FR2721497A1 - Dispositif lumineux de localisation et de pointage tridimensionel pour applications médicales. - Google Patents

Abstract

Pour résoudre un problème d'intervention sur un patient pour lequel on connaît l'existence d'une lésion à opérer, on prévoit de comparer une image préopératoire acquise préalablement selon une modalité donnée (RMN ou tomodensitométrie) à une image de surface acquise alors que le patient est couché sur la table d'opération. Dans ce but, on utilise pour acquérir l'image de surface en temps réel, un dispositif optique qu'on réutilise par la suite en sens inverse pour désigner sur le corps du patient l'endroit où le praticien doit intervenir. On montre qu'en agissant ainsi, d'une part on peut rendre les opérations de mise en correspondances des images très simple et que, par ailleurs, la désignation de l'endroit de l'intervention peut être perfectionnée et être très pratique pour le praticien.

Description

DISPOSITIF LUMINEUX DE LOCALISATION ET DE POINTAGE
TRIDIMENSIONNEL POUR APPLICATIONS MEDICALES
La présente invention a pour objet un dispositif lumineux de localisation et de pointage pour applications médicales. Elle a pour but de faciliter l'intervention des praticiens sur des patients qu'on a préalablement, ou en temps réel, soumis à une procédure d'acquisition, une mesure, de leurs structures internes par différentes modalités.

Les différentes modalités de connaissance des structures internes de patients connues à ce jour sont principalement l'imagerie densitométrique par rayons X, l'imagerie par résonance magnétique nucléaire, l'imagerie par ultrasons, et l'imagerie par scintigraphie. Elles sont décrites dans la revue des "TECHNIQUES HOSPITALIERES", pages 34-35, numéro 462,
Mars 1984, France, ainsi que dans la revue "ARTS ET
METIERS MAGAZINE", Mars 1992, pages 14-15, France.

Cette mesure des structures se concrétise par la mise en mémoire d'informations physiques (de préférence numérisées) affectées à chaque élément de volume (ou voxel) du corps du patient sous examen, et dépendant de la modalité en question. On acquiert ainsi des images à trois dimensions, 3D, de l'intérieur du corps du patient. On a l'habitude de désigner sous le nom de volume numérique, un espace mémoire d'un ordinateur qui contient en chaque cellule mémoire une information représentative pour un voxel de l'examen médical exécuté. Les cellules mémoires de ce volume numérique ont des adresses dans cette mémoire et des contenus d'information qui sont représentatifs des lieux des éléments de volume dans le corps du patient 6L des mesures de la grandeur physique à l'endroit de ces éléments de volume.

Il est connu divers moyens pour visualiser les structures internes ainsi mesurées et mémorisées dans une image dite à trois dimensions. Ces moyens sont décrits dans un article intitulé "VOLUME VISUALIZATION
IN MEDECINE: TECHNIQUES AND APPLICATIONS" du à A.

POMMERT et Al, paru dans la revue H. Müller (ed):
Scientific Visualization, Springer Verlag, Berlin, 1992. Notamment, il est possible de présenter des images de vue ou de coupe qui sont synthétisées à partir du volume numérique.

Dans ce qui va suivre, on admettra qu'on a affaire à un patient possédant une affection et sur laquelle on veut intervenir. Ce patient va donc être conduit à l'hôpital pour subir une intervention. Un problème se pose pour cette intervention : le praticien ne dispose actuellement, sur le patient réel au moment de l'intervention, d'aucune information pour guider son intervention. En effet, il dispose bien, par une acquisition pré-opératoire, de la connaissance de l'endroit où la lésion se trouve dans le patient, par exemple, dans son cerveau, il peut même la faire apparaître et la voir sur un écran placé à côté de lui.

Cependant, quand il arrête de regarder l'écran, et qu'il se tourne vers le patient, il ne sait pas précisément, comment il doit intervenir compte tenu de la position qu'occupe le patient sur la table d'intervention.

Il a été présenté à ce sujet dans un article : "A frameless stereotactic approach to neurosurgical planning based on retrospective patient-image registration" dans la revue J. NEUROSURG., volume 79, août 1993 édité par l'Université de Chicago aux Etats
Unis, un rappel des techniques actuelles et une proposition d'une technique nouvelle de repérage de l'intervention. Les techniques actuelles consistent, en neurochirurgie, au cours de l'acquisition 3D préalable, à enserrer la tête du patient dans un cadre stéréotaxique : une sorte de carcan mécanique dans lequel la tête du patient est maintenue fixe avec tous les désagréments et aspects pénibles pour le patient qu'on peut imaginer.La technique nouvelle proposée dans cet article consiste à acquérir directement une image de la surface de la peau du patient et à rapprocher l'image de surface ainsi obtenue d'une image de surface segmentée à partir d'une acquisition 3D.

L'image de surface est la description géométrique (cotes x y z) de la surface du corps du patient.

L'acquisition 3D décrite dans l'article est une acquisition par RMN. Rendu à ce stade, il est prévu, pour repérer un lieu d'intervention dans le patient, de déplacer un stylet de mesure, dont on s'est servi pour acquérir l'image de surface, sur la peau du patient jusqu'à ce que le stylet pointe directement vers le centre de la lésion et soit orienté perpendiculairement à la peau. A ce moment, la peau est marquée avec une encre relativement indélébile. Le jour suivant, le patient est piqué par une aiguille stérile à l'endroit de la zone pointée de manière à ce que la préparation de la peau en vue de la stériliser, ce qui enlève l'encre, ne fasse pas perdre l'information d'aide à l'intervention.

Ces dispositifs de pointage mécanique présentent différents problèmes: des problèmes d'asepsie, de confort du patient et de gène du chirurgien pendant l'intervention. De plus l'utilisation du cadre impose que l'acquisition se fasse immédiatement avant l'opération (pour que le cadre utilisé lors de l'acquisition soit présent dans la même position lors de l'intervention). Bien qu'actuellement il soit question de procéder de cette façon, il est envisagé dans l'avenir de pouvoir faire l'acquisition en volume soit bien avant soit au moment même de l'intervention chirurgicale.

L'invention a pour but de remédier à ces problèmes d'ergonomie d'intervention, en faisant appel, pour l'acquisition de l'image de surface et pour le repérage sur le patient à un même appareil: un appareil optique.

Dans l'invention, pour acquérir l'image de surface, plutôt que de pointer la surface du corps du patient avec l'extrémité d'un stylet pour désigner successivement un certain nombre de points à la surface de la partie du corps du patient à imager, on utilise un rayon lumineux, par exemple, un rayon laser de faible puissance. Ce rayon laser est associé avec une caméra de telle façon que la direction du rayon laser soit connue en permanence par rapport à l'orientation de la caméra. On peut relever, dans l'image captée par la caméra, la trace de l'impact du rayonnement laser.

On mesure les coordonnées x et y de cette trace dans l'image captée. La direction d'un rayon lumineux qui provient de cet impact, repérée par rapport à un axe principal de la caméra, peut être déduite de la mesure de ces coordonnées. Connaissant par ailleurs l'orientation du rayon laser au moment de cette mesure, on dispose de deux orientations qui permettent, par triangulation, de calculer, par rapport à un repère lié à la caméra (ou à l'ensemble caméra rayon laser), la position dans l'espace (coordonnées xyz) du point d'impact.

On effectue cette opération pour un certain nombre d'impacts différents obtenus en modifiant seulement l'orientation du rayon laser incident sur le corps du patient. Avec le repérage à trois dimensions de tous les points d'impact on constitue une image de surface du patient. Cette image, qui n'est par ailleurs pas destinée à être visualisée comporte, une liste de coordonnées. Cette image présente l'intérêt de correspondre au patient dans la position qu'il occupe dans l'installation médicale.

Comme indiqué dans l'article cité ci-dessus, on peut rapprocher l'image de surface ainsi optiquement acquise, d'une image correspondante de surface (par exemple l'image de peau) synthétisée à partir d'une acquisition 3D préalable. On en déduit alors une translation et une rotation qu'il convient de faire subir au volume numérique pour que l'image 3D acquise vienne s'imbriquer exactement dans l'image de surface.

Dans un premier mode de fonctionnement du dispositif de l'invention, on désigne dans l'image 3D acquise un lieu à atteindre, et le système montre, sur le patient lui même, la position de ce lieu, en faisant pointer un rayon lumineux en direction de ce lieu à atteindre. Au besoin, on peut déplacer la source du rayon laser de manière à ce qu'elle occupe une position où elle ne gêne pas le praticien et où, de préférence, elle est orienté dans le sens correspondant au mode d'intervention sur le patient.

Dans un deuxième mode de fonctionnement du dispositif de l'invention, on pointe manuellement le rayon laser sur un lieu du patient lui même et le système montre, dans une image visualisée de l'image 3D acquise, l'endroit où on en est de l'intervention. Bien entendu le pointage manuel peut être relayé par un dispositif motorisé.

L'invention a donc pour objet un dispositif de localisation et de pointage tridimensionnel sur un patient comportant une installation médicale pour recevoir ce patient, un moyen de repérage d'un lieu dans des données d'images pré-opératoires à trois dimensions de ce patient, un moyen d'acquisition d'une image naturelle de ce patient dans l'installation, un moyen de pointage d'un lieu sur ce patient, et un moyen pour faire correspondre le lieu pointé sur le patient au lieu repéré, caractérisé en ce que les moyens de pointage ou de repérage comportent une source lumineuse.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'à titre indicatif mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent - figure 1: un dispositif conforme à l'invention; - figure 2: des étapes essentielles d'un procédé d'utilisation du dispositif de l'invention ; - figure 3: des particularités d'un dispositif optique d'acquisition de l'image de surface naturelle et de repérage.

La figure 1 montre un dispositif selon l'invention. L'installation médicale qui est présentée comporte un appareil de mesure 1 pour effectuer une mesure à trois dimensions, 3D, d'un patient 2 présent dans l'appareil. Dans l'exemple représenté, l'appareil est un appareil de RMN dont on ne voit que l'aimant principal extérieur. Cet appareil permet d'acquérir une image à trois dimensions du corps du patient qui sera stockée dans une mémoire 3 d'ordinateur après traitement d'acquisition et de reconstruction entrepris, notamment, sous le contrôle d'un processeur 4 contenant une unité arithmétique et logique UAL. On a représenté par ailleurs un dispositif optionnel de visualisation 5 sur lequel on peut visualiser des coupes, ou de préférence des vues, de la partie concernée du corps du patient 2 : par exemple sa tête.

La mémoire 3, le processeur 4 et l'écran 5 sont reliés à l'appareil de mesure 1 par un bus de commandes et de données. L'acquisition 3D peut être concomitante à l'intervention sur le patient, elle peut aussi avoir été effectuée bien avant. Dans ce cas seul l'exploitation des données de la mémoire 3 est à prendre en considération.

Dans l'invention, on va acquérir avec un appareil optique 6, une image de surface du patient 2 alors que ce patient est placé sur un lit d'intervention 7. Selon la modalité mise en oeuvre pour l'acquisition 3D, il est possible que le lit 7 soit le même que le lit 8 de l'appareil 1. Dans le cas ou l'appareil 1 est un appareil de RMN, le dispositif d'optique 6 doit être amagnétique, ou du moins ne pas provoquer de perturbations du champ. Par contre, s'il s'agit d'acquisition de type densitométrique, d'ultrasons ou de médecine nucléaire, il est possible mécaniquement d'approcher le dispositif 6 de telle façon qu'il puisse coexister dans l'appareil 1.

Le dispositif optique 6 est repéré par construction, selon des axes X, Y, Z de coordonnées, par rapport au lit 7 de l'installation d'intervention.

Dans le cas où le dispositif d'intervention est différent de l'appareil 1 d'acquisition d'images 3D, où dans le cas ou étant dans un même appareil, la combinaison n'est pas possible parce que pas simultanée, il n'y a pas de repérage automatique de l'image 3D des structures acquises avec l'appareil 1 (et repérées par un repère ABC) par rapport au repère
XYZ.

Dans un premier temps, avec l'appareil optique 6, on acquiert une image de surface. Dans l'exemple décrit ici, le dispositif optique 6 comporte un ou plusieurs générateurs de rayonnement 9 émettant en direction du patient 2 des rayons D. Ces générateurs sont de préférence des générateurs de rayons lasers. Il comporte encore également une ou plusieurs caméras 10 orientées en direction du patient et susceptibles de relever une image comportant la trace du point d'impact 11 sur ce patient 2 où aboutit un rayon lumineux D. L'orientation du rayon D est gouvernée par un moteur 12 qui permet de diriger à volonté le générateur de rayonnement 9.En pratique, le moteur 12, qui est montré comme provoquant un balayage mécanique du rayon D peut être remplacé par un prisme électronique qui dévie le rayonnement laser, par un jeu de miroirs contenu dans le générateur 9 et qui sont orientables sous l'action de moteurs électriques, ou encore par un écran à cristaux liquides jouant un rôle d'obturateur et qui laisse passer par transparence un rayonnement lumineux dont le profil est défini par un motif représenté sur l'écran.

Le moteur, ou la commande équivalente, peuvent être commandés par une commande automatique issue du système, ou être commandés par une action d'un opérateur pour pointer le rayon laser dans une direction choisie et pour repérer, dans le deuxième mode d'utilisation de l'invention, l'endroit où on intervient par rapport à une image visualisée de l'image 3D.

On a représenté schématiquement par des tirets 13 la liaison qui existe entre le générateur 9 et la ou les caméras 10, pour montrer qu'en permanence les orientations respectives des rayons D émis et reçus par les générateurs 9 et des caméras 10 sont connue l'une par rapport à l'autre, et en même temps par rapport au repère XYZ. Le mouvement du moteur 12 ainsi que l'acquisition par la caméra 10 sont dans l'exemple piloté par un microprocesseur 14.

Il est possible, notamment si les deux appareils sont confondus, que le processeur 14 soit le même que le processeur 4, ou en relation avec celui-ci. En tous cas il est au moins en relation avec la mémoire 3.

L'image produite par la caméra 10 est montrée sur un écran 15. Cette visualisation n'est cependant pas indispensable au procédé de l'invention. Elle est indiquée ici pour bien faire comprendre le procédé.

Dans l'image montrée sur l'écran 15, on distingue une trace 16 de l'impact 11 sur le corps du patient 2.

Sachant qu'on connaît les coordonnées xy de la trace 16 dans l'écran 15, et qu'on connaît par ailleurs, l'orientation principale de la caméra 10 par rapport au repère XYZ, on peut en déterminer un écart d'orientation avec lequel un rayon R, issu de l'impact 11, aboutit sur la caméra 10. Par exemple, l'axe principal d'orientation de la caméra a, par définition, une image connue située au centre de l'écran 15. On se trouve alors dans la situation suivante : par rapport au repère XYZ, on connaît une droite R (représentée par par ses coefficients directeurs) passant par l'impact 11 et une droite D (connue elle aussi par ses coefficients directeurs) passant également par l'impact 11. Par conséquent, on est capable de déterminer la position dans l'espace, par rapport au repère XYZ, de l'impact 11. On connaît ainsi la position réelle d'un point de la peau du patient.

En agissant, notamment au moyen du microprocesseur 14, sur le moteur 12, on dévie le rayon lumineux D et on peut acquérir une autre information relative à la position dans l'espace d'un autre point 11 et ainsi de suite.

Ainsi que cela a été décrit dans l'article cité, il est possible avec la connaissance de la localisation à trois dimensions des divers lieux d'impact 11, de reconstituer une image dite, dans cette présente description, de surface naturelle du corps du patient.

On est donc capable, de produire dans une mémoire 17 reliée au microprocesseur 14, une image de surface naturelle 18 de la partie concernée du patient notamment sa tête. Il n'est pas nécessaire de visualiser cette image de surface sur l'écran 15.

On sait aussi à partir de la connaissance du volume numérique contenu dans la mémoire 3 déterminer par segmentation la surface correspondant à l'acquisition faite par la caméra 10. Pendant que le patient continue à rester placé dans l'installation, on met donc en correspondance l'image pré-opératoire (celle obtenue dans la machine 1) avec l'image de surface naturelle qu'on vient d'acquérir. On verra en détail par la suite comment cette mise en correspondance peut être effectuée. Une fois qu'on a effectué cette correspondance, on connaît les transformations qu'il faudrait faire subir au repère
ABC pour que l'image contenue dans le volume numérique 3, qui est repérée par rapport à ce repère ABC, vienne se superposer exactement à l'endroit réel ou se trouve le patient 2. En pratique, à ce moment, la mémoire 3 est en relation avec le microprocesseur 14 et avec la mémoire 17.De cette manière on produit une fonction de correspondance stockée dans une mémoire 19 : (A, B, C) = f(X, Y, Z). Plutôt que de stocker la fonction f, on peut aussi stocker la fonction réciproque f-l telle que (X, Y, Z) = f-1 (A, B, C).

Conformément à ce qui a été évoqué précédemment, on sait qu'il existe dans le patient une structure maligne sur laquelle il faut intervenir. Cette structure, par exemple la structure 20, est présente dans le patient alors qu'on en connaît par ailleurs une image 21 dans le volume numérique mémorisé dans la mémoire 3. De la position de l'image 21 dans le volume numérique de la mémoire 3, on peut déduire, avec la transformation inverse f1, la position, par rapport au repère XYZ, de la structure 20. On procède alors de la manière suivante. Avec un clavier 22, ou tout autre instrument tel que souris ou boule de manoeuvre, on désigne l'image 21 dans le volume numérique.Cette désignation peut être notamment simplifiée en faisant apparaître sur l'écran 5, ou sur l'écran 15, l'image de vue la plus adéquate, voire même une image de coupe, a l'endroit de la structure concernée. Une fois que cette image apparaît sur cet écran, on peut pointer sur elle un index du clavier de désignation 22 et acquérir une information relative à la position de l'image 21 dans le volume numérique mémorisé dans la mémoire 3. En effet, selon du procédé de visualisation connu, chaque élément d'image, ou pixel, représenté sur l'écran 5 renvoie à une cellule mémoire de la mémoire 3, donc à un voxel dans le corps 2 repéré par rapport au repère
ABC. Compte tenu du changement d'axes évoqué, on peut retrouver un repérage par rapport au repère XYZ.Il suffit d'appliquer la fonction réciproque f-l pour connaître les coordonnées de la structure 20.

Par la suite, on utilise à nouveau le dispositif optique 6, au moins en partie, pour produire avec le générateur 9, ou une combinaison de générateurs de rayonnements 9, un rayonnement lumineux orienté maintenant non plus successivement en différentes endroits sur le corps du patient 2, mais en direction uniquement de la structure 20. Cette action dite de repérage est alors très simple. Connaissant le repère
XYZ par rapport auquel le lit 7 et le patient 2, en situation réelle, sont repérés, il est possible d'orienter un générateur 9, aussi repéré par rapport à ce repère XYZ, vers une structure 20 dont on connaît les coordonnées dans ce repère XYZ.

Une mémoire 23 comporte un programme de mise en correspondance pour mettre en correspondance l'image de surface naturelle 18 avec une image de surface synthétisée extraite du volume numérique 3 et en déduire les caractéristiques du changement d'axe f'l qui conduirait à superposer les structures du volume numérique 3 à une structure réellement présente dans le corps 2.

La mémoire 23 comporte aussi le programme de repérage dont un module concerne la désignation dans l'image 3D, avec le clavier 22, du lieu 21 de la tumeur à repérer, le calcul du lieu de la tumeur 20 dans l'espace XYZ, et l'orientation du générateur 9 pour pointer sur cette tumeur. Un autre module concerne le pointage manuel d'un rayon D dans une direction choisie correspondant, par exemple, à un état d'avancement de l'opération, le calcul dans l'espace XYZ de l'impact ainsi provoqué, le calcul par la transformation f de la position de cet impact dans l'espace ABC, et la mise en surbrillance lumineuse d'un lieu 31 qui y correspond dans l'image visualisée sur l'écran 3. Ces modules empruntent à des techniques connues et peuvent être aisément programmés en fonction du langage de programmation utilisé avec les processeurs 4 et 14.Le pointage manuel peut être provoqué par action sur le clavier 22 ou sur une poignée 32 qui action directement le moteur ou le support de l'ensemble générateur 9 caméra 10.

La figure 2 montre les principales étapes du procédé mis en oeuvre avec le dispositif de l'invention. D'une part, on effectue une acquisition en volume, avec l'appareil 1. Ensuite, ou éventuellement pendant, on effectue une acquisition de surface naturelle en vue d'obtenir l'image de surface 18. Puis on effectue la mise en correspondance de manière à ce que les deux images soient superposables pour en déduire f. Cette mise en correspondance est faite de telle façon que les informations soient de préférences utilisables dans le repère de travail: le repère XYZ.

Par la suite on peut choisir une localisation sur le patient, en agissant au moyen du clavier 22 sur l'appareil 6, de manière à ce que cet appareil 6 pointe ses rayons lumineux sur cette localisation. On fait visualiser alors par le système l'endroit localisé sur les images acquises, par exemple en montrant une coupe passant par cet endroit localisé et en illuminant dans cette coupe l'endroit de la localisation. Ou bien on choisit une localisation dans les images avec le clavier 22 et on fait apparaître avec le système sur le corps du patient une marque lumineuse correspondante.

L'invention est particulièrement remarquable en ce que l'acquisition de la surface naturelle et le repérage sont effectués avec un dispositif optique unique: le même dispositif 6 sert pour l'acquisition de la surface naturelle et pour le repérage.

La figure 3 montre une particularité d'un dispositif optique 6 selon l'invention. Ce dispositif optique 6 comporte de préférence une générateur de motifs 24 susceptible de produire des motifs, des caractères, ou des dessins, de forme quelconque. Aussi bien il peut produire un point 25 lorsque le rayonnement issu du générateur de rayonnement 9 est un rayon unique D, aussi bien on peut prévoir qu'il réalisera des tracés, notamment des tracés de droites telles que 26 ou 27 d'orientations quelconques. On pourra prévoir également de faire produire par le générateur de motifs 24 des formes géométriques connues, ou bien même une forme quelconque 29 courbe, ou en ligne brisée. Ce faisant, compte tenu du besoin ressenti par le praticien, il pourra faire apparaître, pour le repérage au moment de l'intervention, le dessin le plus pratique qu'il voudra ou qu'il aura choisi pour son intervention.Par exemple, il pourra avoir choisi de faire apparaître un contour fermé dont, au cours de l'intervention, il pourra modifier la forme pour limiter les contours du champ opératoire qu'il lui est autorisé.

Il peut être intéressant de prévoir un déplacement de l'appareil optique 6 au moment du repérage, de manière à ce que l'encombrement de cet appareil ne gêne pas le praticien au cours de son travail. Soit cet appareil pourra être complètement déplacé et éteint pendant une intervention et le praticien pourra demander, de temps en temps, à ce que le rayon lumineux revienne pointer à l'endroit où il doit intervenir pour vérifier qu'il est en train d'effectuer le travail comme il l'avait prévu.

Soit, le rayonnement lumineux sera envoyé en permanence mais l'appareil optique 6 sera placé en un endroit où il ne gêne pas le praticien. En principe, on cherchera cependant à mettre l'appareil optique le plus près possible de la tête du praticien, de manière à ce que le contour lumineux projeté sur le patient soit toujours orienté vers le fond de la zone où intervient le praticien. En pratique, compte tenu de ce que l'appareil optique 6 doit être légèrement décalé au cours de cette intervention, le programme de repérage contenu dans la mémoire 23 comportera un algorithme pour tenir compte du déplacement de l'appareil 6 et pour recalculer une nouvelle orientation de pointage dépendant de ce déplacement.Le déplacement de l'appareil 6 peut être facilement mesuré avec un ou des synchrodétecteurs montés sur l'arbre du ou des moteurs 12, ou bien même en retenant pour ces moteurs 12 des moteurs pas en pas et en comptant les pas. De préférence tout l'ensemble générateur 9 - caméra 10 sera emmené par un support unique monté mobile et repéré dans l'espace XYZ.

Le générateur de motif 24 est relié à une banque de motifs 30. En pratique, le générateur optique 9 pourra être un dispositif à balayage pour produire rapidement les contours 26 à 29, ou bien éventuellement être un écran à cristaux liquides de type rétro éclairé ou à transparence.

Si au lieu d'une caméra 10 on a plusieurs caméras, on évitera les occultations gênantes. Comme par ailleurs, on peut avec le clavier 22 avoir désigné au préalable l'image 21 de la structure 20, on peut en quelques secondes obtenir d'une part, l'acquisition de la surface naturelle, d'autre part, la mise en correspondance, et enfin le repérage.

Le programme mis en oeuvre pour effectuer la mise en correspondance des images de surface naturelle 18 et de surface synthétisée du volume numérique peut être du type de celui décrit dans l'article J.NEUROSURG. Dans le principe d'un tel programme, on utilise un algorithme itératif de minimisation qui permet d'obtenir la meilleure transformation rigide entre les deux repères XYZ et ABC, minimisant la distance entre l'image de surface calculée à partir du système optique et l'image de surface segmentée à partir de l'image 3D.

D'autre part, on pourra mettre en oeuvre une procédure dite de "Chamfer matching" telle qu'elle est décrite dans un article : "Image registration of multimodality 3-T medical images by chamfer matching" due à Messieurs HONGJIANG Jiang, Kerry OLTON et Richard
ROBB, publié dans la revue SPIE, volume 1660, sur un thème de : "Biomedical image processing and three dimensional microscopy" en 1992, pages 356 à 366.

Un appareil optique 6 susceptible de produire une image de surface naturelle 18 est par exemple un appareil dit GRF-2 Range Imager de la Société K2T
Incorporated Etat-Unis d'Amérique.

En pratique, il est seulement nécessaire d'acquérir les coordonnées des points d'impact 11 par rapport au repère XYZ. Il n'est pas du tout nécessaire de montrer l'image 18 sur un quelconque écran. Il n'est donc pas du tout nécessaire de reconstruire l'image de surface naturelle acquise avec le dispositif 6. Il est nécessaire de synthétiser l'image de surface extraite du volume numérique mémorisée dans la mémoire 3 bien qu'il ne soit pas nécessaire de la visualiser, pour en connaître la forme.

On utilisera de préférence pour l'image de surface naturelle, un nombre de points plus élevé sur des surfaces peu accidentées du corps du patient, par exemple son front. Ces surfaces peu accidentées présentent l'inconvénient de ne pas offrir des repères très contrastés pour le repérage. Elles offrent cependant le grand avantage d'être permanentes dans le temps : le front d'un patient se déforme peu, alors que la positon du menton dépend de la position de la bouche du patient ouverte ou fermée au moment des différentes acquisitions.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de localisation et de pointage tridimensionnel sur un patient comportant une installation (7) médicale pour recevoir ce patient, un moyen de repérage (22) d'un lieu (21) dans des données d'images pré-opératoires à trois dimensions de ce patient, un moyen (9-10) d'acquisition d'une image de surface de ce patient dans l'installation, un moyen de pointage (D) d'un lieu sur ce patient, et un moyen pour faire correspondre le lieu pointé sur le patient au lieu repéré, caractérisé en ce que les moyens de pointage ou de repérage comportent une source lumineuse.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de pointage est optique et comporte une source lumineuse (9), en commun avec le moyen d'acquisition de l'image naturelle, pour produire une tache lumineuse sur le patient.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen d'acquisition de l'image de surface et de pointage du lieu comportent une source lumineuse (9) qui projette au moins une tache lumineuse (11) sur le patient et au moins une caméra (10) qui saisit une image (16) de la tache lumineuse sur le patient.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source lumineuse comporte un générateur (30) de motifs pour projeter une tache lumineuse en forme de point (25) lumineux.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source lumineuse comporte un générateur (30) de motifs pour projeter une tache lumineuse en forme d'une ou plusieurs lignes droites (26, 27) lumineuses.

6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la source lumineuse comporte un générateur (30) de motifs pour projeter une tache lumineuse en forme d'une ou plusieurs lignes courbes lumineuses (28, 29).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour point déplacer la source lumineuse afin d'éviter les occultations.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de motifs (30) de type à cristaux liquides par transparence ou rétro-diffusés.

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de motifs (30)de type à miroirs oscillants.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un support déplaçable à reconnaissance permanente de position.