210, 308 estan vinculados al modelo. A continuacion, el sistema utiliza los datos para representar el movimiento real del dispositivo oral y el dispositivo de la herramienta como movimiento de los modelos asociados en relacion con la representacion escaneada del area de interes (por ejemplo, la imagen escaneada anterior de la cavidad oral).

Los procesos para formar el dispositivo oral 12, para escanear la posicion de referencia en el dispositivo 12 y para registrar la imagen escaneada anterior en la imagen de video real se describen detalladamente en la Solicitud de Patente norteamericana numero. 14/209.500. Una vez que se forma el dispositivo oral 12, el conjunto de soporte 100 se une a las pestanas 28, 30 en el dispositivo oral 12 y al conjunto de seguimiento del dispositivo 200. El dispositivo oral 12 se une a los dientes apropiados del paciente.

Con referencia a la figura 14, para determinar la posicion del dispositivo oral 12 en el paciente y la herramienta quirurgica 302, la presente invencion utiliza dos camaras externas 800 montadas en una posicion para visualizar el patron de seguimiento del dispositivo 210 y el patron de seguimiento de la herramienta 308 y detectar los puntos definidos como se ha descrito mas arriba. Los datos de las camaras 800 se transmiten a un procesador 810 que realiza parte o la totalidad del procesamiento que se ha descrito mas arriba y se ilustra en la figura 13. A partir de ese punto, el sistema determina la posicion (postura) de los patrones de seguimiento y su movimiento dentro de un sistema de coordenadas predeterminado. El sistema utiliza la posicion de los marcadores de referencia en el dispo­ sitivo oral 12 de la imagen escaneada y su relacion con el conjunto de seguimiento de dispositivo 200 para determi­ nar el movimiento del paciente y la posicion del conjunto de dispositivo de herramienta 300 en relacion con el dispo­ sitivo oral 12, y a continuacion, para calcular la posicion de la punta de la herramienta en relacion con el sitio de operacion.

La presente invencion proporciona ventajas significativas sobre los sistemas de seguimiento estereo existentes mas arriba. En primer lugar, la presente invencion implementa preferiblemente un numero significativo de pasos computacionalmente costosos en cada camara independientemente de las otras camaras y el sistema de procesamiento principal. Esto permite un escalado mas facil del sistema, especialmente a medida que el numero de camaras en el sistema crece por encima de dos. En un sistema de seguimiento estereo convencional, el requisito de correspondencia de caractensticas crecena en funcion de O (Nc2) en el que Nc es el numero de camaras utilizadas en un sistema de seguimiento estereo estandar.

Se contempla que el procesamiento podna llevarse a cabo en un procesador en la camara y la programacion y los datos podnan integrarse en la memoria asociada con el procesador.

Estas camaras podnan estar situadas de forma remota en una red distribuida. La anchura de banda de comunicacion resultante sena una pequena fraccion del paso de las propias imagenes, o incluso el conjunto de puntos de caractensticas por imagen que se requieren en los sistemas convencionales.

La rica naturaleza de las placas identificadas hace que la identificacion falsa de un modelo sea extremadamente remota, mientras que un numero significativo de caractensticas detectadas en objetos que no son modelos en el caso de seguimiento estereo estandar puede dar lugar a muchas identificaciones de modelos espurias.

Aunque la descripcion anterior se refiere al termino "placa" como una unidad identificable de forma unica, que puede disponerse para formar un patron optico, el termino no se limita a la nocion convencional de "plaqueado" de tales unidades como apoyo y no solapamiento. La solicitud de tramitacion junto con la presente, numero de serie 14/209.500 detalla un esquema de codificacion intercalada en el que varias placas se superponen y ocupan la misma porcion de un patron para mejorar la deteccion a dos escalas. Se contempla que incluso en un patron de placa convencional, la disposicion de las placas unicas se puede elegir de modo que cada union de 4 placas forme otra placa unica a partir de la combinacion de porciones de las placas que estan mas cerca de la union, de tal manera que cada parche en el patron es un miembro de 2 o mas placas. Un plaqueado de este tipo tendna la ventaja de que cuando se ocultan partes del patron de la vista, debena verse un mayor numero de placas completas para ayudar a la identificacion del modelo. Mientras que la descripcion anterior detalla los lfmites de placa con esquinas de 90 grados, se contempla ademas que los lfmites de placa pueden contener polilmeas arbitrarias o segmentos redondeados. El esquema de codificacion a dos escalas en la Solicitud en tramitacion junto con la presente, numero de serie.14/209.500 incluye una combinacion de placas cuadradas y placas complejas que tienen orificios.

Los calculos y las tecnicas de programacion utilizadas para realizar el seguimiento y determinar los movimientos de los diversos componentes son bien conocidos y, por lo tanto, no es necesaria mas informacion.

Las realizaciones anteriores estan basadas en la suposicion de que el paciente tiene suficientes dientes para montar el dispositivo oral 12 y el conjunto de seguimiento del dispositivo 200. Sin embargo, si la condicion de la boca del paciente impide la union de uno o ambos dispositivos orales 12 y el conjunto de seguimiento del dispositivo 200, la presente invencion preve que cualquiera de los componentes pueda montarse directamente en el hueso de la mandfbula del paciente.

Aunque la descripcion anterior se refiere a una herramienta o instrumento quirurgico que incluye un taladro, el ter­ mino "instrumento quirurgico" o "herramienta quirurgica" esta destinado a cubrir otras herramientas utilizadas duran­ te los procedimientos intraorales, tales como las herramientas de ablacion para la ablacion de tejidos, incluidos los terceros molares en los ninos.

El sistema o sistemas que se han descrito en la presente memoria descriptiva pueden implementarse en cualquier forma de ordenador u ordenadores y los componentes pueden implementarse como aplicaciones dedicadas o en arquitecturas cliente - servidor, incluida una arquitectura basada en web, y pueden incluir programas funcionales, codigos y segmentos de codigo. El sistema de la presente invencion puede incluir un programa de software almacenado en un ordenador y/o dispositivo de almacenamiento (por ejemplo, medios) y/o puede ser ejecutado a traves de una red. El metodo puede implementarse a traves de un codigo de programa o modulos de programa almacenados en un medio de almacenamiento.

Con el fin de promover una comprension de los principios de la invencion, se ha hecho referencia a las realizaciones preferidas que se ilustran en los dibujos, y se ha utilizado un lenguaje espedfico para describir estas realizaciones. Sin embargo, no se pretende ninguna limitacion del alcance de la invencion mediante este lenguaje espedfico, y se debe interpretar que la invencion abarca todas las realizaciones que normalmente se le ocurrina a un experto en la tecnica.

Las realizaciones en la presente memoria descriptiva pueden describirse en terminos de varios pasos de procesamiento. Tales pasos de procesamiento pueden realizarse mediante cualquier numero de componentes de hardware y/o software que realizan las funciones especificadas. Por ejemplo, las realizaciones descritas pueden emplear diversos componentes de circuitos integrados, por ejemplo, elementos de memoria, elementos de procesamiento, elementos logicos, tablas de consulta y similares, que pueden realizar una variedad de funciones bajo el control de uno o mas microprocesadores u otros dispositivos de control. De manera similar, cuando los elementos de las reali­ zaciones descritas se implementan utilizando programacion de software o elementos de software, la invencion se puede implementar con cualquier lenguaje de programacion o de secuencias de comandos tales como C, C +, Java, ensamblador o similares, con los diversos algoritmos implementados con cualquier combinacion de estructuras de datos, objetos, procesos, rutinas u otros elementos de programacion. Los aspectos funcionales pueden implementarse en algoritmos que se ejecutan en uno o mas procesadores. Ademas, las realizaciones de la invencion podnan emplear cualquier numero de tecnicas convencionales para configuracion electronica, procesamiento y/o control de senales, procesamiento de datos y similares. Las palabras "mecanismo" y "elemento" se usan ampliamente y no se limitan a realizaciones mecanicas o ffsicas, sino que pueden incluir rutinas de software en conjunto con procesadores, etc.

Las implementaciones particulares que se muestran y se describen en la presente memoria descriptiva son ejemplos ilustrativos de la invencion y no pretenden limitar de ninguna otra manera el alcance de la invencion. En aras de la brevedad, la electronica convencional, los sistemas de control, el desarrollo de software y otros aspectos funcionales de los sistemas (y los componentes de los componentes operativos individuales de los sistemas) pueden no haber sido descritos en detalle.

Finalmente, los pasos de todos los metodos descritos en la presente memoria descriptiva se pueden realizar en cualquier orden adecuado, a menos que se indique lo contrario en la presente memoria descriptiva o que el contexto lo contradiga claramente. El uso de cualquiera y todos los ejemplos, o lenguaje ejemplar (por ejemplo, "tal como") proporcionado en la presente memoria descriptiva, esta destinado simplemente a iluminar mejor la invencion y no plantea una limitacion en el alcance de la invencion a menos que se indique lo contrario. Numerosas modificaciones y adaptaciones seran facilmente evidentes para los expertos en esta tecnica sin apartarse del alcance de la invencion.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de guiado por imagen (10) para realizar el seguimiento de un instrumento quirurgico durante la cirug^a oral, que comprende:

un dispositivo (12) configurado para ser unido de manera desmontable a uno o mas dientes en la boca de un paciente en una posicion cerca de un area quirurgica;

un primer conjunto de seguimiento (200) que incluye un conjunto de soporte (100) unido de manera desmontable al dispositivo (12) y una primera superficie de patron de seguimiento (208), incluyendo la primera superficie de pa­ tron de seguimiento (208) un primer patron visible opticamente, posicionando el conjunto de soporte (100) al primer patron de seguimiento en una posicion separada del area quirurgica;

una herramienta (302) para uso en el procedimiento quirurgico;

un segundo conjunto de seguimiento (300) que incluye una segunda superficie de patron de seguimiento (306) montada en la herramienta (302), incluyendo la segunda superficie de patron de seguimiento (302) un segundo pa­ tron visible opticamente;

una pluralidad de camaras (800) montadas separadas del area quirurgica en una posicion que permite a las cama­ ras (800), cuando estan activadas, capturar imagenes de los patrones opticamente visibles en la primera y segun­ da superficies de patron de seguimiento (208, 306);

un conjunto de datos de referencia que incluye la posicion y orientacion del dispositivo (12) con respecto a una exploracion del area quirurgica; y

un sistema de procesamiento para procesar las imagenes capturadas y configurado para reconocer los patrones opticamente visibles y triangular las posiciones y orientaciones de los conjuntos de seguimiento primero y segundo (200, 300), determinando el sistema de procesamiento la posicion y la orientacion de la herramienta a la que se ha realizado el seguimiento (302) basado en el conjunto de datos de referencia y analizando las transformaciones relativas entre cada camara de los patrones opticamente visibles en la primera y segunda superficies de patrones de seguimiento (208, 306),

caracterizado en que el dispositivo (12) incluye

un soporte ngido (14) que incluye una base (16) y una pared interior (18) y una pared exterior (20) unidas enterizamente y que se extienden hacia afuera desde la base (16), siendo la separacion de las paredes interior y exterior (18, 20) mas grande que la anchura de los dientes del paciente,

un material moldeable en una superficie inferior de la base (16) adaptado para ser asegurado a los dientes del pa­ ciente en un estado curado,

una pluralidad de marcadores de referencia (80) montados en el soporte (14) para posicionarlos dentro de la boca del paciente, teniendo los marcadores de referencia (80) una radiodensidad diferente a la del dispositivo (12), al menos una pestana (28) que se extiende hacia afuera desde la pared exterior (20); y

en el que el conjunto de soporte (100) incluye una montura de soporte (102) que esta unida de manera retirable a la pestana (28) en el dispositivo (12), una montura de seguimiento (106) que esta unida a la primera superficie de patron de seguimiento (208), y un brazo de soporte (104) que une la montura de soporte (102) a la montura de se­ guimiento (106).

2. Un sistema de guiado por imagen segun la reivindicacion 1, en el que la montura de soporte incluye dos postes de montaje separados que se aplican a la pestana.

3. Un sistema de guiado por imagen segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fijacion de la montura de seguimiento a la primera superficie del patron de seguimiento es ajustable.

4. Un sistema de guiado por imagen segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la montura de segui­ miento incluye una base con una serie de indentaciones y salientes.

5. Un sistema de guiado por imagen segun la reivindicacion 4, en el que el primer conjunto de seguimiento incluye un bastidor con una union a la montura de seguimiento, estando configurado el dispositivo para permitir que el bastidor sea ajustable con respecto al conjunto de soporte.

6. Un sistema de guiado por imagen de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el bastidor incluye una serie de indentaciones y salientes que estan configurados para coincidir con las indentaciones y salientes en la montura de seguimiento para permitir que la orientacion de rotacion del bastidor de seguimiento con respecto a la base sea ajustable.

7. Un sistema de guiado por imagen segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada uno de los patrones opticamente visibles contienen una pluralidad de formas de contraste 2D, estando dispuestas las for­ mas de contraste para diferenciar de manera unica cada patron visible opticamente del otro patron visible opticamente.

8. Un sistema de guiado por imagen de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada camara esta situada para capturar al menos una porcion del patron visible opticamente en cada uno del primer y segundo patron de seguimiento de manera que la imagen de cada patron visible opticamente capturado por la cama­ ra se encuentra en un angulo de vision diferente al de la imagen del mismo patron visible opticamente capturado por la (s) otra (s) camara (s), estando configuradas las camaras para enviar al procesador datos representativos de las imagenes 2D de los patrones opticamente visibles capturados por las camaras.

9. Un sistema de guiado por imagen segun la reivindicacion 8, en el que el procesador incluye un conjunto de datos de patrones, que incluye datos de posicion para contrastar formas en cada uno de los patrones en el conjunto de datos, y en el que el procesador esta configurado para analizar el conjunto de datos de patrones para determinar cual de los patrones en el conjunto de datos corresponde a cada uno de los patrones opticamente visibles en las imagenes 2D recibidas de las camaras.

10. Un sistema de guiado por imagen de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que las formas de contraste incluyen cuadros adyacentes de distinto color, estando separado unos de los otros cada conjunto de cuadros adyacentes por una lmea, y en el que un punto definido esta formado por un punto central de dos lmeas que se cruzan, y en el que el procesador determina la posicion de los puntos definidos en el conjunto de datos de patrones y los patrones opti­ camente visibles para determinar si un patron dado del conjunto de datos de patrones corresponde a los patrones opticamente visibles.

11. Un sistema de guiado por imagen segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el dispositivo esta configurado para encajarse de manera retirable en uno o mas dientes del paciente, y en el que la pestana se extiende hacia afuera desde el lugar en el que se situana el diente del paciente.