ES2824257T3

ES2824257T3 - Sistema de planificación de cirugía ortopédica

Info

Publication number: ES2824257T3
Application number: ES16704274T
Authority: ES
Inventors: Da Silva Sara Isabel Azevedo; Araújo Ribeiro João Pedro De; De Campos Jaime Frederico Bastos
Original assignee: De Araujo Ribeiro Joao Pedro
Current assignee: De Araujo Ribeiro Joao Pedro
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: PT3247300T; WO2016110816A1; EP3247300B1; US10420613B2; EP3247300A1; US20180028265A1

Abstract

Método de funcionamiento de un sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende las etapas de: - importar (101) al menos una imagen médica en un sistema informático; - generación de un modelo 3D (104) de al menos una estructura anatómica seleccionada, en función de la al menos una imagen médica y de un valor o un conjunto de valores de densidad de la al menos una estructura anatómica, utilizando una extracción de una malla poligonal de una isosuperficie de un campo escalar tridimensional llamado vóxeles, siendo dicho modelo 3D de estructura anatómica una imagen volumétrica matricial compuesta de matrices de vóxeles; - segmentar (101) el modelo 3D de estructura anatómica de acuerdo con el valor o conjunto de valores de densidad seleccionados previamente; - acceder (109) a una base de datos de modelos de material protésico 3D para seleccionar al menos un modelo 3D de material protésico, siendo dicho modelo 3D una imagen vectorial que comprende un conjunto de representaciones geométricas; - combinar modelos originados a partir de imágenes estructuralmente diferentes, intersecando los modelos 3D que representan el al menos un material protésico y la al menos una estructura anatómica seleccionada en una interfaz de usuario del sistema informático; estando dicho método caracterizado por que además comprende la etapa de - interactuar (114) en la interfaz de usuario con los modelos 3D creados de la estructura anatómica y el material protésico, en un área de entorno 2D y en un área de entorno 3D; actualizándose dichos modelos 3D en tiempo real en áreas de entornos tanto 2D como 3D; comprendiendo el área de entorno 2D tres planos 2D: axial, coronal y sagital; - insertar al menos una estructura anatómica diferente en la representación del modelo 3D de la al menos una estructura anatómica seleccionada segmentando dicho modelo 3D de estructura anatómica de acuerdo con un valor o un conjunto de valores de densidad; - simular la implantación de un material protésico en dicho modelo 3D de estructura anatómica; - evaluar el material protésico más adecuado, evaluando el impacto que la planificación actual podría tener en la estructura o estructuras circundantes, prediciendo las posibles complicaciones que pueden surgir después de la cirugía; - generar un informe por parte del sistema informático con información sobre la planificación realizada que se puede guardar en una memoria.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de planificación de cirugía ortopédica

Campo técnico

La presente solicitud se refiere a un sistema y a un método de planificación de cirugía ortopédica.

Antecedentes

Con la introducción de los exámenes radiológicos en formato digital, los cirujanos comenzaron a tener problemas durante la planificación manual previa a las operaciones. De este modo, estos cirujanos tienen la necesidad de recurrir a métodos alternativos para la planificación de las cirugías preoperatorias en modo virtual, especialmente utilizando imágenes médicas del paciente.

Las ventajas de un método implementado por ordenador para la planificación de la cirugía son altas. Actualmente existe un gran interés por el desarrollo de técnicas de obtención de imágenes médicas digitales. El documento US 5824085 A divulga un método, un sistema y un aparato para planificar la colocación de una prótesis dentro de un hueso, específicamente, dentro de un hueso largo como el fémur, la tibia, el húmero, el cúbito y el radio, que incluyen procedimientos específicos para la artroplastia total de cadera y rodilla, osteotomía de huesos largos y otras similares. El documento US5871018 divulga un método para llevar a cabo una planificación de cirugía ortopédica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Esta solución genera un modelo óseo a partir de una imagen médica digital del hueso. A continuación, se selecciona un modelo protésico de una biblioteca de plantillas protésicas. Posteriormente, se forma un modelo de cavidad basado en el diseño de la prótesis y/o en el patrón óseo. El modelo de cavidad se puede colocar en el modelo óseo, de forma interactiva por el cirujano o automáticamente a través de un método basado en parámetros clínicos, para determinar una ubicación razonable para la implantación de la prótesis en el hueso.

Esta solución presenta algunos problemas, particularmente en cuanto a la realización de la colocación automática de la prótesis si existe algún problema con las posiciones adoptadas por el paciente cuando se realizó la imagen médica. Además, no se utilizan más de modelos 2D, lo que en este caso reduce la visión estereoscópica del cirujano, y también la dificultad de comprensión cuando existen problemas en un eje de dirección diferente al que se presenta. Además de los problemas presentados, también se pueden destacar algunos inconvenientes del uso de esta solución, ya que solo se dirige a huesos largos, específicamente para dos tipos de cirugía. Para utilizar esta tecnología, se debe realizar una tomografía computarizada en particular para obtener el sistema de coordenadas del sistema robótico.

La solución divulgada en el documento US 2005/054917 A1 se refiere a un método implementado por un sistema informático para planificar una cirugía ortopédica. Entre las muchas características de esta solución: a) proporciona una biblioteca digital de modelos representativos de prótesis ortopédicas; b) muestra la imagen del paciente, mostrando sus características anatómicas relevantes para la cirugía ortopédica; c) calibra la imagen médica del paciente; d) presenta en la imagen médica del paciente una construcción geométrica definida por una pluralidad de parámetros geométricos interrelacionados; e) permite al cirujano reconfigurar la construcción geométrica ajustando los parámetros geométricos de acuerdo con las características anatómicas de la imagen médica del paciente subyacente; f) permite la selección de al menos un modelo de la biblioteca, de acuerdo con los parámetros geométricos establecidos por el cirujano.

Esta solución presenta algunos problemas y desventajas, tales como: no utilizar todo el potencial de la tomografía computarizada y la resonancia magnética; el hecho de que solo permite la vista en sección 2D en tres ejes diferentes, excluyendo la vista en sección en tres ejes diferentes, lo que impide una visión estereoscópica; y, si la radiografía se realiza sin marcador, esta imagen médica ya no se puede utilizar para la planificación de la cirugía ortopédica. De este modo, la solución depende de cómo se realice el estudio de la imagen.

El documento US 2005/059873 A1 divulga una solución relacionada con un método y un aparato para la planificación y simulación preoperatorias de procedimientos quirúrgicos ortopédicos que utilizan imágenes médicas. La planificación preoperatoria incluye la adquisición, calibración y registro de imágenes médicas, así como la reducción de la fractura o la selección de la prótesis, la aplicación de elementos fijadores y la elaboración del informe de planificación.

El método descrito se compone de: a) obtención de la imagen médica; b) segmentar la estructura anatómica de la imagen médica, como un hueso, pero sin limitarse solo a los segmentos óseos y manipular los segmentos de la imagen para simular un resultado deseable del procedimiento quirúrgico ortopédico; c) marcar segmentos de estructuras anatómicas en imágenes médicas; d) la realización de diferentes mediciones y análisis, como la diferencia de longitud, medidas angulares, así como conjuntos de medidas más complejas, como el análisis de deformidades, vínculos estructurales en términos de longitudes y ángulos entre sí; e) planificación que comprende medios para producir imágenes de salida.

Esta solución presenta algunos problemas y desventajas, como no utilizar todo el potencial de la tomografía computarizada y las imágenes de resonancia magnética; el hecho de que solo permite el corte en tres ejes de visión diferentes lo que no permite una visión estereoscópica; la imposibilidad de combinar el corte en diferentes ejes no permite una visión clara y precisa de cuál es el plan que se va a realizar; y, si esto se hace con una radiografía sin marcador, esta imagen médica ya no se puede utilizar para el proceso de planificación de la cirugía ortopédica. De este modo, la solución depende de cómo se realizó el estudio de la imagen.

El documento US 2012/221114 A1 expone una solución que se refiere a un estuche de componentes modulares del cuello para prótesis de cadera. Puede incluir indicadores basados en variables independientes asociadas a las características físicas de la prótesis, incluida la longitud de la pierna, lateralización y anteversión. Durante la cirugía, el cirujano puede tener la necesidad de cambiar un cuello modular que se seleccionó antes de la cirugía. De este modo, el cirujano puede querer cambiar al menos una de las variables, por ejemplo, la longitud de la pierna, la lateralización y/o la anteversión. De esta forma, el cirujano puede seleccionar, rápida y fácilmente, un cuello modular diferente en función de la evaluación de una de las variables, sin necesidad de volver a evaluar las demás variables. El método descrito en el presente documento puede comprender la planificación preoperatoria, donde se utiliza una plantilla que incluye un sistema de coordenadas.

Esta solución presenta algunos problemas e inconvenientes, tales como: no utilizar ningún sistema informático que sea capaz de validar el proceso definido en la solución; no proporciona al cirujano un proceso de planificación, sino una resolución en el momento de la cirugía; el cirujano no puede, antes de la cirugía, tener una visión clara y precisa de lo que le espera en el momento de la cirugía. Si existe la posibilidad de realizar cambios dentro del quirófano, pueden surgir problemas debido a la falta de planificación y al aumento del tiempo en el que el paciente está expuesto a infecciones.

El método divulgado en el documento WO 2014/095853 A1 está relacionado con la generación y fabricación de una guía quirúrgica para dirigir una cirugía ósea y guías quirúrgicas que se pueden obtener mediante el método mencionado. Más particularmente, se proporcionan métodos para generar una guía quirúrgica para dirigir un procedimiento quirúrgico en un primer hueso de un paciente, que comprende: a) proporcionar un modelo tridimensional de al menos una parte del primer hueso y de un segundo hueso del paciente; b) determinar o identificar una superficie de contacto en el primer hueso; c) identificar una superficie de contacto en el segundo hueso; d) determinar un intervalo de movimiento entre el segundo hueso y el primer hueso, utilizando al menos un grado de libertad; e) generar una guía quirúrgica.

Esta solución no permite la interoperación de imágenes estructuralmente diferentes. La solución está relacionada con la implementación de métodos que permitan determinar las guías quirúrgicas que permitan la realización de cirugías más seguras, sin embargo, no se convierte en una herramienta de planificación eficaz.

Actualmente, es posible utilizar métodos digitales para realizar la planificación de las cirugías, en lugar de los acetatos tradicionales. Sin embargo, las soluciones existentes solo permiten a los cirujanos realizar la planificación preoperatoria en un entorno 2D. De este modo, estas soluciones se tornan insuficientes, no permiten que el cirujano evalúe, de forma clara y precisa, qué material es más apropiado para su uso en la cirugía al paciente en cuestión, ya que a menudo no tienen una comprensión clara de la extensión de la lesión.

Con el uso de un entorno 2D, pueden surgir fallos en la planificación y, en consecuencia, en la cirugía debido, por ejemplo, a la elección inadecuada del material protésico. Esto puede dar como resultado un mayor tiempo de la cirugía, porque el cirujano puede tener que esperar un material protésico alternativo o puede tener que hacer incisiones adicionales. Adicionalmente, la elección incorrecta del material protésico probablemente dará lugar a complicaciones posoperatorias. Todos estos factores tienden a incrementar los costes, requiriendo más tiempo para ayudar al personal del hospital y al paciente, y también causan mayor dolor e inconvenientes a este último.

Las soluciones tecnológicas que están destinadas a ayudar a la planificación quirúrgica actualmente existente han evolucionado positivamente. Sin embargo, aún no responden a todas las necesidades a las que se enfrentan los cirujanos durante la planificación quirúrgica. Estas soluciones han sido insuficientes porque no permiten al cirujano evaluar con suficiente claridad el impacto del enfoque idealizado.

En general, cualquiera de las soluciones anteriores tiene las siguientes deficiencias:

- no permite una visión estereoscópica de la lesión del paciente;

- no permite el manejo e intersección de los distintos modelos 3D, las estructuras corporales del paciente y las representaciones digitales de los materiales protésicos;

- no tiene la conjugación entre entornos 2D y 3d , actualizados en tiempo real;

- impide la construcción del modelo a partir de las distintas estructuras corporales;

- no permite la segmentación de áreas específicas de las estructuras anatómicas representadas;

- procesos complejos y menos atractivos que a menudo conducen a fallos en la planificación y posteriormente en la cirugía.

En este sentido, es deseable una solución que permita al cirujano tener una noción precisa de lo que le espera en el momento de la cirugía.

Sumario

La presente invención aparece divulgada en el conjunto de reivindicaciones adjuntas. La presente solicitud divulga un método para operar un sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende las etapas de:

- importar al menos una imagen médica (101);

- el usuario ve y selecciona la estructura anatómica (102) en la interfaz de usuario, en función de la imagen médica; - el usuario selecciona los valores de densidad relacionados con la estructura anatómica (103) en la interfaz de usuario;

- el modelo 3D de la estructura anatómica es generado por el medio de tratamiento de datos a partir de los valores seleccionados (104), utilizando la extracción de una malla poligonal de una isosuperficie de un campo escalar tridimensional, lo que se conoce como vóxeles;

- segmentación del modelo 3D de la estructura anatómica utilizando la interfaz de usuario y manipulación libre de cada segmento 3D;

- el usuario selecciona al menos un modelo 3D de material protésico de la base de datos del modelo de material protésico tridimensional;

- el usuario inserta al menos una estructura anatómica diferente;

- el usuario interactúa en la interfaz de usuario a través del módulo de renderizado multiplanar y el entorno tridimensional con los modelos 3D creados por el medio de tratamiento de datos;

- el medio de tratamiento de datos genera un informe con información sobre la planificación realizada.

En una realización, la etapa de importar al menos una imagen médica (101) comprende una de las siguientes imágenes médicas:

- una radiografía digital (rayos X);

- una tomografía computarizada (TC);

- una resonancia magnética (RM); o

- una tomografía por emisión de positrones (TEP).

En otra realización, la etapa del usuario que interactúa en la interfaz de usuario con los modelos 3D creados comprende cualquiera de:

- recolocación;

- medición de longitudes y/o ángulos;

- intersección de modelos 3D de material protésico y modelos 3D de estructura anatómica;

- zoom;

- panorámica; o

- giro,

ya sea en el entorno 2D o en el entorno 3D o ambos al mismo tiempo.

En una realización adicional, la etapa del usuario que interactúa en la interfaz de usuario con los modelos 3D creados comprende los modelos 3D que se actualizan en tiempo real en entornos 2D y 3D.

En una realización, la diferente estructura anatómica es cualquiera de: piel, músculos o vasos sanguíneos.

La presente solicitud también divulga un sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende:

- una base de datos de modelos de material protésico tridimensional, que comprende representaciones digitales de al menos un material protésico;

- un estudio de imágenes médicas del paciente;

- un medio de tratamiento de datos;

- una memoria;

una interfaz de usuario;

- un módulo de renderizado multiplanar;

- un módulo de entorno tridimensional,

estando configurado el sistema para implementar el método descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

En una realización, la interfaz de usuario comprende un área de entorno 3D (105) y un área de entorno 2D (106) con cualquiera de los siguientes tres planos 2D: axial, coronal y sagital.

Descripción general

La presente solicitud presenta una solución que pretende resolver el problema de dotar de un sistema de planificación de cirugía ortopédica con visión estereoscópica de la lesión del paciente.

Se divulga un sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende:

- una base de datos de modelos de material protésico tridimensional;

- un estudio de imágenes médicas del paciente;

- un medio de tratamiento de datos;

- una memoria;

- una interfaz fácil de manejar;

- un módulo de renderizado multiplanar;

- un módulo de entorno tridimensional.

La presente solicitud también divulga un método para operar dicho sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende generar un modelo 3D de al menos una estructura anatómica basada en imágenes médicas reales, simulando el implante de materiales ortopédicos en dicho modelo, y permitiendo al usuario evaluar y probar el material más adecuado.

En primer lugar, el usuario, por ejemplo un cirujano, comienza importando al menos una imagen médica (101), como, por ejemplo:

- una radiografía digital (rayos X);

- una tomografía computarizada (TC);

- una resonancia magnética (RM); o

- una tomografía por emisión de positrones (TEP).

En una realización, la imagen médica se importa desde un sistema de comunicación y almacenamiento (PACS), un disco compacto (CD), una carpeta o un dispositivo USB (Universal, Serial Bus).

Dichas imágenes proporcionan representaciones de una estructura anatómica, por ejemplo: huesos, receptáculos, piel y músculos. Esta etapa inicial se realiza en un entorno 2D, donde el usuario puede apreciar y seleccionar la estructura anatómica (102).

A continuación, el usuario debe seleccionar los valores de densidad relacionados con la estructura anatómica (103). Estos valores permiten realizar una segmentación de diferentes tejidos de la imagen del paciente.

Posteriormente, el modelo 3D de la estructura anatómica se genera a partir de los valores seleccionados (104). Esta etapa hace uso de un algoritmo que permite extraer una malla poligonal de una isosuperficie de un campo escalar tridimensional, lo que se conoce como vóxeles.

En esta fase, se puede realizar una serie de acciones sobre los modelos 3D creados. La interfaz de usuario comprende un área de entorno 3D (105) y un área de entorno 2D (106) con tres planos 2D: axial, coronal y sagital. Estos entornos bidimensionales están vinculados, lo que significa que cada vez que un elemento se mueve en un entorno, este cambio se refleja automáticamente en el otro entorno. Además de la vinculación de los dos entornos, el usuario aún puede colocar los planos 2D en el modelo 3D de la estructura anatómica, para poder visualizar exactamente lo que necesita con mayor precisión. De este modo, tiene una visión estereoscópica y más realista de lo que le espera en el momento de la cirugía.

Además, tanto la recolocación como el zoom en los modelos 3D de imágenes representativas se puede hacer tanto en el entorno 2D como en el entorno 3D. También hay que destacar la posibilidad de manipular cada modelo 3D de forma individual. En el entorno 2D, el cirujano aún puede realizar la medición de longitudes y ángulos para ayudarlo a comprender la extensión de una lesión, así como el mejor tamaño del material protésico que se utilizará.

La base de datos del modelo de material protésico tridimensional comprende representaciones digitales de al menos un material protésico, por ejemplo, de varios fabricantes (109). Parte de la información almacenada para cada entrada es el nombre de la empresa, las dimensiones del material, el tipo de material.

Estas representaciones se pueden agregar a los entornos 2D y 3D y también se pueden manejar individualmente y/o junto con las estructuras anatómicas. La recolocación del material se actualiza en tiempo real tanto en entornos 2D como 3D.

En una realización, además de las características anteriormente descritas, la solución permite al usuario insertar diferentes estructuras anatómicas como la piel, para comprender el impacto de la solución encontrada en las estructuras circundantes (112). De este modo, se facilita todo el proceso de planificación, permitiendo al usuario predecir la cirugía y las posibles complicaciones que puedan surgir después de ella.

Al final, se genera un informe con la información relativa a la planificación realizada.

La tecnología está destinada a la planificación quirúrgica. La aplicabilidad de esta tecnología se expande a las diversas áreas como la ortopedia, la ortodoncia, la implantología y la veterinaria. En las áreas mencionadas existe una planificación quirúrgica que involucra la reconstrucción de estructuras óseas, que se acompaña de la preparación del material que se va a implantar en el paciente.

Con la solución presentada, y al contrario de lo que ocurre con otras soluciones, el usuario puede realizar cualquier planificación quirúrgica en un entorno 3D, donde tiene la capacidad de mover y colocar de forma libre e intuitiva los modelos 3D de estructuras anatómicas generadas a partir de las imágenes médicas y la representación digital 3D del material que se va a implantar en la cirugía, facilitando así la evaluación y selección de los materiales más adecuados para ella. La posibilidad de introducir diferentes estructuras anatómicas permite al usuario predecir el impacto que tiene la planificación en las estructuras circundantes.

De manera similar, la solución se puede integrar con los sistemas utilizados durante la cirugía dentro del quirófano. Esto puede permitir la interacción con la solución utilizando interfaces tangibles, sin necesidad de contacto físico. De este modo, es posible interactuar con la planificación realizada previamente en la aplicación, en el momento de la cirugía.

El cirujano aún puede apuntar a estructuras obstructivas con la ayuda de un diseño de interfaz de usuario (IU)/experiencia de usuario (EU) simple e intuitiva, permitiendo, a pesar del corto período de tiempo, hacer la planificación quirúrgica rápidamente, fácil y eficientemente.

La presente solicitud da a conocer una metodología de planificación preoperatoria asistida por ordenador en un entorno 3D, que comprende:

- seleccionar un valor o conjunto de valores de densidad (103) a partir del cual se construye el modelo 3D de la estructura anatómica del paciente a partir de su imagen médica (104);

- proporcionar una biblioteca de modelos 3D que represente los materiales protésicos;

- seleccionar al menos un modelo 3D del material de la biblioteca de representaciones digitales, de acuerdo con los intereses del cirujano y haciendo su inclusión en el entorno 3D (109);

- manipular individualmente los modelos 3D y 2D;

- interoperación entre los entornos 2D y 3D, siempre actualizados en tiempo real;

- moverse libremente y girar modelos 3D representativos de los materiales protésicos que se utilizarán en la cirugía; - intersección de los diferentes modelos 3D que representan los materiales protésicos y las diferentes estructuras anatómicas del paciente, permitiendo que el cirujano pueda comprender la intersección entre el material y la estructura anatómica;

- segmentación manual y/o automática de estructuras anatómicas a partir de imágenes médicas del paciente, por ejemplo, los huesos del pie están divididos y es posible una manipulación libre de cada segmento 3D (107).

Las técnicas previamente documentadas sobre la reconstrucción 3D solo permitido eso: reconstruir un modelo 3D a través de métodos de estudios de imágenes. Sin embargo, ninguna permite la combinación de modelos originados a partir de imágenes estructuralmente diferentes.

La presente solución permite superar precisamente esta enorme dificultad de combinar imágenes estructuralmente diferentes. Por un lado, las imágenes originadas en los estudios de imágenes se caracterizan por imágenes volumétricas matriciales compuestas por matrices de vóxeles. Por otra parte, las representaciones digitales del material protésico cuya imagen es vectorial y consta de un conjunto de representaciones geométricas. Se puede comprender la dificultad de interoperación entre los dos tipos de imagen.

De este modo, la tecnología inherente a esta solución está relacionada con un método que permite la interoperación de imágenes estructuralmente diferentes. La implementación de este método permite la extracción de modelos 3D a partir de diferentes valores de densidad, por ejemplo, la intensidad de los rayos X de la imagen médica del paciente y el uso de modelos 3D representativos del material quirúrgico por parte de un profesional de la salud en el momento de la cirugía. También hay que destacar que esta tecnología permite el manejo individual de diferentes modelos generados.

La tecnología desarrollada se presenta como una alternativa atractiva porque:

- la planificación siempre se realiza en un entorno 3D con la ayuda de vistas 2D axial, coronal y sagital (actualizado en tiempo real incluso con la introducción de representaciones digitales del material protésico);

- el cirujano puede manipular e intersecar los diferentes modelos generados, utilizando una visión estereoscópica y más realista de lo que le espera en el momento de la cirugía.

- es una herramienta de apoyo para que el cirujano comprenda el impacto de la solución encontrada en las estructuras circundantes, porque el software también permite insertar diferentes estructuras corporales, como una capa de piel;

- permite la segmentación del modelo 3D generado para desviar las estructuras que obstruyen la visibilidad;

- presenta un diseño IU/EU simple e intuitivo, lo que permite al cirujano, a pesar del corto período de tiempo, realizar la planificación quirúrgica rápidamente, fácil y eficientemente;

- incluye representaciones digitales en 3D del material protésico procedente de las diferentes empresas de esta área.

Las imágenes digitales se pueden almacenar en un archivo central en el hospital y se puede acceder a ellas desde una estación de trabajo o un ordenador situado en una red informática local dentro del hospital o desde una máquina remota. Adicionalmente, las imágenes se pueden transmitir fácil y rápidamente entre hospitales, si el paciente es trasladado.

Estas características son ventajosas sobre los métodos convencionales que, a menudo, solo tratan con una única versión de la imagen; son caras de producir, se retrasan si es necesario transferir las imágenes porque normalmente se envían por correo interno y/o externo; y las imágenes suelen ser propensas a perderse o dañarse. Además, es científicamente destacable que las técnicas de imagen digital han evolucionado positivamente en los últimos años, las propias imágenes utilizan una calidad superior.

La solución se refiere a un método que permite la interoperabilidad de imágenes estructuralmente diferentes.

La aplicación de este método permite la extracción de modelos 3D a partir de diferentes valores de intensidad de rayos X y el uso de imágenes 3D representativas del material que se va a utilizar en el momento de la cirugía.

La metodología descrita permite un entorno de planificación 3D, proporcionando de ese modo al cirujano una mayor precisión, evitando así la selección de una prótesis inadecuada y conduciendo por tanto al éxito de la cirugía.

La solución se ha desarrollado con una gran proximidad a la comunidad médica. Se creó una aplicación sencilla e intuitiva, reduciendo la curva de aprendizaje y el tiempo de planificación quirúrgica.

La tecnología relacionada con la solución se presenta como un sistema informático más ventajoso porque permite:

- una mayor precisión en la planificación, además de la visualización del entorno 3D, la solución permite la conjugación en tiempo real de entornos 2D y 3D;

- un mayor autonomía: el cirujano tiene total libertad de movimiento, manipular, intersecar y colocar los diferentes modelos generados en entornos 2D y 3D, permitiendo una visión estereoscópica y más realista de lo que le espera en el momento de la cirugía;

- una comprensión de las complicaciones quirúrgicas: la generación de diferentes estructuras anatómicas ayuda al cirujano a comprender el impacto del enfoque definido que se encuentra en las estructuras circundantes;

- una mayor visibilidad: la posibilidad de segmentar el modelo 3D generado permite una visión clara de las áreas anatómicas de difícil acceso mediante imágenes médicas normales;

- es intuitivo y atractivo: el hecho de que es una herramienta de fácil uso, permite al cirujano invertir el mínimo tiempo posible en la planificación de sus cirugías.

La capacidad del cirujano para predecir la cirugía influye en la incidencia de fracaso y, en consecuencia, mejora la reputación del cirujano. También hay que destacar la posibilidad de reducir el tiempo de la cirugía y el aumento de la productividad quirúrgica. El cirujano también puede prever el material que se utilizará en la cirugía, con el fin de mejorar la alineación y la adecuación del equipo quirúrgico, así como la reducción de los costes de eliminación de residuos.

También se puede presentar al paciente toda la planificación de la cirugía, para que comprenda con mayor claridad las etapas que se deben llevar a cabo. Este seguimiento puede tranquilizar al paciente y aumentar su seguridad sobre el cirujano y toda la planificación.

Breve descripción de los dibujos

Sin intención de limitar la divulgación en el presente documento, esta solicitud presenta dibujos adjuntos de realizaciones ilustradas para una comprensión más fácil.

La figura 1 ilustra una realización del flujo de trabajo de planificación para una cirugía ortopédica, donde los números de referencia muestran:

101 - importar la imagen médica del paciente;

102 - visor 2D;

103 - seleccionar el valor de densidad de la estructura anatómica;

104 - generar modelo 3D de estructura anatómica;

105 - entorno 3D;

106 - entorno 2D (planos axial, coronal y sagital);

107 - segmentación, zoom y movimiento del modelo 3D de estructura anatómica en el entorno 3D;

108 - zoom del modelo 3D de la estructura anatómica en el entorno 2D;

109 - seleccionar el modelo 3D del material protésico de la biblioteca de representaciones digitales;

110 - zoom, panorámica y movimiento del modelo 3D del material en el entorno 3D;

111 - zoom y panorámica del modelo 3D del material en el entorno 2D;

112 - agregar varias capas 3D de las estructuras anatómicas del paciente;

113 - zoom y movimiento de las capas 3D de las estructuras anatómicas del paciente; y

114 - informe final de la planificación 3D.

La Figura 2 ilustra una realización de una ventana de vista previa en 2D del estudio de imágenes del paciente, donde los números de referencia muestran:

201 - lista de pacientes;

202 - nombre del paciente;

203 - serie de imágenes de pacientes;

204 - imagen 2D del paciente;

205 - seleccionar el corte de la imagen del paciente; y

206: crear un modelo 3D de la estructura anatómica del paciente.

La figura 3 ilustra una realización de una ventana de conjunción de los entornos 2D y 3D, donde los números de referencia muestran:

301 - plano axial de la imagen;

302 - plano coronal de la imagen;

303 - plano sagital de la imagen;

304 - modelo 3D de una estructura anatómica;

305 - plantillas de biblioteca;

306 - isosuperficies;

307 - medidas de longitudes y ángulos;

308 - cubo de orientación; y

309 - planos múltiples 2D en los entornos 3D.

La figura 4 ilustra una realización de una ventana de base de datos de materiales protésicos 3D, donde los números de referencia muestran:

401 - nombre de la empresa que produce el material protésico seleccionado;

402 - tipo de plantilla, como tornillos y placas;

403 - dimensión del material protésico seleccionado

404 - lista de material protésico;

405 - imagen 3D del material protésico seleccionado;

406 - botón para agregar el material protésico al entorno 3D; y

407 - detalles del material protésico seleccionado.

Modo(s) para llevar a cabo las realizaciones

Haciendo referencia a los dibujos, en el presente documento se describen realizaciones opcionales con más detalle, las cuales, sin embargo, no pretenden limitar el alcance de la presente solicitud.

Esta solución permite su uso para la planificación en el área ortopédica, especialmente en la reconstrucción de tejido óseo y la consiguiente planificación quirúrgica de acuerdo con la realización ilustrada del flujo de trabajo de planificación para una cirugía ortopédica, en la figura 1.

El método de operación presentado de un sistema de planificación de cirugía ortopédica comprende las etapas ilustradas en la figura 1:

- importar una imagen médica;

- presentar las imágenes médicas importadas, esta presentación tiene lugar en un entorno 2D (figura 2);

- seleccionar un valor o conjunto de valores de densidad a partir del cual se genera el modelo 3D de la estructura anatómica del paciente a partir de una imagen médica;

- crear el modelo 3D de una estructura anatómica (figura 3);

- segmentación de estructuras anatómicas, creando modelos 3D que se pueden recolocar;

- seleccionar modelos 3D representativos de los materiales protésicos que se van a utilizar en la cirugía de la base de datos de modelos de material protésico tridimensional que tiene estas representaciones digitales (figura 4); - generar múltiples estructuras anatómicas de pacientes en el entorno 3D.

En una realización, el cirujano importa a la solución una tomografía computarizada del paciente (101), pudiendo mostrar en un entorno 2D qué estructura ósea quiere reconstruir (102). En la etapa (103), el cirujano debe seleccionar el(los) valor(es) de densidad de la estructura ósea que desea reconstruir. Esta estructura se muestra luego como un modelo 3D (104) que se puede manipular libremente. Para facilitar la visualización en 3D, el cirujano tiene la capacidad de segmentar el modelo 3D. De este modo, es posible desviar los huesos que pueden estar obstruyendo la visibilidad de la lesión de un paciente (107).

En este entorno multiplanar el cirujano puede agregar, a partir de una base de datos, el material protésico (109) que se utilizará durante la cirugía (de varios fabricantes). Estos materiales se agregan a entornos 2D y 3D y se pueden recolocar según lo considere más relevante el cirujano. De este modo, el cirujano dispone de una herramienta que le permite predecir en 3D qué enfoque es mejor utilizar en la cirugía. Adicionalmente, el cirujano puede insertar, en el entorno 3D, estructuras anatómicas circundantes en 3D (112) que pueden ayudar en el proceso de planificación.

En la ventana en la que aparece el modelo 3D, el cirujano también puede encontrar los cortes de TC en tres ejes (axial, coronal y sagital). Los entornos 2D (105) y 3D (106) se actualizan en tiempo real.

Todo el proceso de planificación digital proporcionado por esta solución también incluye una serie de herramientas que ayudan al cirujano, como medir longitudes y medir ángulos.

La presente solicitud describe además una metodología de planificación preoperatoria asistida por ordenador en un entorno 3D, que incluye:

- la capacidad de tomar medidas de longitudes y ángulos en el entorno 2D;

- renderizado multiplanar de los entornos 2D y 3D con la ayuda de cortes de visualización 2D - axial, coronal y sagital;

- generación de modelos 3D de las diferentes estructuras anatómicas del estudio de imagen del paciente;

- la posibilidad de guardar el plan elaborado para su posterior revisión;

- un diseño fácil de usar e intuitivo, simple y estéticamente agradable.

Naturalmente, las presentes realizaciones no se limitan de ninguna manera a las realizaciones descritas en este documento y una persona con conocimientos medios en el campo podrá predecir muchos cambios posibles sin desviarse del alcance principal, tal y como se describe en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de funcionamiento de un sistema de planificación de cirugía ortopédica, que comprende las etapas de:

- importar (101) al menos una imagen médica en un sistema informático;

- generación de un modelo 3D (104) de al menos una estructura anatómica seleccionada, en función de la al menos una imagen médica y de un valor o un conjunto de valores de densidad de la al menos una estructura anatómica, utilizando una extracción de una malla poligonal de una isosuperficie de un campo escalar tridimensional llamado vóxeles, siendo dicho modelo 3D de estructura anatómica una imagen volumétrica matricial compuesta de matrices de vóxeles;

- segmentar (101) el modelo 3D de estructura anatómica de acuerdo con el valor o conjunto de valores de densidad seleccionados previamente;

- acceder (109) a una base de datos de modelos de material protésico 3D para seleccionar al menos un modelo 3D de material protésico, siendo dicho modelo 3D una imagen vectorial que comprende un conjunto de representaciones geométricas;

- combinar modelos originados a partir de imágenes estructuralmente diferentes, intersecando los modelos 3D que representan el al menos un material protésico y la al menos una estructura anatómica seleccionada en una interfaz de usuario del sistema informático; estando dicho método caracterizado por que además comprende la etapa de - interactuar (114) en la interfaz de usuario con los modelos 3D creados de la estructura anatómica y el material protésico, en un área de entorno 2D y en un área de entorno 3D; actualizándose dichos modelos 3D en tiempo real en áreas de entornos tanto 2D como 3D; comprendiendo el área de entorno 2D tres planos 2D: axial, coronal y sagital;

- insertar al menos una estructura anatómica diferente en la representación del modelo 3D de la al menos una estructura anatómica seleccionada segmentando dicho modelo 3D de estructura anatómica de acuerdo con un valor o un conjunto de valores de densidad;

- simular la implantación de un material protésico en dicho modelo 3D de estructura anatómica;

- evaluar el material protésico más adecuado, evaluando el impacto que la planificación actual podría tener en la estructura o estructuras circundantes, prediciendo las posibles complicaciones que pueden surgir después de la cirugía;

- generar un informe por parte del sistema informático con información sobre la planificación realizada que se puede guardar en una memoria.

2. Método de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la etapa de importar al menos una imagen médica comprende una de las siguientes imágenes médicas:

- una radiografía digital (rayos X);

- una tomografía computarizada (TC);

- una resonancia magnética (RM); o

- una tomografía por emisión de positrones (TEP).

3. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de interactuar, en la interfaz de usuario del sistema informático, con los modelos 3D creados de la estructura anatómica y el material protésico, comprende cualquiera de:

- recolocación;

- medición de longitudes y/o ángulos;

- zoom;

- panorámica; o

- giro,

ya sea en el área de entorno 2D o en el área de entorno 3D o ambas al mismo tiempo.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la estructura anatómica diferente es cualquiera de: hueso, piel, músculos o vasos sanguíneos.

5. Sistema de planificación de cirugía ortopédica, configurado para implementar el método de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende:

- un sistema informático que comprende:

- un medio de tratamiento de datos configurado para crear un modelo 3D a partir de al menos una imagen médica;

- un módulo de entorno tridimensional;

- un módulo de renderizado multiplanar configurado para renderizar un entorno 2D y un entorno 3D;

- una interfaz de usuario;

- una memoria.

6. Sistema de planificación de cirugía ortopédica de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde la interfaz de usuario comprende un área de entorno 3D y un área de entorno 2D.