Procedimiento, sistema, dispositivo y programa informático para la creación de un vástago de prótesis.

Dispositivo para la interacción (1110) de un usuario (1102) con un modelo informático de vástago-muñón en 3D para la modificación del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109;

401; 500; 600), que describe la forma superficial y la distribución de tejido espacial de un muñón, estando diseñado el dispositivo para subdividir el modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) en secciones (301; 700; 900; 1106), con:

- un display (1100) que está diseñado para mostrar visualmente la forma superficial y la distribución de tejido en una sección (301; 700; 900; 1106) del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600); y

- un primer módulo de selección, que permite al usuario (1102) seleccionar (1108) una sección (301; 700; 900; 1106) del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) para la visualización en el display (1100); caracterizado por

- un segundo módulo de selección (1112), que permite al usuario (1102) seleccionar al menos una distribución espacial previamente establecida de una modificabilidad de la forma superficial en la sección (301; 700; 900; 1106); estando diseñado el dispositivo para modificar (110; 828; 1116) de manera correspondiente a la distribución espacial seleccionada la forma superficial en la sección (301; 700; 900; 1106).

Procedimiento, sistema, dispositivo y programa informático para la creación de un vástago de prótesis Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento, un sistema, un dispositivo y un programa informático para la generación y modificación de un modelo de vástago-muñón en 3D para la producción de un vástago de prótesis para unir una parte del cuerpo que forma un muñón con una prótesis.

Antecedentes de la invención Hasta el momento se fabrican de manera artesanal prótesis para pacientes con amputaciones, en particular prótesis de la pierna y del muslo, amoldando un ortopeda un molde negativo de yeso de un muñón del paciente. El especialista en ortopedia y/o el ortopeda determina tentando manualmente (palpando) el muñón adicionalmente información anatómica que entra en un procesamiento posterior manual de un modelo de positivo de muñón creado a partir de un negativo de yeso. El modelo de positivo de muñón procesado posteriormente por el ortopeda sirve como base de partida para la producción de un vástago rígido o flexible, según el material usado, por ejemplo materiales termoplásticos, resinas coladas y madera. Para el control visual de marcas de impresión se conforma por embutición profunda en la mayoría de los casos un vástago transparente termoplástico sobre el modelo de positivo de muñón. El mecánico ortopédico refuerza los vástagos duraderos de resina colada con malla de inserción, por ejemplo malla de Kevlar carbonada, fibras de carbono o malla de fibra de vidrio. El objetivo era hasta el momento fabricar un vástago que se apoyara de la manera más óptima posible sobre el muñón, que evite la fricción y la presión excesiva en el muñón, pero que también ofrezca una buena sujeción y comodidad de uso. Sin embargo, este objetivo no se consigue con regularidad, de modo que se han fabricado los denominados varios vástagos de muestra de diferente volumen, por ejemplo un vástago transparente termoplástico, antes de que pueda usarse sin molestias un denominado vástago definitivo duradero para los pacientes.

La disertación de M. Hasenpusch con el título "Beitrag zur Optimierung der Stumpfdatenerfassung und computergestützten Stumpfbettgestaltung" tenía como objetivo fabricar un vástago partiendo de un muñón de paciente con cargas y sin cargas con el uso de modelización asistida por ordenador. Hasenpusch describe el uso de sistemas CAD/CAM para la construcción de vástagos de prótesis asistida por ordenador (CASD, en inglés Computer Aided Socket Design) .

La disertación de Hasenpusch presenta entre otras cosas el denominado sistema San Antonio de la Universidad de Texas San Antonio. El sistema trabaja para la fabricación de lechos de muñón de pierna con un digitalizador, escáner láser, ultrasonidos, tomografía computerizada (CT) y tomografía de resonancia magnética (MRT) . El sistema San Antonio convierte los datos registrados de forma digital del muñón en una superficie topográfica y representa los mismos como modelo de retícula. El sistema puede representar una imagen en 3D completa o secciones transversales. Si el sistema San Antonio procesa imágenes de CT, entonces sólo son posibles modificaciones de contornos de sección transversal. Si tiene lugar el procesamiento de datos de láser o de digitalizador, el sistema permite la modelización de secciones transversales y de perfil y modificaciones en el modelo de retícula en 3D. La fabricación del vástago tiene lugar por medio de una fresadora CNC de 3 ejes.

Además la disertación de Hasenpusch se remite al registro conjunto de la estructura ósea mediante CT, MRT y ultrasonidos, para el caso en que el ortopeda adapte manualmente un modelo al ordenador antes de haber fabricado un molde de yeso. Hasenpusch describe además como objetivo de investigación con CT y MRT como procedimiento de formación de imágenes obtener una descripción geométrica tanto del contorno externo como del contorno interno de un muñón.

La publicación para información de solicitud de patente DE 10 2005 008 605 de la empresa Gottinger Orthopädie-Technik GmbH describe un procedimiento para la fabricación de una prótesis externa u ortesis con las etapas: crear una tomografía de la parte del cuerpo afectada; convertir los datos creados en un modelo en 3D; evaluar la estructura de tejido óseo, muscular y graso; determinar zonas de compresión en función de la evaluación y crear un elemento de prótesis/ortesis en función de estos datos.

El documento DE 10 2005 008 605 de la empresa Gottinger Orthopädie-Technik GmbH describe el uso de imágenes de CT o MRT de un muñón de muslo así como de un software CAD para la creación de un modelo en 3D y dado el caso su modulación por formas objetivo generadas previamente. En el modelo en 3D pueden verse la musculatura y el tejido graso. Además puede optimizarse la conformación de un vástago de prótesis creado virtualmente en el ordenador.

Una publicación adicional de la empresa Gottinger Orthopädie-Technik GmbH, el documento EP 1 843 291 A1, describe un procedimiento objetivado para la creación de un vástago de prótesis para un muñón de extremidad de un paciente, que durante la creación de un modelo tridimensional continuo tiene en cuenta la información sobre la posición de tejido muscular, graso y óseo en el muñón, determina una compresión objetivo sobre la base del peso del paciente y la superficie externa del muñón y que tiene en cuenta la compresibilidad de las partes de tejido muscular y graso.

La publicación científica "ICT Methodologies to Model and Simulate Parts of Human Body for Prothesis Design", G. Colombo y col., Digital Human Modeling, Lecture Notes in Computer Science, 4561, 559-568, 22. Julio de 2007 describe un procedimiento para la simulación de partes del cuerpo humano, para proyectar virtualmente un vástago de prótesis a medida para un paciente. Para ello la enseñanza descrita combina métodos de ingeniería inversa avanzada, procedimientos de simulación y de modelización y las técnicas de creación rápida de prototipos. Es objetivo de la presente invención proporcionar un mejor procedimiento y en particular que tiene en cuenta mejor la estructura tisular real del muñón, un sistema, dispositivo y programa informático para la creación de un vástago de prótesis, con el que pueden fabricarse vástagos de prótesis adaptados de forma óptima al muñón.

Sumario de la invención Según la invención este objetivo se soluciona mediante un procedimiento, un dispositivo, un sistema y un programa informático según las reivindicaciones independientes. Variantes y formas de realización preferidas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes, de la siguiente descripción y de los dibujos.

Un aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la creación de un modelo de vástago-muñón en 3D para la producción de un vástago de prótesis para unir una parte del cuerpo que forma un muñón con una prótesis que comprende las siguientes etapas. Como primera etapa se adquieren datos de imagen tridimensionales (3D) de la parte del cuerpo que forma el muñón, que comprende varios tipos de tejido, tales como piel, grasa, músculos y hueso. De manera ventajosa una tomografía computerizada (CT) o tomografía de resonancia magnética (MRT) proporciona tomografías de alta resolución de la parte del cuerpo que forma el muñón con una separación de capas predeterminada y una densidad de capas predeterminada, pudiendo formar varias tomografías adquiridas sucesivamente datos de imagen en 3D en forma de datos de volumen. El uso de tomografía de resonancia magnética (MRT) en lugar de la CT tiene la ventaja de una menor carga radiante (de rayos X) para el paciente. Para complementar la CT y/o MRT pueden usarse imágenes de rayos X, de monografía, imágenes optoelectrónicas u otros procedimientos de formación de imágenes. La combinación de CT y/o MRT y/o rayos X y/o monografía proporciona de manera ventajosa datos de imagen en 3D más precisos sobre la naturaleza interna y externa del muñón.

Un medio de almacenamiento, tal como por ejemplo CD/DVD, disco duro, memoria USB o similar puede almacenar los datos de imagen en 3D adquiridos que se encuentran en un formato predeterminado. Las ventajas de un medio de almacenamiento de este tipo se encuentran en una rápida capacidad de transporte y de archivado de los datos de imagen en 3D. Además los datos de imagen en 3D pueden adquirirse en un primer sitio remoto que se encuentra a una distancia espacial de un segundo sitio central en el que pueden realizarse etapas de procesamiento posteriores... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la interacción (1110) de un usuario (1102) con un modelo informático de vástago-muñón en 3D para la modificación del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) , que describe la forma superficial y la distribución de tejido espacial de un muñón, estando diseñado el dispositivo para subdividir el modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) en secciones (301; 700; 900; 1106) , con:

- un display (1100) que está diseñado para mostrar visualmente la forma superficial y la distribución de tejido en una sección (301; 700; 900; 1106) del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) ; y

- un primer módulo de selección, que permite al usuario (1102) seleccionar (1108) una sección (301; 700; 900; 1106) del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) para la visualización en el display (1100) ; caracterizado por

- un segundo módulo de selección (1112) , que permite al usuario (1102) seleccionar al menos una distribución espacial previamente establecida de una modificabilidad de la forma superficial en la sección (301; 700; 900; 1106) ; estando diseñado el dispositivo para modificar (110; 828; 1116) de manera correspondiente a la distribución espacial seleccionada la forma superficial en la sección (301; 700; 900; 1106) .

2. Dispositivo según la reivindicación 1, estando diseñado el dispositivo para permitir al usuario (1102) establecer un eje de muñón (207; 614; 1204) por medio del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) y estando diseñado para subdividir el modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) en secciones (301; 700; 900; 1106) que están orientadas en el eje de muñón (207; 614; 1204) .

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que las secciones (301; 700; 900; 1106) son discos (301; 700; 900; 1106) que se encuentran esencialmente en perpendicular al eje de muñón (207; 614; 1204) y el dispositivo está diseñado para permitir al usuario (1102) determinar individualmente el grosor de un disco (301; 700; 900; 1106) .

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la distribución espacial previamente establecida comprende una subdivisión de la sección (301; 700; 900; 1106) en al menos una subzona (302; 702; 1312) , estando asociado a cada subzona (302; 702; 1312) al menos un valor (1314) en el que se basa la magnitud de la modificación de la forma superficial.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, que está diseñado de modo que basándose en el valor (1314) y la distribución de tejido en la subzona (302; 702; 1312) deriva una variación del volumen a uno de los tipos de tejido contenidos en la subzona (302; 702; 1312) y por medio de la variación del volumen determina la magnitud de la modificación de la forma superficial.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el que los tipos de tejido comprenden grasa, músculo, piel y/o hueso y el valor (1314) indica la variación del volumen porcentual del tipo de tejido respectivo (104-107.

70. 707) y se basa en la compresibilidad del tipo de tejido respectivo.

7. Dispositivo según las reivindicaciones 4 a 6, en el que el segundo módulo de selección (1112) permite al usuario (1102) variar manualmente el valor (1314) .

8. Dispositivo según las reivindicaciones 4 a 6, en el que la subzona (302; 702; 1312) es un sector angular (302; 702; 1312) , que está dispuesto radialmente partiendo del eje de muñón (207; 614; 1204) .

9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8, en el que el segundo módulo de selección (1112) permite al usuario (1102) variar manualmente la orientación espacial del sector angular (302; 702; 1312) mediante giro (709) alrededor del eje de muñón (207; 614; 1204) .

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, diseñado de tal manera que con la modificación (110; 828; 1116) se conserva esencialmente la forma de la superficie de la subzona (302; 702; 1312) que forma la superficie externa del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) .

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo módulo de selección (1112) está diseñado de tal manera que las distribuciones espaciales previamente establecidas, a partir de las que el usuario (1102) puede seleccionar para la sección respectiva (301; 700; 900; 1106) , dependen de:

- la posición de la sección (301; 700; 900; 1106) dentro del muñón;

- la distribución de tejido de la sección (301; 700; 900; 1106) ; y/o

- propiedades fisiológicas o anatómicas del muñón o del paciente.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende también un módulo de base de datos en el que están archivadas las distribuciones espaciales previamente establecidas y el dispositivo está diseñado, basándose en un análisis de modificaciones previas (110; 828; 1116) del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) de otros pacientes y/o del mismo paciente, para adaptar el conjunto de las distribuciones espaciales en la base de datos.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo módulo de selección (1112) está

diseñado de tal manera que las distribuciones espaciales previamente establecidas, a partir de las que el usuario (1102) puede seleccionar para la sección respectiva (301; 700; 900; 1106) , tienen en cuenta una variación del muñón que cabe esperar desde el punto de vista fisiológico.

14. Sistema para la interacción (1110) de un usuario (1102) con un modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) para la modificación del modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) , comprendiendo el sistema:

a) una unidad de lectura para leer datos de imagen en 3D del muñón; b) una unidad de segmentación (103) para segmentar los datos de imagen en 3D para la determinación de la distribución de tejido espacial del muñón; c) una unidad de reconstrucción (108) para reconstruir un modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) por medio de los datos de imagen en 3D segmentados, que describe la forma superficial y distribución de tejido espacial del muñón; d) un dispositivo para la interacción (1110) con un usuario (1102) según una de las reivindicaciones 1 a 13, que modifica el modelo informático de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) teniendo en cuenta entradas del usuario (1102) ; y e) una unidad de salida que emite el modelo informático de vástago-muñón en 3D modificado (109; 401; 500; 600) para la reutilización para la producción de un vástago de prótesis.

15. Procedimiento para la creación de un modelo de vástago-muñón en 3D (109; 401; 500; 600) para la producción de un vástago de prótesis para unir una parte del cuerpo que forma un muñón con una prótesis, que comprende las etapas:

a) adquirir datos de imagen tridimensionales (101) de la parte del cuerpo que forma el muñón que comprende varios tipos de tejido; b) segmentar (103; 808) los datos de imagen en 3D (103) para la determinación de la distribución de al menos un tipo de tejido del muñón; c) reconstruir (108; 812) un modelo de vástago-muñón en 3D (109; 500; 600) por medio de los datos de imagen en 3D segmentados, que describe la geometría del muñón y la distribución del al menos un tipo de tejido segmentado del muñón; d) establecer (816) por medio del modelo de vástago-muñón en 3D (109; 500; 600) al menos un eje de muñón (207; 614; 1204) ; y e) subdividir al menos una zona del modelo de vástago-muñón en 3D (109; 401) en al menos un disco (301; 700; 900; 1106) de un grosor determinado en perpendicular al eje de muñón (207; 614; 1204) ; caracterizado por f) subdividir el al menos un disco (301; 700; 900; 1106) en sectores angulares (302; 702; 1312) ; g) modificar el modelo de vástago-muñón en 3D (110; 828) por medio de conjuntos de reglas basados en el conocimiento, que se aplican al menos a un sector angular (302; 702; 1312) del al menos un disco (301; 700; 900; 1106) , para la adaptación óptima del modelo de vástago-muñón en 3D al muñón, en el que los conjuntos de reglas basados en el conocimiento tienen en cuenta la información contenida en el modelo de vástagomuñón en 3D (109; 500; 600) sobre la geometría del muñón y/o la distribución del al menos un tipo de tejido segmentado, y comprenden una o varias reglas, que usan una o varias propiedades del al menos un tipo de tejido segmentado.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que el grosor del al menos un disco (301; 700; 900; 1106) en una zona proximal (608) se determina mayor que en una zona distal (616) .

17. Procedimiento según la reivindicación 15 ó 16, en el que subdividir el al menos un disco (301; 700; 900; 1106) comprende una subdivisión en sectores angulares (302; 702; 1312) , que presentan menores partes angulares de manera medial (716) que de manera lateral (714) .

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 17, en el que subdividir (824) el al menos un disco (301; 700; 900; 1106) en sectores angulares (302; 702; 1312) se realiza basándose en la selección de al menos una subdivisión de sectores angulares previamente establecida por un usuario (1102) .

19. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que las subdivisiones de sectores angulares previamente establecidas, a partir de las que el usuario (1102) puede seleccionar para el disco (301; 700; 900; 1106) , dependen de:

- la posición del disco (301; 700; 900; 1106) dentro del muñón;

- la distribución de tejido en el disco (301; 700; 900; 1106) ; y/o

propiedades fisiológicas y anatómicas del muñón o del paciente.

20. Procedimiento según la reivindicación 18 ó 19, en el que la subdivisiones de sectores angulares previamente establecidas, a partir de las que el usuario (1102) puede seleccionar para el disco (301; 700; 900; 1106) , tienen en cuenta una variación del muñón que cabe esperar desde el punto de vista fisiológico.

21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 20, en el que el conjunto de subdivisiones de sectores angulares previamente establecidas se adapta basándose en el análisis de modificaciones previas del modelo de vástago-muñón en 3D de otros pacientes y/o del mismo paciente.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 21, en el que la subdivisión de sectores angulares seleccionada puede girarse (709; 826) por el usuario (1102) alrededor del eje de muñón (207; 614; 1204) .

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 22, en el que modificar comprende una compresión del volumen, comprendiendo los conjuntos de reglas basados en el conocimiento al menos un factor para la compresión del volumen, que es un índice de compresión porcentual para uno de los tipos de tejido segmentados (104-107; 704707) contenidos en el sector angular (302; 702; 1312) .

24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que el factor puede variarse manualmente por el usuario (1102) .

25. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 24, en el que los tipos de tejido comprenden piel (104; 704) , grasa (105; 705) , músculos (106; 706) y hueso (107; 707) .

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 25, en el que durante la adquisición de los datos de imagen en 3D (101) de la parte del cuerpo que forma el muñón está colocado un revestimiento (206) para el modelado del muñón, seleccionándose el material del revestimiento (206) de tal manera que es adecuado para la segmentación (103; 808) en los datos de imagen en 3D.

27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 26, en el que segmentar (103; 808) los datos de imagen en 3D se realiza por medio de representaciones en 2D de los datos de imagen en 3D.

28. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 27, en el que los conjuntos de reglas basados en el conocimiento comprenden valores empíricos médicos en forma de al menos una instrucción de transformación matemática para la modificación (110; 828) del modelo de vástago-muñón en 3D (109; 500; 600) .

29. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 28, en el que modificar (110; 828) el modelo de vástagomuñón en 3D (109; 500; 600) por medio de conjuntos de reglas basados en el conocimiento comprende una modificación (110; 828) sobre la base de la forma externa, preferentemente sus curvaturas, del modelo de vástagomuñón en 3D (109; 500; 600) y/o una modificación (110; 828) para la adaptación óptima del modelo de vástagomuñón en 3D (109; 500; 600) a estructuras óseas esenciales (203, 205) .

30. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 29, en el que la modificación por medio de conjuntos de reglas basados en el conocimiento del modelo de vástago-muñón en 3D (190; 401; 500; 600) tiene en cuenta una variación del volumen que discurre esencialmente en paralelo al eje de muñón (207; 614; 1204) .

31. Procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a 30, en el que durante la modificación se realiza un suavizado de superficie del modelo de vástago-muñón en 3D modificado (401) , tendiendo lugar el suavizado de superficie (806; 830) entre dos discos adyacentes (301; 700; 900; 1106) .

32. Programa informático que está adaptado para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones 15 a

31.