Procedimiento y sistema de predicción preoperatoria.

Procedimiento para obtener de manera preoperatoria una predicción de una imagen postoperatoria de por lo menos parte de un cuerpo,

que comprende las etapas de:

- determinar un modelo preoperatorio en 3D de al menos una parte de un cuerpo,

- adquirir de una fotografía preoperatoria en 2D de dicha al menos parte de dicho cuerpo a partir de una o más posiciones de visualización,

- coincidir dicho modelo preoperatorio en 3D con dicha fotografía preoperatoria en 2D,

- determinar un campo de deformación a partir de la deformación de dijo modelo preoperatorio en 3D, en un modelo postoperatorio en 3D predicho de dicha al menos parte de dicho cuerpo, y

- derivar unas imagen postoperatoria predicha de dicho modelo postoperatorio en 3D, siendo dicha imagen postoperatoria predicha una fotografía en 2D obtenida mediante deformación de dicha fotografía preoperatoria en 2D usando dicho campo de deformación.

Procedimiento y sistema de predicción preoperatoria Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para la predicción preoperatoria de un cuerpo o una parte de un cuerpo, por ejemplo, la cara, después de cirugía. La invención también se refiere a un sistema de planificación en el que puede aplicarse el procedimiento.

Estado de la técnica En cirugía o dermocirugía maxilofacial y plástica partes del cuerpo, tal como el cráneo, la dentadura, tejidos blandos o manchas de la piel, son quirúrgicamente remodeladas o restauradas. Un ejemplo es la cirugía ortognática, en la que se ajusta la relación de los maxilares. Otro ejemplo es el aumento de los senos, en la que los senos se agrandan con implantes para los senos.

La generación de imágenes realistas (por ejemplo, de caras) ha sido un objetivo central en la adquisición, animación y visualización de formas en tres dimensiones (3D) .

Adquisición 3D

Existen varios procedimientos para adquirir una descripción geométrica en 3D del (una parte del) cuerpo. Son bien conocidas las modalidades de generación de imágenes médicas, tales como la tomografía computarizada y la resonancia magnética, y sistemas fotográficos en 3D. Este último se puede subdividir en dos categorías, es decir, los que usan procedimientos activos, que proyectan un patrón específico en el cuerpo, y los que utilizan procedimientos pasivos, que adquieren una descripción geométrica en 3D del cuerpo a partir de una o más imágenes y condiciones de iluminación, con o sin el uso de un conocimiento geométrico previo. Simultáneamente con la descripción geométrica en 3D, los sistemas fotográficos en 3D entregan la textura del cuerpo, que se utiliza para representar la superficie en 3D.

Animación Existen varios procedimientos para animar una forma de cuerpo en 3D. La simulación de movimiento puede estar basada en reglas heurísticas, conocimiento basado en la física, o puede derivarse de imágenes (por ejemplo, construcción de un modelo de deformación estadístico basado en un conjunto de imágenes de diferentes personas y/o expresiones) . El resultado puede ser natural o artificial. Por ejemplo, el movimiento facial de una persona puede ser utilizado para accionar el movimiento facial de otra persona.

Visualización La visualización o el renderizado en 3D utiliza un mapa de texturas y un modelo de reflectancia del (parte del) cuerpo.

45 El mapeo de la textura se refiere a una técnica de gráficos por ordenador en la que una imagen de la textura (o mapa de la textura) se aplica a una malla poligonal o alguna otra representación de la superficie mediante el acoplamiento de la imagen de la textura (o mapa de la textura) (con el valor de color/gris asociado) a la superficie en 3D. El resultado es que (alguna parte de) la imagen de la textura se proyecta sobre la superficie cuando la superficie se renderiza.

50 La textura se deriva de una o más fotografías en 2D o 3D del cuerpo. Cuando se utiliza un sistema de fotografía en 3D, un mapa de textura típicamente se suministra simultáneamente con la descripción de la forma en 3D. Cuando se utilizan fotografías en 2D, se necesita un procedimiento para hacer coincidir o registrar estas fotografías en 2D con la descripción de la superficie en 3D. La coincidencia puede realizarse en base a un conjunto de puntos 55 correspondientes, o en una medición (por ejemplo, información mutua) que expresa la correspondencia entre las características derivadas de la imagen en 2D y las propiedades basadas en la forma en 3D.

El modelo de la reflexión del cuerpo se puede basar en las propiedades difusas y especulares de la piel o similares a la piel (reflexión a modo de espejo) .

60 La visualización en 2D se ha utilizado para mostrar (una parte) del cuerpo bajo condiciones de iluminación simulada o artificial y para la animación mediante transformación del (parte de) cuerpo. En estas aplicaciones, el foto-realismo es la principal preocupación.

Los siguientes documentos de la técnica anterior son los más cercanos a la materia objeto de la presente invención.

- "Computer-assised three-dimensional surgical planning and simulation 3D color facial model generation", J Xia et

al., J Xia et al., Int J Oral Maxillofac Surg, 29, páginas 20-10, 2000, 5

- "Computer-assisted three-dimensional surgical planning and simulation: 3D soft tissue planning and prediction", Xia et al, Int J Oral Surg Maxillofac, 29, páginas 250-258, 2000,

- "Three-dimensional virtual reality surgical planning and simulation workbench for orthognathic surger y ", Xia et al., 10 Int J Adult Orthod Orthognath Surg, 15 (4) , 2000,

- "Three-dimensional virtual -reality surgical planning and soft-tissue prediction for orthognatic surger y ", Xia et al., IEEE Information Technology in biomedicine 5 (2) , páginas 97-107, 2001,

- "Fast Texture mapping of photographs on a 3D facial model", Iwakiri et al., Proc Image and Vision Computing Nueva Zelanda 2003, noviembre de 2003, Palmerston North, Nueva Zelanda, páginas390-395.

Los procedimientos de Xia et al. y de Iwakiri et al. utilizan un conjunto de fotografías que comprenden una fotografía frontal (vista de 0º ) , derecha (vista de 90º ) e izquierda (vista de 270º ) del paciente, que se proyectan como un mapa 20 de textura en la malla de cabeza en 3D obtenida a partir de CT para visualización en 3D.

Objetivos de la invención La presente invención tiene como objetivo proporcionar un dispositivo y un procedimiento para simular o predecir de manera preoperatoria una imagen precisa de la apariencia del paciente después de la cirugía, en particular, cirugía maxilofacial o plástica. En otro aspecto, la invención tiene como objetivo proporcionar un sistema de planificación en el que pueda aplicarse el procedimiento.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento para obtener de manera preoperatoria una predicción de una imagen después de la operación de por lo menos parte de un cuerpo tal como se define en la reivindicación 1.

En una realización preferida, la imagen después de la operación prevista es una imagen en 3D. En este caso, una 35 pluralidad de fotografías preoperatorias en 2D son ventajosamente adquiridas y utilizadas posteriormente en las etapas del procedimiento posterior.

El procedimiento ventajosamente comprende además una etapa de generación a partir de la descripción preoperatoria en 3D una malla de superficie preoperatoria en 3D de al menos los contornos de la al menos parte del cuerpo. La etapa de derivar la imagen prevista comprende derivar de la malla de superficie antes de la operación en 3D una predicción de la malla de superficie después de la operación en 3D de por lo menos los contornos de la al menos parte del cuerpo. La predicción de los contornos se utiliza entonces en la determinación del campo de deformación.

45 En otra realización, la descripción preoperatoria en 3D se obtiene usando un sistema de adquisición de imágenes en 3D. Este sistema de adquisición de imágenes en 3D puede ser un sistema de tomografía computarizada, un sistema de imágenes por resonancia magnética o un sistema de fotografía en 3D.

La etapa de coincidencia se realiza preferentemente mediante un conjunto de puntos correspondientes a dicha 50 descripción preoperatoria en 3D y dicha fotografía preoperatoria en 2D. Alternativamente, dicha etapa de coincidencia se realiza mediante una métrica que expresa la correspondencia entre las características derivadas de la fotografía preoperatoria en 2D y las propiedades basadas en la descripción preoperatoria en 3D.

En una realización más específica, el procedimiento comprende además la etapa de tomar una imagen de un objeto 55 de calibración. Dicha imagen del objeto de calibración puede ser utilizada entonces para la calibración de la cámara con la que se adquiriere la fotografía preoperatoria en 2D.

Después de la etapa de coincidencia correspondiente se realiza ventajosamente una etapa de creación a partir de las fotografías en 2D preoperatorias coincidentes un mapa de textura para la visualización en 3D.

60 La descripción en 3D preoperatoria comprende típicamente una descripción del tejido blando de la al menos parte del cuerpo. Ventajosamente, también comprende información sobre la estructura interna de la al menos parte del cuerpo.

En otro aspecto, la invención también... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para obtener de manera preoperatoria una predicción de una imagen postoperatoria de por lo menos parte de un cuerpo, que comprende las etapas de: 5

- determinar un modelo preoperatorio en 3D de al menos una parte de un cuerpo,

- adquirir de una fotografía preoperatoria en 2D de dicha al menos parte de dicho cuerpo a partir de una o más

posiciones de visualización, 10

- coincidir dicho modelo preoperatorio en 3D con dicha fotografía preoperatoria en 2D,

- determinar un campo de deformación a partir de la deformación de dijo modelo preoperatorio en 3D, en un modelo

postoperatorio en 3D predicho de dicha al menos parte de dicho cuerpo, y 15

- derivar unas imagen postoperatoria predicha de dicho modelo postoperatorio en 3D, siendo dicha imagen postoperatoria predicha una fotografía en 2D obtenida mediante deformación de dicha fotografía preoperatoria en 2D usando dicho campo de deformación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha imagen postoperatoria predicha es un renderizado de superficie en 3D.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que se adquieren una pluralidad de fotografías preoperatorias en 2D. 25

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que también comprende una etapa de generar a partir de dicho modelo preoperatorio en 3D una malla de superficie preoperatoria en 3D de por lo menos los contornos de dicha al menos parte de dicho cuerpo.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicha etapa de derivar dicha imagen predicha comprende derivar a partir de dicha malla de superficie preoperatoria en 3D una predicción de la malla de superficie postoperatoria en 3D de por lo menos dichos contornos de dicha al menos parte de dicho cuerpo.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicha predicción de dichos contornos se utiliza en la 35 determinación de dicho campo de deformación.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde dicho modelo preoperatorio en 3D se obtiene usando un sistema de adquisición de imágenes en 3D.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicho sistema de adquisición de imágenes en 3D es un sistema de tomografía computarizada, un sistema de generación de imágenes por resonancia magnética o un sistema de fotografía en 3D.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de coincidencia se realiza 45 mediante un conjunto de puntos correspondientes a dicho modelo preoperatorio en 3D y dicha fotografía preoperatoria en 2D.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha etapa de coincidencia se realiza mediante una métrica que expresa la correspondencia entre las características derivadas a partir de dicha fotografía 50 preoperatoria en 2D y las características derivadas de dicho modelo preoperatorio en 3D.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que también comprende la etapa de tomar una imagen de un objeto de la calibración.

55 12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que dicha imagen de dicho objeto de calibración se utiliza para la calibración de una cámara, utilizándose dicha cámara para la adquisición de dicha al menos una fotografía preoperatoria en 2D.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12, en el que después de dicha etapa de 60 coincidencia se realiza una etapa de crear a partir de dichas fotografías preoperatorias en 2D coincidentes un mapa de textura para la visualización en 3D.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho modelo preoperatorio en 3D comprende una descripción de los tejidos blandos de al menos parte de dicho cuerpo.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en dicho modelo preoperatorio en 3D de dicha al menos parte de dicho cuerpo comprende información sobre la estructura interna de dicha al menos parte de dicho cuerpo.

16. Sistema de planificación quirúrgica para mostrar de manera preoperatoria una imagen postoperatoria predicha de al menos parte de un cuerpo, que comprende

- medios para determinar un modelo preoperatorio en 3D de al menos una parte de un cuerpo, 10

- medios para hacer coincidir dicho modelo preoperatorio en 3D con una fotografía preoperatoria en 2D de dicha al menos parte de dicho cuerpo,

- medios de cálculo para determinar un campo de deformación a partir de la deformación de dicho modelo

preoperatorio en 3D y para derivar una imagen postoperatoria predicha de dicho modelo postoperatorio en 3D, siendo dicha imagen postoperatoria predicha una fotografía postoperatoria en 2D predicha obtenida por deformación de dicha fotografía preoperatoria en 2D utilizando dicho campo de deformación,

- medios de visualización para mostrar dicha imagen postoperatoria predicha. 20

17. Sistema de planificación quirúrgica según la reivindicación 16, en el que dicha imagen postoperatoria predicha es una imagen en 3D.

Imagen fotográfica 2D

Espacio cámara 3D C

Espacio imagen 3D I