Planificación quirúrgica.

Procedimiento implementado por ordenador (300) para la creación de un modelo de forma estadístico queincorpora información de planificación quirúrgica para una parte del cuerpo,

que comprende:

generar datos anatómicos (306) que representan la forma anatómica de la parte del cuerpo a partir deimágenes (302) de una pluralidad de sujetos de entrenamiento;

generar datos de planificación (306) que pueden ser utilizados para representar al menos una propiedad deplanificación para un procedimiento quirúrgico a partir de imágenes de la pluralidad de sujetos deentrenamiento, en el que la propiedad de planificación incluye la posición o la orientación de un instrumentoquirúrgico o un componente protésico; y

crear (316) un modelo de forma estadístico (318) a partir de los datos anatómicos y que incorpora los datosde planificación.

Planificación quirúrgica La presente invención se refiere a un procedimiento implementado por ordenador para la planificación o la generación automática de datos o información de planificación para al menos una parte de un procedimiento quirúrgico que se puede o se va a realizar en una parte del cuerpo de un paciente.

Las técnicas quirúrgicas guiadas por imágenes pueden hacer uso de imágenes de los pacientes en la fase de planificación, por ejemplo, en procedimientos para implantar una prótesis de articulación ortopédica para determinar la posición apropiada para los componentes de la prótesis de articulación.

Comúnmente, un cirujano usará imágenes del paciente en la fase de planificación, las cuales serán manipulados por parte del cirujano en la identificación de la mejor manera de realizar el procedimiento. Este proceso puede llevar mucho tiempo. También puede requerir habilidades considerables por parte del cirujano, con el riesgo de errores cuando el proceso se realiza incorrectamente.

El documento WO 02/03304 describe el uso de modelos de forma estadísticos para predecir la apariencia de una cara de un paciente después de una cirugía reconstructiva en sus huesos faciales. Un plan de tratamiento quirúrgico se establece mediante el movimiento de algunas señales faciales en una imagen lateral en 2D de la cabeza del paciente para crear entonces una instancia de un modelo de forma estadístico. Esto proporciona una estructura de tejido suave en 3D predicha para la cara del paciente, de manera que se puede predecir la apariencia en 3D.

El documento WO 2004/008943 describe un sistema y un procedimiento para planificar y preparar de manera más precisa un injerto del implante óseo usando datos históricos sobre los injertos óseos recogidos previamente. Los datos de medición ósea para un hueso específico se utilizan para predecir la cantidad de hueso que está probablemente presente usando una técnica basada en la regresión. Así, un corte y una cantidad de injerto óseo se pueden predecir de manera más precisa. En su lugar se puede usar un modelo matemático que resumen los datos de medición del hueso.

La presente invención proporciona una técnica para la planificación de un procedimiento quirúrgico, que hace uso de un modelo de forma estadístico de la anatomía del paciente (por ejemplo con referencia a estructuras anatómicas predeterminadas) , en las que se incorpora una representación de un componente de hardware (que podría ser, por ejemplo, un implante o un instrumento) que se utilizará en el procedimiento.

En consecuencia, en un primer aspecto, la invención proporciona un procedimiento implementado por ordenador para la creación de un modelo de forma estadístico que incorpora información de planificación quirúrgica para una parte del cuerpo, que comprende:generar datos anatómicos que representan la forma anatómica de la parte del cuerpo a partir de imágenes de una pluralidad de sujetos de entrenamiento; generar datos de planificación (306) que pueden ser utilizados para representar al menos una propiedad de planificación para un procedimiento quirúrgico a partir de imágenes de la pluralidad de sujetos de entrenamiento, en el que la propiedad de planificación incluye la posición o la orientación de un instrumento quirúrgico o un componente protésico; y crear un modelo de forma estadístico (318) a partir de los datos anatómicos y que incorpora los datos de planificación.

El procedimiento de la presente invención tiene la ventaja de que puede reducir la necesidad de profesionales de la medicina implicados en la planificación del procedimiento quirúrgico (que podrían ser cirujanos o técnicos) para realizar los análisis de los datos de las imágenes del paciente. Esto puede reducir el tiempo de cálculo necesario durante la etapa de planificación de un procedimiento. Puede haber un requisito reducido para la recogida de datos de las imágenes. La habilidad que se requiere del usuario puede ser menor que la que se requiere usando ciertas técnicas existentes. Por otra parte, el modelo de forma estadístico se puede calcular sobre la base de datos de procedimientos históricos, que pueden ayudar a optimizar la fiabilidad de los cálculos. La técnica de la presente invención también se puede utilizar en la formación de cirujanos.

El modelo de forma estadístico se puede basar en al menos uno de datos de rayos X, CT, formación de imágenes de resonancia magnética (MRI) y exploración por ultrasonidos. Se prefiere particularmente el uso de datos de exploración CT. Se conoce el uso de estos datos para generar un modelo de la anatomía de un paciente, por ejemplo a partir de Lavallee S et al 1995, “Computer assisted spinal surger y using anatomy base registration”, en Taylor RH et al (Eds) : “Registration for Computer Integrated Surger y : Methodology, State of the Art”, Cambridge Mass, páginas 425-449, y a partir de Chan C S K et al, “Cadaver validation of the use of ultrasound for 3D model instantiation of bony anatomy in image guided orthopaedic surger y ”, en las Actas del MICCAI 2004.

La presente invención implica la recopilación de dichos datos de exploración de numerosos pacientes para establecer una biblioteca de datos. Los datos de la biblioteca pueden someterse a análisis estadístico para generar un modelo de forma estadístico que representa la variación en la forma de los datos en la biblioteca en una forma compacta, es decir, utilizando un pequeño número de grados de libertad. De esta manera, es posible basarse en datos limitados del paciente real para construir una imagen fiable de la anatomía del paciente.

En consecuencia, la etapa de transformación preferiblemente implica identificar los datos de exploración más

cercanos a partir de una librería de datos de datos anatómicos del paciente. Los datos anatómicos del paciente se pueden generar utilizando técnicas de exploración. Se pueden generar utilizando una herramienta de puntero.

Preferiblemente, el procedimiento de la invención incluye la incorporación en el modelo virtual de una representación de un componente de hardware que se va a utilizar en el procedimiento. El componente de hardware puede representarse mediante los datos en al menos cinco grados de libertad, idealmente seis grados de libertad, para definir adecuadamente la posición y la orientación del componente. Esta información puede entonces ser utilizada para obtener instrucciones para la posterior realización del procedimiento quirúrgico.

Ejemplos de componentes de hardware que podrían representarse en el modelo virtual incluyen instrumentos quirúrgicos e implantes (incluyendo componentes de prótesis ortopédicas de articulaciones) .

El procedimiento debería incorporar suficientes datos en el modelo virtual en relación con el componente de hardware que sea necesario para establecer únicamente la posición y la orientación del componente. Por ejemplo, menos datos podrían ser necesarios en relación con un componente que es rotacionalmente simétrico al que se requiere para otros componentes. Por ejemplo, los datos en cinco grados de libertad pueden ser suficientes en relación con un componente simétrico, como el componente acetabular de una prótesis de articulación de cadera, mientras que los datos en seis grados de libertad pueden ser necesarios en relación con el componente femoral de una prótesis de articulación de cadera.

Puede ser preferible para la técnica utilizada crear el modelo de paciente para implicar el análisis de los componentes principales.

Preferiblemente, la técnica utilizada para crear el modelo de paciente implica la identificación de los puntos de la imagen del paciente con puntos correspondientes en una base de datos de imágenes, y que forma el modelo de paciente. El modelo de paciente incluye preferentemente el modelo promedio y modos de variación alrededor de este promedio. La generación del modelo de paciente implica preferiblemente un análisis de los componentes principales. Por lo general, el modelo estará integrado por un máximo de cinco modos de variación, con variaciones individuales de cada modo determinado por la varianza total permitida en el modelo. La elección precisa dependerá del número de conjuntos de datos de ejemplo que se utilizan para formar el modelo y la precisión que se requiera.

Un modelo de paciente específico se instancia a continuación utilizando datos de la exploración específica de pacientes, por ejemplo, a partir de rayos X o ultrasonido de seguimiento 3D pre-o peri-o intra-operativos, o una combinación de los mismos. El modelo de paciente específico puede ser instanciado utilizando una herramienta de puntero de seguimiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento implementado por ordenador (300) para la creación de un modelo de forma estadístico que incorpora información de planificación quirúrgica para una parte del cuerpo, que comprende:

generar datos anatómicos (306) que representan la forma anatómica de la parte del cuerpo a partir de imágenes (302) de una pluralidad de sujetos de entrenamiento;

generar datos de planificación (306) que pueden ser utilizados para representar al menos una propiedad de planificación para un procedimiento quirúrgico a partir de imágenes de la pluralidad de sujetos de entrenamiento, en el que la propiedad de planificación incluye la posición o la orientación de un instrumento quirúrgico o un componente protésico; y

crear (316) un modelo de forma estadístico (318) a partir de los datos anatómicos y que incorpora los datos de planificación.

2. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que el modelo de forma estadístico es un modelo de distribución de puntos y en el que los datos de planificación se definen en términos de un número de puntos.

3. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que la al menos una propiedad de planificación también incluye el tamaño del componente protésico.

4. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que la al menos una propiedad de planificación también incluye el tamaño o el tipo del instrumento quirúrgico que se utiliza en el procedimiento quirúrgico.

5. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que los datos anatómicos y los datos de planificación se representa como un vector de elemento 3 (n + m) en el que n es el número de puntos que definen la superficie de la parte del cuerpo y m es el número de puntos que representan la propiedad de planificación.

6. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que el análisis de los componentes principales de los conjuntos de datos de entrenamiento que comprende los datos anatómicos y los datos de planificación de la pluralidad de sujetos de entrenamiento se utilizan para crear el modelo de forma estadístico.

7. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que el procedimiento quirúrgico es un reemplazo de hombro, un procedimiento de columna vertebral, un procedimiento de trauma o un procedimiento de fractura.

8. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que el procedimiento quirúrgico comprende una operación de reemplazo de cadera y en el que la propiedad de planificación incluye la posición y/o la orientación de una copa acetabular respecto a la pelvis y/o la posición de un componente de cabeza femoral.

9. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que el procedimiento quirúrgico comprende una operación de reemplazo de rodilla y en el que la propiedad de planificación incluye la posición y/o el tamaño y/o la orientación de un componente tibial y/o la posición y/o el tamaño y/o la orientación de un componente femoral.

10. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que las imágenes de una pluralidad de sujetos de entrenamiento son imágenes que incluyen una prótesis implantada.

11. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de sujetos de entrenamiento son seleccionados por la edad, el género, la etnia, la raza o cualquier combinación de los mismos.

12. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de sujetos de entrenamiento se seleccionan por tener una condición particular, enfermedad u otra propiedad que afecta a su anatomía.

13. Procedimiento de la reivindicación 1, en el que la pluralidad de sujetos de entrenamiento se agrupan por el tipo de procedimiento quirúrgico, el tipo de implante utilizado en un procedimiento quirúrgico, el tipo de componente utilizado en un procedimiento quirúrgico, el cirujano o el grupo de cirujanos que realizó el procedimiento quirúrgico.

14. Procedimiento implementado por ordenador (104) de instanciado de un modelo de forma estadístico y generación automática de información de planificación quirúrgica, que comprende:

crear un modelo de forma estadístico de el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13; e instanciar (116) un modelo de un paciente real usando información derivada (114) a partir de la anatomía real del paciente, con lo que el instanciado del modelo genera automáticamente datos de planificación quirúrgicos (118) que directa o indirectamente proporcionan información de planificación quirúrgica adaptada a la anatomía real de los pacientes.

15. Aparato de creación de un modelo de forma estadístico que incorpora información de planificación quirúrgica para una parte del cuerpo, que comprende un dispositivo de procesamiento de datos y una memoria que almacena instrucciones de programa informático que puede configurar el dispositivo de procesamiento de datos para realizar el

procedimiento de cualquier reivindicación anterior.

16. Producto de programa de ordenador que comprende un medio legible por ordenador que soporta un código de programa de ordenador ejecutable mediante un dispositivo de procesamiento de datos para proporcionar el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 o el aparato de la reivindicación 15.