PROCEDIMIENTO Y SISTEMA DE ANÁLISIS GEOMÉTRICO Y MECÁNICO AUTOMÁTICO DE ESTRUCTURAS TUBULARES.

Procedimiento y sistema de análisis geométrico y mecánicoautomático de estructuras tubulares. [0001] Esta invención se refiere al campo de los sistemas de diagnóstico, y más específicamente a sistemas informáticos para el diagnóstico de estructuras huecas, tales como estructuras huecas alargadas, tales como estructuras tubulares, por ejemplo estructuras vasculares que comprenden tejido vascular. Los sistemas de diagnóstico proporcionan datos de análisis e información, por ejemplo relacionados con la geometría y la mecánica de las estructuras huecas alargadas. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN [0002] Muchos procedimientos, por ejemplo, intervenciones y diagnósticos relativos a tejido vascular deben llevarse a cabo en un lugar anatómico interno. La información del médico para estos procedimientos médicos se enriquece con datos de imagen adquiridos por modalidades de imagen, por ejemplo, un dispositivo de exploración, por ejemplo basado en tomografía computarizada (TC) o resonancia magnética (RM). En general, esto proporciona una pluralidad de imágenes en dos dimensiones (2D), también denominadas cortes, de la estructura anatómica del paciente. Algunos dispositivos de exploración incluyen equipo informático y software para construir conjuntos de datos tridimensionales (3D) de la pluralidad de imágenes 2D. [0003] Son conocidos, además, modelos implementados por sistemas informáticos para visualizar determinadas regiones separadas del cuerpo del paciente, tales como órganos del paciente, así como para medir virtualmente las dimensiones de la estructura anatómica del paciente. Estos modelos conocidos se basan principalmente en aproximaciones a umbrales y, por tanto, requieren una alta calidad de imagen razonable para funcionar correctamente. Por ejemplo, se requiere una imagen de alta resolución y alto contraste entre los objetos a separar. Para sistemas de exploración TC, en muchos casos esto solamente puede realizarse utilizando agentes de contraste (medios de contraste) y/o altas dosis de radiación de rayos X, los cuales son ambos una carga para el paciente la cual es deseable reducir o evitar. [0004] En Olabarriaga SD, Rouet J-M, Fradkin M, Breeuwer M y Niessen WJ, (2005) Segmentation of Thrombus in Abdominal Aortic Aneurysms From CTA With Nonparametric Statistical Grey Level Appearance Modeling IEEE Trans Med Imag 24. 477-485 se describe un modelo específico. El modelo descrito en este documento se basa en la segmentación de un trombo intraluminal (ILT) en aneurismas de aorta abdominal (AAAs) que utiliza el concepto de modelos deformables. Sin embargo, la inicialización de este modelo requiere la presencia de un ILT y necesita, además, la presencia de un alto umbral entre el lumen y el ILT, y no permite el análisis de bifurcaciones vasculares, tal como se requiere con frecuencia. Por lo tanto, este modelo tiene una aplicabilidad práctica muy limitada. [0005] Para algunos procedimientos médicos, como en la estimación del riesgo de ruptura de los AAAs, o en la identificación de la vulnerabilidad de estenosis arterial, las condiciones de carga mecánica del tejido vascular se enriquecen provechosamente de la información del médico para la planificación de tratamientos. Este tipo de información, relacionada con las condiciones de carga mecánica, no la pueden proporcionar los sistemas de visualización, pero un análisis estructural post-procesado, en base a datos proporcionados por los mismos, puede facilitarlo. Sin embargo, actualmente no hay disponible un sistema automático y comprensible que integre todos los objetos anatómicos estructurales relevantes y proporcione información sobre las condiciones de carga mecánica de, por ejemplo, el tejido vascular. Por ejemplo, para los AAAs, la pared arterial y el ILT, que está presente en casi todos los AAAs clínicamente relevantes, son componentes estructurales relevantes. [0006] En la solicitud de patente americana US2006/0100502-A1 de Chen DT, y otros se describe un sistema y un procedimiento de visualización y medición anatómica. De acuerdo a esta descripción, el riesgo de ruptura de un vaso sanguíneo se determina utilizando un conjunto adecuado de imágenes de cortes 2-D obtenidas mediante la exploración de un vaso sanguíneo. El procedimiento comprende generar un modelo de malla de los vasos sanguíneos utilizando el conjunto de imágenes de cortes 2-D; llevar a cabo un análisis de tensiones de elementos finitos en el modelo de malla para calcular el nivel de tensión en diferentes lugares del modelo de malla; y determinar el riesgo de ruptura de los vasos sanguíneos en base de los niveles de tensión calculados en diferentes lugares del modelo de malla. Sin embargo, el procedimiento y el sistema descrito en US2006/0100502-A1 se limitan a proporcionar una malla de superficie única de una lesión vascular, y por lo tanto, solamente pueden considerarse efectos estructurales de tipo lámina de la pared del vaso, por ejemplo, utilizando elementos finitos de lámina. Los detalles relativos a dichas formulaciones de elementos finitos (EF) se describen, por ejemplo, en Zienkiewicz OC y Taylor RL, (2005) The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics, Butterworth Heinemann, 6ª edición. En consecuencia, en el caso de los AAA se descuida el impacto estructural del ILT, lo que hace que las predicciones mecánicas de los AAAs sean poco realistas y poco fiables. Esto se destaca en varios estudios de la literatura, por ejemplo, Wang y otros (2002) Effect of intraluminal thrombus on wall stress in patient-specific models of abdominal aortic aneurysm. J Vasc Surg. 36, p. 598-604. Por lo tanto, puede realizarse un diagnóstico y una predicción del 2 ES 2 365 968 T3 riesgo de ruptura poco fiable, lo cual no es satisfactorio, por lo menos desde un punto de vista de la seguridad del paciente. Además, el procedimiento y el sistema descrito en US2006/0100502-A1 requieren interacción manual, por ejemplo, para eliminar elementos no deseados de la segmentación. Por otra parte, el procedimiento y el sistema descrito en US2006/0100502-A1 utilizan una pluralidad de productos de software distintos (uno para separar imágenes 2D, uno para formar la malla de la superficie (que representa la pared del vaso) y uno para llevar a cabo un análisis de elementos finitos (EF)) que están implicados para predecir el estado de carga mecánica. Esto suponte tanto un inconveniente para el usuario como un desafío técnico ya que debe garantizarse una interfaz entre los diferentes productos de software de manera fiable y segura, lo cual en la práctica es difícil de garantizar. [0007] En Raghavan y otros 2005, Automated methodology for determination of stress distribution in human abdominal aortic aneurysm, J Biomech Ing. 127, p. 868-71 se ha introducido otro procedimiento. En esta descripción se post-procesan datos geométricos de un sistema de visualización 3D. Una vez más, se limita a modelar la superficie exterior de los AAAs mediante efectos estructurales de tipo lámina y se descuida la estructura de paredes gruesas (o efecto volumen) de la pared vascular. [0008] Para evitar los defectos de tensión basados en la malla del análisis EF se requiere una calidad elevada razonable de la red (malla) de cálculo y se aplican distintos tipos de estrategia de suavizado de malla. Sin embargo, los procedimientos y sistemas descritos en US2006/0100502-A1 o Raghavan y otros 2005, aplican estrategias de suavizado de malla, las cuales varían la geometría de los objetos, de manera que la geometría (exterior) del cuerpo vascular no puede capturarse con precisión, es decir, se obtiene un desajuste entre la geometría del modelo y los datos de imagen subyacentes. Por lo tanto, existe la necesidad de por lo menos un procedimiento y/o un sistema mejorado que facilite un modelado geométrico y mecánico preciso de estructuras huecas, tales como estructuras huecas alargadas, por ejemplo estructuras tubulares, tales como órganos vasculares, con el fin de proporcionar datos fiables relativos a sus propiedades geométricas y su condición de carga mecánica. [0009] Por ejemplo, el trabajo Dimitrios E. Kiousis, T. Christian Gasser y Gerhard A. Holzapfel, A Numerical Model to Study the Interaction of Vascular Stents with Human Atherosclerotic Lesions, Ann Biomed Eng. 2007; 35 (11):1857­ 69 representa el modelado de EF de los cuerpos vasculares del estado de la técnica que aunque, considera efectos de volumen de la estructura, por discretización de los tejidos implicados a través de elementos en hexaedros, se trata de un esquema semiautomático. El concepto que se propone requiere un conocimiento experto en el modelado estructural y de nuevo hay implicadas varias etapas, lo que nuevamente es un inconveniente para aplicaciones que suponen un desafío técnico. [0010] El esquema de reconstrucción semiautomático que se describe en Kiousis y otros, Ann Biomed... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de análisis de un cuerpo vascular sustancialmente tubular que presenta una pared con un grosor de pared, comprendiendo dicho procedimiento: reconstrucción 3D (5, 6) de por lo menos un componente estructural de por lo menos una parte de dicho cuerpo vascular a partir de conjuntos de datos de imágenes, generación (7) de una malla de elementos finitos (EF) cuadrilátera y/o hexaédrica de dicho por lo menos un componente estructural, realización (11) de un análisis de EF no lineal estructural de dicho por lo menos un componente estructural, y proporcionar (12) a partir de ello datos de información relativa a propiedades geométricas y de carga mecánica interna de por lo menos una sub-parte de dicha parte del citado cuerpo tubular para dicho análisis del citado cuerpo tubular, en el que dicha generación de la citada malla de elementos finitos (EF) cuadrilátera y/o hexaédrica comprende utilizar mallas luminales y exteriores relacionadas de dicha pared del citado cuerpo vascular, en el que cada nodo en un borde interior luminal de dicha pared tiene un duplicado en su borde exterior para la formación de malla de volumen de dicha pared, caracterizado por el hecho de determinar a partir de dichos nodos de las citadas mallas una distancia entre cada uno de dichos nodos duplicados como dicho grosor de la citada pared en dichos nodos duplicados, y en el que dichas mallas se utilizan como entrada geométrica para la citada generación de la malla de EF. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que proporcionar datos de información relativa a propiedades geométricas y de carga mecánica interna de por lo menos una sub-parte de dicha parte del citado cuerpo vascular comprende analizar automáticamente dichos datos de información relativa a propiedades geométricas y de carga mecánica interna de por lo menos una sub-parte de dicha parte del citado cuerpo vascular. 3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende, además, la carga (2) y procesamiento previo de datos de imagen del paciente, ver conjuntos de datos de imagen, definir (3) una zona de interés (ROI), inicializar (4) un proceso de reconstrucción, enriquecer manualmente información del conjunto de datos de imagen, segmentar el lumen del cuerpo vascular a partir de la información anatómica restante del conjunto de datos de imagen, ejecutar modelos deformables 2D y 3D, por ejemplo, modelos de serpientes y modelos balón, para segmentar el conjunto de datos de imagen, segmentar el exterior del cuerpo vascular a partir de la información anatómica restante del conjunto de datos de imagen, generar mallas cuadriláteras y hexaédricas de diferentes tejidos vasculares para análisis de EF, análisis de las propiedades geométricas del cuerpo vascular y la carga mecánica interna, envío de mensajes, variación de propiedades relacionadas con el software y almacenamiento de datos en un medio que pueda leer un ordenador, carga y descarga de información en una base de datos. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende integrar todas las etapas tras la exploración del paciente en un sistema único, y proporcionar información relativa a una lesión vascular específica del paciente, es decir, sus propiedades geométricas y sus condiciones de carga mecánica. 5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho procedimiento comprende utilizar modelos deformables para reconstruir una geometría de dicho cuerpo vascular, y/o comprende un análisis estructural completamente 3D de dicho cuerpo vascular, en el cual se tratan por separado distintos tipos de material, y/o en el que dicho procedimiento comprende proporcionar acceso (13) a datos combinados de cuerpos vasculares. 6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicha reconstrucción de por lo menos un componente comprende una segmentación de imágenes 3D en base a modelos deformables y en el que dicho objeto componente reconstruido y discretizado puede utilizarse directamente como entrada geométrica para el citado análisis de EF. 7. Procedimiento según la reivindicación 1, 5 o 6, caracterizado por el hecho de que dicho procedimiento comprende proporcionar una formación de mallas cuadriláteras de por lo menos una superficie de dicho cuerpo vascular. 16 ES 2 365 968 T3 8. Procedimiento según la reivindicación 1, 5, 6 o 7, caracterizado por el hecho de que dicho procedimiento comprende proporcionar una formación de mallas dominadas por hexaedros de un volumen del cuerpo vascular, aplicando elementos finitos mixtos para dicho análisis de EF. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que dichos elementos finitos mixtos comprenden una formulación Q1P0. 10. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que diferentes tipos de tejidos vasculares se tratan por separado. 11. Programa de ordenador para procesado mediante un dispositivo de cálculo, para el análisis de un cuerpo vascular sustancialmente tubular que tiene una pared con un grosor de pared, comprendiendo dicho programa de ordenador un primer segmento de código para reconstrucción 3D de por lo menos un componente estructural de por lo menos una parte de dicho cuerpo vascular a partir de conjuntos de datos de imagen, un segundo segmento de código para generar una malla de elementos finitos (EF) cuadrilátera y/o hexaédrica de dicho por lo menos un componente estructural, un tercer segmento de código para realizar un análisis de EF no lineal estructural de dicho por lo menos un componente estructural, y un cuarto segmento de código para a partir de ello proporcionar datos de información relativos a propiedades geométricas y de carga mecánica interna de por lo menos una sub-parte de dicho cuerpo vascular para el citado análisis de dicho cuerpo vascular, en la citada generación de dicha malla de elementos finitos (EF) cuadriláteros y/o hexaédricos comprende utilizar mallas luminales y exteriores relacionadas de dicha pared del citado cuerpo vascular, en el que cada nodo en un borde interior luminal de dicha pared tiene un duplicado en su borde exterior para la formación de malla de volumen de dicha pared, caracterizado por el hecho de determinar a partir de dichos nodos de las citadas mallas una distancia entre cada uno de dichos nodos duplicados como dicho grosor de la citada pared en dichos nodos duplicados, y en el que dichas mallas se utilizan como entrada geométrica para la citada generación de la malla de EF. 12. Programa de ordenador según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que comprende, además, un segmento de código para la carga y procesamiento previo de los datos de imagen del paciente, otro segmento de código para ver conjuntos de datos de imagen, otro segmento de código para enriquecer manualmente información del conjunto de datos de imagen, otro segmento de código para definir una zona de interés (ROI), y otro segmento de código para inicializar el proceso de reconstrucción. 13. Programa de ordenador según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que comprende, además, otro segmento de código para segmentar el lumen del cuerpo vascular a partir de la información anatómica restante del conjunto de datos de imagen, otro segmento de código para ejecutar modelos deformables 2D y 3D, por ejemplo, modelos de serpientes y modelos balón, para segmentar el conjunto de datos de imagen, otro segmento de código para segmentar el exterior del cuerpo vascular a partir de la información anatómica restante del conjunto de datos de imagen, otro segmento de código para generar mallas de superficie de los diferentes tejidos vasculares para análisis de EF, otro segmento de código para generar mallas de volumen de los diferentes tejidos vasculares para análisis de EF, otro segmento de código para analizar las propiedades geométricas y la carga mecánica interna del cuerpo vascular, otro segmento de código para enviar mensajes, variar propiedades relacionadas con el software y almacenar datos en un medio que pueda leer un ordenador, y otro segmento de código para cargar y descargar información en una base de datos. 14. Programa de ordenador que permite llevar a cabo un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 10, y en el que dicho programa de ordenador está almacenado en un medio que puede leer un ordenador. 15. Sistema para analizar un cuerpo sustancialmente tubular vascular que tiene una pared con un grosor de pared, comprendiendo dicho sistema una unidad para reconstrucción 3D de por lo menos un componente estructural de por lo menos una parte de dicho cuerpo tubular a partir de conjuntos de datos de imagen, una unidad para generar una malla de elementos finitos (EF) cuadrilátera o hexaédrica de dicho por lo menos un componente estructural, una unidad para realizar un análisis de EF estructural no lineal de dicho por lo menos un componente estructural, y 17 ES 2 365 968 T3 una unidad para a partir de ello proporcionar datos de información relativos a propiedades geométricas y de carga mecánica interna de por lo menos una sub-parte de dicha parte del citado cuerpo vascular para dicho análisis del citado cuerpo tubular, en el que generar dicha malla de elementos finitos (EF) cuadriláteros y/o hexaédricos comprende utilizar mallas luminales y exteriores relacionadas de dicha pared del citado cuerpo vascular, en el que 5 cada nodo en un borde interior luminal de dicha pared tiene un duplicado en su borde exterior para la formación de malla de volumen de dicha pared caracterizado por el hecho de determinar a partir de dichos nodos de las citadas mallas una distancia entre cada uno de dichos nodos duplicados como dicho grosor de la citada pared en dichos nodos duplicados, 10 y en el que dichas mallas se utilizan como entrada geométrica para la citada generación de la malla de EF. 18 ES 2 365 968 T3 19 ES 2 365 968 T3 ES 2 365 968 T3 21 ES 2 365 968 T3 22 ES 2 365 968 T3 23 ES 2 365 968 T3 24 ES 2 365 968 T3 ES 2 365 968 T3 26 ES 2 365 968 T3 27 ES 2 365 968 T3 28 ES 2 365 968 T3 29 ES 2 365 968 T3 ES 2 365 968 T3 31 ES 2 365 968 T3 32