Método para obtener una reconstrucción tridimensional a partir de una o más vistas proyectivas,

y uso de la misma.

El método comprende llevar a cabo un proceso de registro 3D/2D para ajustar un modelo estadístico tridimensional multi-objeto con información estadística de la forma y apariencia de dos o más objetos e información sobre relaciones espaciales relativas entre diferentes poses de los objetos, para maximizar la semejanza entre una proyección simulada, generada a partir del modelo estadístico tridimensional, y una vista proyectiva real.

El uso consiste en utilizar la reconstrucción tridimensional obtenida mediante el método para diagnosis.

Método para obtener una reconstrucción tridimensional a partir de una o más vistas proyectivas, y uso de la misma.

Sector de la técnica

La presente invención concierne, en un primer aspecto, a un método para obtener una reconstrucción tridimensional a partir de una o más vistas proyectivas, y más en particular a un método que comprende obtener una reconstrucción tridimensional de la forma y apariencia de dos o más objetos, así como información sobre relaciones espaciales relativas entre diferentes poses de dichos objetos.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un uso de la reconstrucción tridimensional obtenida mediante el método propuesto por el primer aspecto para diagnosis.

Estado de la técnica anterior

Las vistas proyectivas (tales como las radiográficas obtenidas mediante rayos X, o imágenes DXA, de los términos "Dual-energy X Ray": Rayos X de energía dual, o mediante técnicas de Fluoroscopía) son utilizadas comúnmente en procedimientos rutinarios clínicos de diagnosis de diversas patologías (escoliosis, osteoporosis, etc.), y se encuentran asociadas con unas dosis de radiación bajas y un bajo coste financiero, además de encontrarse fácilmente disponibles en clínicas. Sin embargo, tales vistas o imágenes solamente proporcionan información bidimensional sobre las estructuras anatómicas de interés. Para un diagnóstico más preciso, se requiere de una representación tridimensional de la estructura anatómica y la cuantificación de la misma.

Tal análisis tridimensional puede ser obtenido mediante dispositivos de formación de imágenes volumétricas (escáner CT, MRI). Las imágenes volumétricas pueden proporcionar información tridimensional detallada sobre las estructuras anatómicas a ser analizadas. Sin embargo, estos dispositivos de formación de imágenes están asociados con unas dosis de radiación altas para el paciente, un coste financiero alto, y en general no se encuentran disponibles para diagnosis rutinarias de muchas patologías (seguimiento de escoliosis, de osteoporosis, etc.).

Para superar las limitaciones de ambos métodos (diagnosis a partir de vistas proyectivas o a partir de dispositivos de formación de imágenes volumétricas), son conocidos métodos de modelado tridimensional específicos para un sujeto, es decir personalizados, a partir de una o más vistas proyectivas.

Son conocidos métodos que, con el fin de obtener una reconstrucción tridimensional de un objeto o estructura, para un sujeto en particular, a partir de vistas proyectivas, utilizan información conocida a priori, en general de otros sujetos, sobre la estructura tridimensional a ser reconstruida.

La idea general de todos estos métodos es la de utilizar un modelo tridimensional (genérico o estadístico) de la estructura anatómica, incorporando información sobre la forma, y en algunos casos también información de dentro de la estructura anatómica (densidad ósea, propiedades de tejidos, etc.), denominada comúnmente como información de apariencia. Estos modelos pueden incorporar tal información para una o más estructuras anatómicas.

Para obtener una reconstrucción tridimensional a partir de vistas proyectivas, se conoce utilizar un método de registros 3D/2D con el objetivo de ajustar manualmente y/o automáticamente el modelo tridimensional para maximizar la semejanza entre unas proyecciones radiográficas simuladas generadas a partir del modelo tridimensional y las vistas proyectivas reales, es decir las obtenidas de la estructura anatómica del paciente que se pretende reconstruir.

En este campo, los mencionados métodos pueden agruparse en varias categorías, en función del tipo de información conocida a priori que se incluye en el modelo tridimensional, y del tipo de reconstrucción que se puede llevar a cabo. A continuación se indican los diferentes modelos tridimensionales conocidos en el estado de la técnica.

Modelos genéricos

Estos modelos representan la forma de una estructura anatómica y están construidos a partir de una muestra o un conjunto de muestras de una estructura anatómica. Estos modelos fueron utilizados para conseguir una reconstrucción tridimensional de la forma de unas vértebras a partir de dos vistas proyectivas (Mitulescu, Skalli et al. 2002; Le Bras, Mitton et al. 2003; Kolta, Le Bras et al. 2005). Sin embargo, estos modelos no incorporan ninguna información estadística sobre variaciones anatómicas en términos de forma y, consecuentemente, son difíciles de utilizar en un proceso de reconstrucción automático.

Modelos estadísticos de forma

Para superar la limitación mencionada asociada a los modelos genéricos, se han propuesto atlas de formas (Cootes, Taylor et al. 1995). Tales modelos incorporan, de una base de datos de la estructura anatómica de interés (hueso, órgano, etc.) variaciones estadísticas en términos de forma. Estos métodos fueron utilizados para obtener reconstrucciones tridimensionales de formas (Fleute and Lavallée 1999; Fleute, Lavallée et al. 2000; Feilkas and Zheng 2007) mediante la búsqueda, de manera semiautomática, de los parámetros del modelo que maximizaban la semejanza entre las proyecciones radiográficas simuladas generadas a partir del modelo y las vistas proyectivas reales. No obstante, mediante la incorporación en el modelo de únicamente información sobre forma, las proyecciones radiográficas simuladas no son realistas y es difícil asegurar la correspondencia entre las proyecciones simuladas y las vistas reales.

Por la solicitud de patente EP1952303 se conoce una propuesta que utiliza uno de dichos modelos estadísticos de forma, para analizar una parte de interés del cuerpo de un paciente con el fin de evaluar la fortaleza ósea y/o el riesgo de una futura fractura, mediante un método que comprende la obtención de información conocida a priori de la parte de interés, la realización de unos escaneos por absorción de rayos X de la parte de interés del paciente y la recolección de datos de absormetría de rayos X a partir de los escaneos, construyendo un modelo tridimensional de la parte de interés del cuerpo del paciente, mediante la utilización de la información a priori junto con los datos de absormetría de rayos X, y realizando medidas de varios parámetros geométricos en el modelo tridimensional para determinar propiedades geométricas y estructurales.

En EP1952303, la información conocida a priori utilizada para construir el modelo tridimensional hace referencia a un atlas anatómico que comprende información sobre la forma de un órgano o parte anatómica, ya sea en la forma de un atlas disponible comercialmente, o generado a partir de una base de datos estadística que incluye información anatómica de forma de una pluralidad de pacientes.

En dicha solicitud se propone realizar un registro 3D/2D sobre el modelo tridimensional a partir de las vistas proyectivas reales obtenidas mediante los escaneos por absorción de rayos X.

No se indica en dicha solicitud que el modelo tridimensional sea construido para más de un objeto, ni que los datos estadísticos de dicho modelo tridimensional hagan referencia a datos que no sean de forma, es decir que no se describe la construcción o utilización de un modelo tridimensional estadístico de apariencia, ni por tanto una reconstrucción tridimensional personalizada a partir del mismo.

Modelos estadísticos de forma junto con información sobre la estructura de dentro de la forma

Con el fin de mejorar los modelos estadísticos de forma, se propusieron modelos basados en atlas de forma que también incorporaban información sobre la estructura de dentro del objeto (Yao and Taylor 2003; Lamecker, Wenckebach et al. 2006; Wilson 2008). Estos modelos incorporan información genérica sobre la estructura de dentro de la forma y por tanto permiten la generación de proyecciones radiográficas más realistas. Sin embargo, estos modelos no incorporan la variación estadística sobre la estructura de dentro de la forma. Por tanto, a pesar de que puede obtenerse una reconstrucción específica para un sujeto de la forma a partir de vistas proyectivas, la reconstrucción de la estructura de dentro de la forma sigue siendo de carácter general, es decir no específica para un sujeto.

Modelos estadísticos de forma y apariencia

Con el propósito de superar la limitación comentada inherente al anterior modelo citado,...

1. Método para obtener una reconstrucción tridimensional a partir de una o más vistas proyectivas, del tipo que comprende llevar a cabo un proceso de registro 3D/2D para ajustar al menos un modelo estadístico tridimensional que comprende información estadística de la forma y apariencia de un objeto, con el fin de maximizar la semejanza entre al menos una proyección simulada, generada a partir de dicho modelo estadístico tridimensional, que es al menos uno, y al menos una vista proyectiva real, estando dicho método caracterizado porque comprende obtener una reconstrucción tridimensional de la forma y apariencia de al menos dos objetos, mediante la realización de dicho proceso de registro 3D/2D para al menos un modelo estadístico tridimensional multi-objeto que comprende información estadística sobre la forma y apariencia, para dichos objetos, que son al menos dos, e información sobre relaciones espaciales relativas entre diferentes poses de dichos objetos.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos objetos, que son al menos dos, son estructuras anatómicas, o porciones de al menos una estructura anatómica.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se encuentra aplicado a al menos dos objetos articulados entre sí.

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende construir dicho modelo estadístico tridimensional multi-objeto, que es al menos uno.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende agrupar información sobre las poses de cada uno de dichos objetos, que son al menos dos, en al menos dos respectivos modelos de pose estadísticos de objeto único, incluir dichos modelos de objeto único en dicho modelo estadístico tridimensional multi-objeto, que es al menos uno, y obtener dicha información sobre relaciones espaciales relativas a partir de las poses incluidas en dichos modelos de pose estadísticos de objeto único, que son al menos dos.

6. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende agrupar información sobre las poses de dichos objetos, que son al menos dos, en un modelo de pose estadístico de objeto único, incluir dicho modelo de pose estadístico de objeto único en dicho modelo estadístico tridimensional multi-objeto, que es al menos uno, y obtener dicha información sobre relaciones espaciales relativas a partir de la información incluida en dicho modelo de pose estadístico de objeto único.

7. Método según la reivindicación 4, 5 ó 6, caracterizado porque comprende agrupar dicha información estadística sobre forma y apariencia en al menos dos modelos estadísticos de objeto único, uno para la forma y otro para la apariencia, para cada objeto, e incluirlos en dicho modelo estadístico tridimensional multi-objeto, que es al menos uno.

8. Método según la reivindicación 3, 5 ó 6, caracterizado porque comprende utilizar al menos un modelo articulado estadístico para proporcionar dicha información sobre relaciones espaciales relativas.

9. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende incluir en dicho modelo estadístico tridimensional multi-objeto, que es al menos uno, relaciones entre el modelo de forma de objeto único de un primero de dichos objetos y el modelo de forma de objeto único de un segundo de dichos objetos y/o relaciones entre el modelo de apariencia de objeto único de dicho primer objeto y el modelo de apariencia de objeto único de dicho segundo objeto.

10. Método según la reivindicación 9, caracterizado porque dichas relaciones entre modelos de objeto único son de una naturaleza genérica y/o estadística.

11. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha información sobre relaciones espaciales relativas es de una naturaleza genérica y/o estadística.

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se encuentra aplicado a al menos dos objetos que se superponen, al menos parcialmente, en dichas vistas proyectivas.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende obtener dicha reconstrucción tridimensional para las porciones de dichos objetos, que son al menos dos, superpuestas en dichas vistas proyectivas.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se encuentra aplicado a al menos dos objetos que no se superponen en dichas vistas proyectivas.

15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque dichos objetos, que son al menos dos, se encuentran seleccionados del grupo que incluye los siguientes objetos: huesos, tejidos blandos y órganos.

16. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho proceso de registro 3D/2D se lleva a cabo al menos en parte de manera automática.

17. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha información sobre apariencia hace referencia a información del interior del objeto.

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas vistas proyectivas son unas vistas radiográficas.

19. Uso de una reconstrucción tridimensional, relativa a la forma y apariencia de al menos dos objetos, y obtenida de acuerdo con el método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para diagnosis.

20. Uso según la reivindicación 19, para identificar patologías óseas y/o estimar un riesgo de fractura ósea, para dicho paciente, cuando el modelo estadístico tridimensional multi-objeto incluye información estadística de estructuras anatómicas de pacientes con patologías, y dicha reconstrucción tridimensional es llevada cabo con relación a la forma de al menos un hueso y de su apariencia, o distribución interna, de un paciente.

21. Uso según la reivindicación 19, para construir un modelo para simular una situación de fractura potencial de al menos uno de dichos objetos, que son al menos dos, y proporcionar una estimación del riesgo de fractura del mismo.

22. Uso según la reivindicación 21, caracterizado porque cuando dichos objetos, que son al menos dos, son al menos parte de un fémur, de una pelvis, de una articulación coxofemoral, y del tejido blando que la rodea, de un paciente, dichas simulaciones son relativas a la caída de dicho paciente y el uso comprende también utilizar dichas simulaciones para proporcionar una estimación de riesgo de fractura de cadera.