ES2856941T3 - Generación automatizada de agentes de tratamiento óseo - Google Patents
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Abstract
Procedimiento (1) para la producción de un implante (7), con un primer paso (2), en el que se dispone de datos originales 3D de un hueso (8) o de una sección ósea de un paciente específico a tratar, en el que existe un sitio a tratar dentro del hueso (8) o de la sección ósea, con un segundo paso (3) de utilización de datos 3D de un paciente de referencia seleccionado según criterios predefinidos, en el que los datos 3D del paciente de referencia utilizado corresponden al hueso (8) o a la sección ósea con el sitio a tratar y se ensamblan a partir de datos 3D de diferentes pacientes individuales mediante la formación de un valor promedio y/o un modelo estadístico, y con un tercer paso reconstructor (4) para complementar o completar los datos 3D combinados del primer paso (2) y del segundo paso (3) para la reconstrucción del lugar a tratar, en el que además se utiliza un implante promedio ya generado por valores promedio estándar y almacenado en una base de datos, anclado en el modelo estadístico por medio de puntos de construcción, se coloca en forma automática en el correspondiente lugar a tratar que fue previamente reconstruido, y en el que posteriormente se realiza un ajuste de una superficie orientada hacia el hueso del implante promedio.
Description
DESCRIPCIÓN
Generación automatizada de agentes de tratamiento óseo
La invención se refiere a un procedimiento para confeccionar agentes de tratamiento óseo, por ejemplo, osteosíntesis ortognáticas y/o plantillas.
Los procedimientos adyacentes son conocidos, por ejemplo, por las patentes estadounidenses US 8855 389 B1 y US 2014/0094924 A1. El documento US 8 855 389 B1 divulga un método implementado por ordenador para utilizar un método de elementos finitos para sistemas de implantes óseos. En este método, también se accede a una biblioteca de datos de implantes preconstruidos. Sin embargo, estos datos se aplican/modifican a un hueso intacto. Por el contrario, en el documento US 2014/0094924 A1, se accede a una imagen especular de un hueso contralateral intacto/no dañado. También se conoce el estado de la técnica en los documentos US 2011/0151 400 A1, US 4 936 862 A, EP 0255 797 A1 y WO 2008/109571 A1.
Además, el estado de la técnica se conoce por el documento DE 199 22 279 A1. En este caso, se revela una generación de implantes específicos para el paciente mediante diferentes métodos. En un método, se genera un modelo de implante virtual a través de un modelo de referencia 3D. Para ello, se realiza una selección de modelos similares a partir de la comparación de las características específicas del modelo 3D del paciente adquirido previamente en una base de datos de referencia, teniendo en cuenta aspectos matemáticos, funcionales, médicos y estéticos. A partir de esta selección, se elige finalmente el modelo de referencia 3D, preferiblemente bajo una valoración médica especial. Superponiendo el modelo de referencia 3D y el modelo 3D del paciente, se crea un modelo virtual 3D del paciente, a partir del cual se genera el modelo virtual del implante en el ordenador.
En los procedimientos existentes para confeccionar agentes de tratamiento óseo, ya sea implantes o plantillas de corte óseo, la calidad no es satisfactoria. En este sentido, se debe mejorar la precisión de ajuste de los agentes de tratamiento óseo para el paciente que se va a tratar. Además, debería ser posible confeccionar y proporcionar agentes de tratamiento óseo adaptados a cada paciente de forma más rápida, económica y sencilla. El objetivo es también garantizar una mayor fiabilidad en la planificación. La planificación también debería ser más fácil. Por último, también debe mejorarse la facilidad de uso de dicho procedimiento.
Esta tarea se resuelve según la invención mediante el objeto de la reivindicación 1. En comparación con el documento DE 199 22 279 A1, la diferencia según la reivindicación 1 estriba en que los datos 3D añadidos del paciente de referencia se componen de datos 3D de diferentes pacientes individuales sobre la base de un promedio y/o de un modelo estadístico y no están formados, como se implementa en el documento DE 19922279 a 1, por un modelo de paciente de un único paciente que es el más similar al lugar que se va a tratar. Además, el documento DE 19922279 A1 tampoco divulga que un implante promedio ya generado por valores medios estándar y almacenado en una base de datos, que está anclado en el modelo estadístico mediante puntos de diseño, se coloque en forma automática en el correspondiente lugar previamente reconstruido que se va a tratar, y en el que se realiza posteriormente un ajuste de una superficie del implante medio orientada hacia el hueso. La reivindicación 1 conduce así a un aumento significativo de la precisión de ajuste del implante producido con el sitio del paciente a tratar.
En otras palabras, el objeto de la reivindicación 1 comprende un procedimiento para confeccionar agentes de tratamiento óseo utilizando diferentes pasos. Así, en un primer paso, se adquieren/ recuperan/ utilizan los datos 3D (originales) de un hueso o de una sección ósea de un paciente específico que va a ser tratado, en el que dentro del hueso o de la sección ósea hay un lugar que va a ser tratado. Esta ubicación es típicamente un defecto o un defecto de material óseo. Estos datos 3D (originales) de un hueso o de una sección ósea del paciente específico que se va a tratar se remontan, por ejemplo, a una etapa de adquisición de datos, como por medio de TAC, RMN, IRM, DICOM o métodos y dispositivos similares. En un tercer paso, el de la reconstrucción, los dos conjuntos de datos se combinan de tal manera que se complementan o completan los datos 3D para la reconstrucción del lugar a tratar. Aquí se incluye o puede incluirse un ajuste de los datos 3D originales o de los datos complementados obtenidos sobre la base de los datos 3D del paciente de referencia seleccionado, con lo que se obtienen datos 3D reconstruidos y ajustados, por ejemplo, para puentear o complementar un defecto de material óseo en el paciente a tratar. Se trata de una mejora significativa con respecto a los procedimientos anteriores. Los datos del "paciente de referencia" pueden referirse, en particular, a un conjunto de datos que se han recopilado de diferentes pacientes individuales. Aquí, por ejemplo, se puede utilizar el promedio, la formación de la mediana y/u otros algoritmos similares. El "paciente de referencia" no tiene que ser necesariamente un "individuo", pero puede serlo. Es posible componer un "paciente de referencia" "artificial" a partir de conjuntos de datos existentes. Al final, se utiliza un modelo estadístico. Se entiende que un paciente es una persona o un animal vivo o muerto y/o partes del mismo. Se utiliza un paso de reflexión para obtener datos 3D combinados del lugar que se va a tratar mediante la superposición de datos 3d del paciente específico que se va a tratar en el lugar afectado, los datos 3D superpuestos se originan en un lado simétricamente opuesto del paciente, es decir, en un lugar correspondiente al hueso o a la sección ósea. Si bien el uso de datos estadísticos, es decir, los datos proporcionados por uno o más pacientes de referencia, muestra una mejora, esta mejora es significativamente mayor mediante el uso de un paso de reflexión y el uso de los datos reflejados del lado sano del paciente específico e individual a tratar. Por lo tanto, también se ha previsto un paso de adición de datos 3D, donde
estos datos 3D corresponden al hueso o a la sección del hueso con el sitio a tratar (pero en el lado sano), es decir, encuentran su origen en un lado que es simétrico al lado a tratar.
Las realizaciones ventajosas se reivindican en las subreivindicaciones y se explican con más detalle a continuación. Es ventajoso que el resultado de al menos los tres pasos se utilice para planificar la operación.
También es ventajoso si los tres pasos de poner a disposición los datos 3D originales del paciente a tratar, la adición de los datos 3D del paciente de referencia y el paso de complementación, se realizan en forma secuencial o al menos parcialmente en paralelo. De este modo, es posible cumplir con intervalos de programación de 5 a 10 minutos, e incluso lograr un tiempo total de confección de < 12 horas si se confecciona in situ, o de < 48 horas si una empresa de productos sanitarios está contratada en un lugar físicamente diferente.
Si después del tercer paso, en un cuarto paso, se confeccionan los medios de tratamiento óseo, a la manera de un implante o de una plantilla de corte ósea, se puede disponer de un componente que se fije al hueso con bastante rapidez.
También ha resultado ventajoso si, en un paso preparatorio, los datos 3D originales del paciente y/o los datos 3D de uno o más pacientes de referencia se reproducen, por ejemplo, en una base de datos basada en la web y/o se extraen de dicha base de datos.
Un ejemplo de realización ventajosa se caracteriza también porque se realiza una visualización 2D o 3D asistida por ordenador antes del paso de reflexión y/o después del primer paso. De este modo, se incrementa la facilidad de uso. Para que la identificación de los huesos o fragmentos óseos individuales pueda llevarse a cabo de forma eficiente y sencilla, es ventajoso que antes o después del paso de reflexión, preferiblemente después del paso de visualización, se seleccionen puntos de marcado óseo definidos, por ejemplo, a modo de puntos de referencia, "landmarks" o marcadores. Para que no sólo se puedan mejorar los huesos existentes, sino que también se pueda reemplazar el material que falta, es ventajoso que un defecto de material óseo del paciente que se va a tratar se cierre o se rellene a modo de puente u orificio. De este modo, puede ampliarse considerablemente el campo de aplicación del procedimiento. Por supuesto, también es posible utilizar el medio de tratamiento óseo de tal manera que, después de que se haya fijado al hueso / a la sección ósea, sirva como dispositivo de guía y/o dirección para perforar, cortar o perforar el hueso.
Se le puede ayudar al paciente más rápidamente que hasta ahora si, antes del cuarto paso, a saber, la producción, se generan los datos 3D y/o los datos de producción para controlar las máquinas de confección, como los datos NC o CNC, en un paso de generación y, ventajosamente, estos datos NC o CNC se introducen directa o indirectamente en un dispositivo de confección, como un dispositivo de control de un sistema de fresado, torneado, sinterización o soldadura. De este modo, se pueden utilizar de forma rápida y eficaz los procesos de conformación, remodelación y, en particular, de mecanizado y/o confección aditiva. Resulta especialmente ventajoso el uso de técnicas de creación rápida de prototipos, como las tecnologías de impresión en 3D, especialmente las que utilizan un formato de datos *3mf. Además de la información sobre la geometría, también debe incluirse la información sobre la confección aditiva y/o la eliminación de virutas.
Además, es ventajoso si, preferentemente, se realiza un paso de modelado para obtener superficies, ejes, localizaciones y/o factores de desviación directamente después del tercer paso y/o antes del cuarto paso.
Es ventajoso si se realiza una etapa de planificación de la operación antes o en lugar del cuarto paso.
Un ejemplo de realización ventajoso también se caracteriza porque los datos 3D del paciente a tratar y/o los datos 3D del paciente o de los pacientes de referencia se almacenan en una base de datos de un hospital o un servidor ICloud (o instalación similar) o una base de datos de una empresa de tecnología médica. En este caso, se aplican tanto los datos intrahospitalarios como los extrahospitalarios y todos los disponibles. En particular, mediante una solución basada en la web, se mejora la aceptación del procedimiento y se facilita su uso.
Si los datos 3D del paciente o de los pacientes de referencia contienen criterios de selección, tales como fumador/ no fumador, género, edad, altura, ocupación, etnia y/o información de fisiología constitucional, se facilita la selección de los respectivos datos adecuados (individualmente) para reconstruir el hueso. Para la información de fisiología constitucional, la clasificación según Kretschmer es adecuada, aunque su clasificación es controvertida.
La invención también se refiere a un dispositivo para llevar a cabo un proceso de planificación y/o confección, en el que se incluyen/ disponen medios para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención.
Otro desarrollo ulterior radica en que está incluido / comprendido un ordenador, que está preparado y configurado para realizar en forma automática los pasos del procedimiento. Así, la interacción con un operador se reduce al mínimo.
Un uso de acuerdo con la invención consiste en incorporar irregularidades en un hueso y así obtener un mejor diagnóstico.
En otras palabras, se describe ahora un procedimiento o proceso en el que, utilizando modelos estadísticos de forma, se genera una superficie y/o un volumen en el que la reconstrucción del implante y las plantillas para la osteotomía se almacenan en una base de datos. Esto permite adaptar y calcular en forma automática los pasos del tratamiento óseo y/o los agentes de tratamiento óseo para cada individuo. Los agentes de tratamiento óseo también pueden personalizarse y confeccionarse de forma especialmente puntual.
Los modelos estadísticos de zonas anatómicas son útiles para la planificación médica. Se trata de modelos virtuales que permiten añadir o reemplazar áreas faltantes o defectuosas basándose en la información de forma individual existente.
Se ha demostrado que los modelos estadísticos para reconstruir el aparato de soporte óseo humano permiten / tienen una mayor precisión que una simple / singular reflexión del lado sano en el lado enfermo. Una de las principales ventajas es que la reconstrucción automatizada del hueso alterado en forma patológica o traumatológica sólo requiere una alineación basada en puntos o superficies sobre el hueso estacionario para aplicar el modelo estadístico de forma y obtener una reconstrucción independiente de procedimientos de segmentación más complejos. Además, la naturaleza y la calidad de la información de la imagen 3D existente del individuo es ahora independiente del resultado de la reconstrucción por el modelo estadístico. Esto también significa que la presencia de artefactos, como los debidos a los tornillos metálicos, que implican zonas borrosas en las técnicas de diagnóstico por imagen, pueden ser factorizadas y, por tanto, eliminadas.
La combinación del modelo estadístico con los diseños de los implantes permite adaptarlos en forma automática al individuo correspondiente. Por ejemplo, al seleccionar las ubicaciones típicas de las fracturas, se pueden generar automáticamente implantes individuales. Además, una idea es recoger la información de las reconstrucciones individuales para obtener una optimización del implante para los implantes medios estandarizados.
El mismo principio puede aplicarse a las llamadas "guías de corte" (cutting guides). Las "guías de corte" son necesarias para realizar osteotomías calculadas en el hueso. Por ejemplo, en una reconstrucción mandibular en la que se va a insertar un injerto óseo del hueso escafoides, se calcula de antemano cómo debe cortarse el hueso levantado para poder reconstruir la forma anatómica de la mandíbula. Si estos defectos se almacenan en una base de datos, las guías de corte pueden calcularse en forma automática. Además, este procedimiento puede eliminar la exposición adicional a los rayos X de la zona donante en el futuro, si el modelo estadístico puede proporcionar esta información automáticamente como un valor medio, lo que se supone en la actualidad.
La cadena de procesos para la producción de implantes es la siguiente:
1. adquisición de datos (TAC, RMN, ecografía, cuadrícula estadística (sexo, edad, altura, profesión, ...))
2. selección de la zona y/o del implante por puntos o áreas
3. aplicación de un modelo estadístico a la zona seleccionada
4. deformación del implante en la zona asignada
5. exportación del archivo de diseño del implante final.
La cadena de procesos para la "Guía de corte" puede caracterizarse como sigue:
1. adquisición de datos
2. selección de la zona a reconstruir
3. aplicación de un modelo estadístico a la zona seleccionada
4. selección de la zona donante y cálculo de las osteotomías necesarias
5. visualización de la corrección de conversión necesaria y construcción automática de la guía de corte
6. exportación del archivo de construcción terminado
Hay varias ventajas en comparación con otros procedimientos. Por ejemplo, no es obligatorio realizar la reflexión del lado. Así, se puede tener en cuenta la asimetría individual. No es necesaria una nueva reconstrucción del implante. Se puede almacenar cualquier número de "implantes en bruto". Se puede acceder a estos según la indicación y el cirujano. Las "guías de corte" se pueden calcular en el procedimiento de planificación de la operación. Esto acorta considerablemente la cadena de procesos. Se evita el control requerido por parte del médico, ya que éste es realizado por el planificador en la misma sesión de generación del implante. La aplicación basada en la web permite una planificación rápida y eficaz sin necesidad de software adicional. El software puede mejorar continuamente los implantes y las superficies en modo de autoaprendizaje. Es posible almacenar "dimensiones estándar" y "ejes estándar" para detectar cambios patológicos y sugerir la corrección adecuada. Se puede omitir una imagen de rayos X adicional y una exposición a la radiación asociada de la zona donante.
Así, la particularidad es que se produce una reconstrucción automática de la superficie ósea con datos 3D, utilizando los datos existentes del paciente concreto e individual, que se complementan con los datos de un modelo estático. La
combinación de los datos existentes (residuales) de cada paciente con los datos 3D complementarios del modelo estadístico conduce, por lo tanto, a una reconstrucción superficial específica del hueso a tratar.
El modelo estadístico de forma se utiliza para la planificación asistida por ordenador. En este caso, el modelo de forma es integrado en el software de planificación correspondiente (por ejemplo, como conjunto de datos STL) y puede utilizarse para la "reconstrucción virtual" en la navegación quirúrgica. La ventaja de este procedimiento es que no es necesario realizar la reflexión de la reconstrucción. Esto permite navegar por los defectos bilaterales (de dos lados). El seguimiento simultáneo de los implantes virtuales permite un control preciso del posicionamiento quirúrgico mediante la navegación.
Otra aplicación especial también radica en que un implante estandarizado para una zona ya está "construido". Es decir, ya se ha generado un "implante promedio" a partir de los valores medios estándar. Esto se almacena en una base de datos. A partir de los puntos de construcción, se ancla en el modelo estadístico y se coloca automáticamente en la posición correspondiente del individuo. En un segundo paso, se ajusta la superficie del implante que está orientada hacia el hueso. El archivo de construcción cambia a medida que el modelo estadístico de forma es ajustado a cada hueso.
También es particular si se coloca un implante estándar en el lugar correspondiente del hueso (mejor ajuste). Se utiliza un proceso de ajuste para rellenar el material entre la superficie del implante que está orientada hacia el hueso y el hueso.
La invención se explica con más detalle a continuación con la ayuda de alguna figura. Se muestra:
Fig. 1 un diagrama de flujo para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con la invención,
Fig. 2 el procedimiento de remodelación en un hueso,
Fig. 3 la posición de una zona a tratar en un cráneo indicado a modo de ejemplo y
Fig. 4 la aplicación de medios de fijación ósea, a la manera de un implante orbital y un implante maxilar.
Las figuras son meramente esquemáticas y solo sirven para la comprensión de la invención. Los mismos elementos se indican con los mismos signos de referencia.
La invención se presta a su aplicación en la cirugía craneal y facial, pero en última instancia puede utilizarse en y/o para cualquier estructura ósea de un ser humano o mamífero.
En un procedimiento 1 de acuerdo con la invención, hay un primer paso 2 de proporcionar datos originales en 3D de un hueso o una sección ósea de un paciente específico a tratar. A continuación, se realiza un segundo paso 3 en el que se añaden los datos 3D de un paciente de referencia seleccionado según criterios predefinidos, es decir, los datos 3D se toman en una zona comparable que está pendiente de tratamiento. En un tercer paso 4 posterior, se lleva a cabo una complementación, que posiblemente comprenda un ajuste, de los datos 3D combinados del paso 2 y del paso 3, en el que se produce una combinación de los datos en un paso parcial.
Entre el primer paso 2 y el segundo paso 3, también puede tener lugar un paso de reflexión 5. En este paso de reflexión, se extraen en un lugar sano los datos 3D opuestos al eje longitudinal o a un plano de simetría que contiene el eje longitudinal del cuerpo del paciente enfermo (específico) que se va a tratar y se superponen con los datos 3D del lado enfermo que se va a tratar. Se recomienda aprovechar este paso.
En un cuarto paso 6, que también se denomina paso de acabado, se produce un agente de tratamiento óseo 7, por ejemplo, a modo de implante o plantilla de corte óseo. Esto también permite la "planificación quirúrgica virtual". En la Fig. 4 se muestra un agente de tratamiento óseo de este tipo 7, que se acopla a un hueso 8 de un paciente específico e individual a tratar.
En la Fig. 3, se muestra una zona 9 a tratar en un cráneo que comprende un hueso 8. Mientras que la órbita de este cráneo del lado derecho vista desde el paciente presenta un defecto en la zona 9 a tratar, la órbita del lado izquierdo vista desde el paciente no tiene ningún defecto.
Los datos relevantes del lado sano se transfieren al área defectuosa en un paso de reflexión 10 visualizado en la Fig. 1. Allí son transformados. Los pasos anteriores están precedidos por un paso de preparación 11, en el que los datos 3D del paciente y/o los datos 3D de uno o más pacientes de referencia se importan o se extraen de una base de datos local o basada en la web.
La Fig. 2 ilustra cómo, partiendo de un defecto óseo, se crean puntos de referencia, y a continuación tiene lugar un "ajuste" en el que se utiliza un modelo de forma superpuesto, pero que aún no está adaptado, para posteriormente insertar un modelo de forma estadístico en una sección de cálculo a fin de conseguir un modelo adaptado con un defecto óseo sustituido. Las marcas 12 que forman los "landmarks" o puntos de referencia se indican mediante el signo de referencia 12.
Por lo tanto, la cuestión es que hasta ahora exclusivamente, por ejemplo, los defectos del cráneo se reconstruyen principalmente mediante la reflexión del lado sano en el lado defectuoso. Sin embargo, esto sólo se ajusta hasta cierto punto o los resultados no son lo suficientemente buenos. En el presente procedimiento, se evalúa un gran número de modelos de cráneo para formar un modelo estadístico. A partir del modelo estadístico, se puede reconstruir la localización del defecto en el cráneo defectuoso.
En el procedimiento 1 de acuerdo con la invención se utiliza un paso de generación 13.
Lista de referencias
1 procedimiento
2 primer paso (datos para dejar a disposición)
3 segundo paso (aplicación de un modelo estadístico)
4 tercer paso (complementación y eventualmente además ajuste)
5 paso de reflexión
6 cuarto paso / paso de acabado
7 agente de tratamiento
8 hueso
9 área a tratar
10 paso de reflexión
11 paso de preparación
12 marcación
13 paso de generación
Claims (9)
1. Procedimiento (1) para la producción de un implante (7), con un primer paso (2), en el que se dispone de datos originales 3D de un hueso (8) o de una sección ósea de un paciente específico a tratar, en el que existe un sitio a tratar dentro del hueso (8) o de la sección ósea, con un segundo paso (3) de utilización de datos 3D de un paciente de referencia seleccionado según criterios predefinidos, en el que los datos 3D del paciente de referencia utilizado corresponden al hueso (8) o a la sección ósea con el sitio a tratar y se ensamblan a partir de datos 3D de diferentes pacientes individuales mediante la formación de un valor promedio y/o un modelo estadístico, y con un tercer paso reconstructor (4) para complementar o completar los datos 3D combinados del primer paso (2) y del segundo paso (3) para la reconstrucción del lugar a tratar, en el que además se utiliza un implante promedio ya generado por valores promedio estándar y almacenado en una base de datos, anclado en el modelo estadístico por medio de puntos de construcción, se coloca en forma automática en el correspondiente lugar a tratar que fue previamente reconstruido, y en el que posteriormente se realiza un ajuste de una superficie orientada hacia el hueso del implante promedio.
2. Procedimiento (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se usa un paso de reflexión (5) en el que se lleva a cabo una superposición de datos 3D del paciente específico que se va a tratar, que se originan en un lado simétricamente en espejo del paciente, a saber, en un lugar correspondiente al hueso (8) o a la sección ósea, con el fin de obtener datos 3D combinados.
3. Procedimiento (1) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los tres o cuatro pasos (2, 3, 4 y/o 5) se realizan sucesivamente o en paralelo.
4. Procedimiento (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque después del tercer paso (4), en un paso adicional (6) se produce el agente de tratamiento óseo (7) a modo de un implante o de una plantilla de corte óseo.
5. Procedimiento (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque en un paso de preparación (11) se incluyen y/o se extraen los datos 3D originarios del paciente y/o los datos 3D de uno o de varios pacientes de referencia en una base de datos.
6. Procedimiento (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque previo al paso de reflexión (5) y/o después del primer paso (2) se realiza una visualización 2D o 3D asistida por ordenador.
7. Procedimiento (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque antes o después del paso de reflexión (5) se seleccionan /seleccionaron puntos definidos de marcación ósea (12).
8. Procedimiento (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque previo al paso adicional (6) se generan en un paso de generación datos 3D y/o datos de producción para direccionar los dispositivos de producción.
9. Procedimiento (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se usa al menos el resultado de los tres pasos (2, 3, 4) para la planificación de la operación.
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