ES2247685T3

ES2247685T3 - Aparato de terapia de torax guiado por imagen.

Info

Publication number: ES2247685T3
Application number: ES98911410T
Authority: ES
Inventors: David E. Acker
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: WO1998036684A1; EP0900048B1; CA2252825A1; DE69831292D1; AU741022B2; DE69831292T2; AU6536798A; IL126692A; IL126692A0; EP0900048A1; JP2001506163A; EP0900048A4

Abstract

UNA SONDA, POR EJEMPLO UN ENDOSCOPIO, EQUIPADO CON UNA AGUJA PARA BIOPSIA, SE GUIA HASTA UN BLANCO SITUADO EN EL SISTEMA RESPIRATORIO O JUNTO AL MISMO. SE MONITORIZA LA POSICION DE LA SONDA. UNA REPRESENTACION DE LA SONDA SE SUPERPONE SOBRE UNA IMAGEN ANTERIORMENTE ADQUIRIDA DEL SISTEMA RESPIRATORIO Y LOS TEJIDOS ADYACENTES. POR MONITORIZACION DEL ESTADO RESPIRATORIO DEL PACIENTE, SE SUPRIMEN LOS ARTEFACTOS CAUSADOS POR EL MOVIMIENTO DEBIDO A LA RESPIRACION, Y POR DETERMINACION DE LA POSICION DE LA SONDA CUANDO EL ESTADO RESPIRATORIO DEL PACIENTE ES IGUAL AL ESTADO RESPIRATORIO DEL MISMO DURANTE LA CAPTACION DE LA IMAGEN.

Description

Aparato de terapia de tórax guiado por imagen.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato para efectuar procedimientos médicos en el tórax de un paciente médico o veterinario.

Técnica anterior

Algunos procedimientos médicos comunes requieren la habilidad para operar sobre una posición específica en el tórax, incluyendo posiciones en el sistema respiratorio, tales como los pulmones, bronquios y los tejidos inmediatamente circundantes. Por ejemplo, hasta el momento se han efectuado biopsias de aspiración por aguja utilizando un endoscopio insertado a través de la traquea en un bronquio. Se hace avanzar la aguja por el endoscopio a través de la pared bronquial para tomar muestras de tejidos en un nódulo linfático en el interior del parenquimia del pulmón cerca de la superficie exterior del bronquio. El médico puede monitorizar la colocación del endoscopio y de la aguja de biopsia utilizando el sistema óptico del endoscopio. Cuando se hace avanzar el endoscopio hacia el área de la que se van a tomar muestras, el médico puede determinar donde se encuentra la punta del endoscopio observando las características de la misma vía respiratoria. Sin embargo, es difícil colocar una aguja de biopsia en el interior de un nódulo linfático particular utilizando esta solución. El médico no puede ver los nódulos linfáticos, que se encuentran fuera de la vía respiratoria. Por lo tanto, el médico solamente puede situar la punta del endoscopio y la aguja de biopsia en una posición aproximada, cerca de la posición del nódulo linfático que va a ser sujeto a biopsia. Por esta razón, hay una necesidad significativa de mejora de la fiabilidad de las biopsias de aspiración por aguja de los nódulos linfáticos que rodean el conducto respiratorio. Hay necesidades similares de mejora en otros procedimientos de biopsia que utilizan una sonda a la que se hace avanzar en el cuerpo, tal como una aguja de biopsia o fórceps de biopsia, para tomar muestras de tejidos en la proximidad del conducto respiratorio. Ha habido necesidades similares de mejoras en otros procedimientos en los cuales se hace avanzar una sonda en los tejidos del tórax con otros propósitos, por ejemplo, para efectuar procedimientos quirúrgicos en estos tejidos o para administrar medicamentos dentro de esos tejidos.

Hasta el momento, se han utilizado algunos procedimientos de obtención de imágenes durante el avance de la sonda para proporcionar directrices. De esta manera, cuando se hace avanzar la sonda, se obtienen imágenes de la sonda y del cuerpo utilizando técnicas convencionales de obtención de imágenes, tales como la fluoroscopia o la obtención de imágenes por resonancia magnética. Esto permite que el médico observe la relación entre la posición de la sonda y los tejidos circundantes. Estos procedimientos tienen la desventaja de que el aparato de obtención de imágenes está ocupado durante el tiempo completo requerido para efectuar el procedimiento. Además, el uso de modalidades de obtención de imágenes sobre la base de la fluoroscopia u otros rayos X durante el procedimiento expone al médico y al paciente a la radiación.

Como se describe, por ejemplo, en las patentes norteamericanas números 5.558.091, 5.391.199, 5.443. 489 y en la Publicación Internacional PCT, WO 96/05768, se puede determinar la posición, orientación, o ambas, del extremo distal de la sonda por medio de la utilización de uno o más transductores de campo, tal como un dispositivo de efecto Hall o magnetoresistivo, bobina u otra antena transportada sobre la sonda, típicamente en el extremo distal de la sonda o adyacente al mismo. Se disponen uno o más transductores de campo adicionales fuera del cuerpo en un marco de referencia externo. Los transductores de campo preferiblemente se encuentran dispuestos para detectar o transmitir campos no ionizantes o componentes de campo tales como un campo magnético, radiación electromagnética o energía acústica tal como la vibración ultrasónica. Transmitiendo el campo entre los transductores de campo externos y los transductores de campo en la sonda, se pueden determinar las características de la transmisión de campo entre estos dispositivos. A continuación se puede deducir la posición y/o orientación del sensor en el marco de referencia externo a partir de estas características de transmisión. Debido a que el transductor de campo de la sonda permite la determinación de la posición de la sonda, un transductor de este tipo también es denominado como "sensor de posición".

Como se describe, por ejemplo, en la patente norteamericana mencionada con anterioridad 5.558.091, el marco de referencia de los transductores de campo externos se puede registrar con el marco de referencia de los datos de imágenes, tales como los datos de imagen de resonancia magnética, datos de tomografía axial computeriza, o datos de imagen convencional de rayos X. La posición de la sonda y los datos de orientación derivados por la transmisión de campo se pueden mostrar como una representación de la sonda superpuesta sobre una imagen del cuerpo del paciente. El médico puede utilizar esta información para guiar la sonda a la posición deseada n el interior del cuerpo del paciente, y para monitorizar su orientación durante el tratamiento o la medición de la estructura del cuerpo. Esta disposición mejora en gran medida la capacidad del médico para navegar el extremo distal de la sonda a través de las estructuras corporales. Debido a que no requiere la adquisición de una imagen óptica de los tejidos circundantes con el propósito de navegación, se puede utilizar con sondas que son demasiado pequeñas para acomodar elementos ópticos, y se puede usar para la navegación de la sonda dentro de tejidos sólidos o semisólidos. El sistema basado en el transductor también evita las dificultades asociadas con la navegación de una sonda al representar la sonda y el paciente en imágenes continuamente durante el procedimiento. Por ejemplo, evita la exposición a la radiación ionizante inherente en los sistemas fluoroscópicos.

Se encuentran algunos problemas adicionales en la utilización de sistemas de este tipo en procedimientos en el tórax cercanos al sistema respiratorio. Cuando el paciente respira, las posiciones, tamaños y formas de los órganos torácicos cambian. Por lo tanto, si se adquiere una imagen del paciente en una etapa del ciclo respiratorio, los datos de la imagen no representan con precisión al paciente durante otras etapas. Por lo tanto, si se detecta la posición de la sonda mientras el paciente se encuentra en una etapa del ciclo respiratorio, los datos de la imagen no representarán con precisión al paciente durante otras etapas. Por lo tanto, si se detecta la posición de la sonda mientras el paciente se encuentra en una etapa del ciclo respiratorio, y estos datos de posición de la sonda se combinan con los datos de imagen del paciente de otra etapa del ciclo respiratorio para proporcionar una imagen con una representación de la sonda superpuesta a la misma, se mostrará de manera imprecisa la posición de la sonda con relación a los órganos circundantes. Como se describe en la publicación internacional WO 97/29709, se pueden evitar los problemas de esta naturaleza situando una primera sonda, denominada "sonda de situación" en el interior del cuerpo de un paciente en una posición que se va a tratar, y proporcionando una sonda adicional, denominada "sonda de instrumento" para efectuar el procedimiento médico. La sonda de situación se sitúa en el interior del cuerpo en la localización que se va a tratar, por ejemplo en la localización que va a sufrir una biopsia. Utilizando un sistema de localización tal como los sistemas de localización magnéticos que se han discutido en las patentes mencionadas con anterioridad, las localizaciones de ambas sondas se monitorizan durante el procedimiento médico. De esta manera se conocen la distancia y la dirección desde la sonda de instrumento a la sonda de situación durante el procedimiento médico, a pesar de cualquier movimiento producido por la respiración del paciente. Utilizando dicha información direccional y de distancia, el médico puede navegar la sonda de instrumento a la sonda de
situación.

La publicación PCT, WO 97/29682, se refiere a sistemas para determinar el "movimiento fisiológico" tal como el movimiento de respiración o el movimiento cardiaco, de una porción del cuerpo en la cual se sitúa una sonda. Utilizando un dispositivo tal como una banda de cintura para sentir detectar el movimiento de respiración, el sistema selecciona una imagen "correcta" de un conjunto de imágenes obtenidas previamente en cada momento durante el procedimiento, o realiza una interpolación entre las imágenes. De esta manera, la imagen mostrada siempre refleja el tamaño y forma actual de los órganos en el instante en cuestión. Como consecuencia, la representación de la sonda se puede superponer con precisión sobre la imagen visualizada.

La patente norteamericana número 5.577.502 desvela un sistema en el cual se monitoriza la posición del pecho del paciente por medio de dispositivos tales como elementos ópticos, ultrasónicos o de seguimiento mecánico. Sobre la base de ese seguimiento posicional, se distorsiona la imagen que se utiliza en el sistema de superposición para proporcionar una imagen corregida que cambia cuando el sujeto respira. La posición de la sonda se puede superponer sobre la imagen corregida. Los sistemas de este tipo requieren un cálculo considerable para distorsionar la imagen de referencia cuando el paciente se mueve a través de las distintas etapas del ciclo respiratorio. Además, se requiere equipo adicional para seguir la posición del pecho del paciente. En un enfoque alternativo que también se discute en la patente 5.577.502, se adquiere una serie de imágenes en numerosas etapas del ciclo respiratorio. Cuando el paciente se mueve a través de las diferentes etapas del ciclo respiratorio, se utilizan diferentes imágenes. Este enfoque multiplica la tarea de adquirir y almacenar datos de imágenes. Además, este enfoque solamente se puede utilizar si existe un conjunto de imágenes múltiples. Por ejemplo, cuando el paciente está sometido a un procedimiento convencional de obtención de imágenes para diagnostico, tal como un procedimiento de obtención de imágenes MRI o CT, en general se adquiere un único conjunto de datos de imágenes que representan al paciente en solamente una etapa del ciclo respiratorio. La necesidad de una biopsia u otro procedimiento usando una sonda a la que se hace avanzar en el paciente puede ser solamente aparente después de que la imagen haya sido evaluada. Para adquirir una serie de imágenes, el paciente se debe someter a procedimientos de obtención de imagen adicionales antes de que pueda iniciarse el procedimiento de intervención que utiliza la sonda.

En el documento US 5.482.042 desvela un aparato médico de obtención de imágenes que incluye un dispositivo de detección de profundidad de respiración para detectar la profundidad de respiración de un paciente, y un dispositivo indicativo para indicar la profundidad de respiración detectada. El dispositivo de detección de profundidad de respiración incluye un dispositivo ultrasónico de medición para medir la posición de una superficie del cuerpo del paciente, un dispositivo para detectar los valores extremos máximo y mínimo de posición, y un dispositivo para calcular la profundidad de respiración sobre la base de los valores máximo y mínimo.

Por lo tanto, a pesar de estos y otros esfuerzos en la técnica, serían deseable mejoras adicionales en los procedimientos y aparatos de intervención para efectuar los mismos.

Exposición de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato de acuerdo con la reivindicación 1.

Por lo tanto, el aparato de la presente invención puede utilizar los mismos dispositivos de medición de posición que se han utilizado para determinar la posición de la sonda y determinar el ciclo de respiración.

Típicamente, el medio de detección se dispone para detectar cuando el paciente se encuentra en el estado seleccionado determinando si la posición del punto de referencia se corresponde con la posición extrema dentro de una tolerancia preseleccionada. Por ejemplo, la etapa seleccionada del ciclo respiratorio puede ser el estado de inspiración mínimo, es decir, el estado que se consigue al final de la exhalación durante un ciclo de respiración normal. En este caso, el sistema puede seleccionar la posición del punto de referencia en el cual la pared delantera del pecho del paciente está más cercana a la espalda del paciente. Si el paciente está acostado en una posición supina, estando su espalda sobre una mesa, el sistema puede seleccionar la posición en la cual un punto de referencia en la pared frontal del pecho del paciente se encuentre más cercano a la mesa.

Se puede hacer avanzar a la sonda dentro de una vía de respiración, por ejemplo, para hacer pasar una parte de la sonda a través de la pared de la vía respiratoria para tratar tejidos en una posición objetivo dentro de los tejidos que rodean a la vía respiratoria. Un ejemplo de una posición objetivo son los nódulos linfáticos fuera de la vía respiratoria. La sonda puede incluir un endoscopio y una aguja. Se puede hacer avanzar el endoscopio hasta que el mismo se sitúe en la pared de la vía respiratoria adyacente a la localización objetivo, y a continuación, hacer avanzar la aguja a través de la pared de la vía respiratoria.

La imagen puede incluir una pluralidad de puntos identificables en el cuerpo del paciente, que tienen posiciones sustancialmente no afectadas por el ciclo respiratorio del paciente. Por ejemplo, los puntos identificables pueden incluir un punto en el omóplato o en el esternón.

Típicamente, el ordenador está adaptado para transformar la disposición de la sonda en el marco de referencia de imagen. Deseablemente, el ordenador puede estar dispuesto para mostrar una imagen en perspectiva de la vía respiratoria y de los tejidos circundantes, de manera que se puedan visualizar la posición de la sonda y la trayectoria para mover la sonda para que se aplique a la localización objetivo visualizando la imagen mostrada.

Debido a que la disposición de la sonda utilizada como base para la representación superpuesta se adquiere en la misma etapa del ciclo respiratorio que la imagen, se elimina el artefacto de movimiento o la inexactitud producida por el movimiento debido al ciclo respiratorio. De esta manera, el aparato de acuerdo con la invención proporciona una solución al problema del artefacto en movimiento que no requiere la adquisición de múltiples imágenes para la manipulación masiva de datos de imágenes para distorsionar una imagen. El sistema es compatible con las imágenes estándar adquiridas con los propósitos de diagnostico que representan solamente una etapa en el ciclo respiratorio.

Cuando se utiliza, mientras se hace avanzar la sonda de la presente invención, se le puede instruir al paciente para que aguante su respiración en el estado respiratorio prescrito. De esta manera, mientras el paciente aguanta el punto prescrito en el estado respiratorio, el sistema adquiere continuamente nuevas posiciones de la sonda y continúa actualizando la representación superpuesta de la sonda sobre la imagen. Si el paciente se desvía del estado prescrito del ciclo respiratorio momentáneamente, el sistema interrumpirá la generación de nuevas posiciones superpuestas de la representación de la sonda sobre la imagen y preferiblemente proporcionará un aviso al médico.

Modos para realizar la invención

El aparato de acuerdo con una realización de la presente invención incluye una sonda. La sonda puede incorporar esencialmente cualquier dispositivo que se pueda insertar o que pueda avanzarse en el cuerpo para efectuar un procedimiento médico, tal como tratamiento, medición u observación. Como se usa en la presente memoria, el término "tratamiento" incluye la captura de muestras de tejidos o materiales situados dentro del cuerpo, y por lo tanto, incluye las biopsias. La sonda deseablemente incluye un endoscopio convencional que tiene un cuerpo tubular. El cuerpo tiene una porción de asa fijada a un extremo próximo del cuerpo, y tiene una porción distal separada del asa. El cuerpo tiene un orificio que se extiende longitudinalmente desde su extremo próximo a su extremo distal y está abierto al exterior a través del asa. El cuerpo puede incorporar una sección flexible adyacente al extremo distal, de manera que el extremo distal se pueda doblar o pivotar con relación al resto del cuerpo. El endoscopio puede incorporar dispositivos para doblar el extremo distal del cuerpo de manera que conduzca el dispositivo cuando el mismo avanza en el interior de la anatomía del paciente. El endoscopio puede incluir además una fibra óptica o sistema de televisión para observar visualmente las características anatómicas del paciente en el extremo distal del endoscopio.

La sonda incluye además una herramienta médica intracorporal convencional, tal como una aguja de biopsia u otra herramienta quirúrgica que puede ser operada desde el extremo próximo o asa del dispositivo. Meramente a título de ejemplo, en lugar de la aguja de biopsia la herramienta puede ser cualquier herramienta quirúrgica convencional del tipo usado comúnmente en procedimientos quirúrgicos endoscópicos, artroscópicos, o laparoscópicos; un fórceps de biopsia u otro dispositivo de toma de muestras; una aguja, un catéter u otro dispositivo de suministro de medicamentos; un instrumento de medición tal como un termómetro o un electrodo de medición de potencial eléctrico; un dispositivo para aplicar radiación terapéutica; o cualquier otro dispositivo que se pueda utilizar para tratar, medir u observar estructuras en el interior del cuerpo de un sujeto vivo. La aguja se dispone de manera que se pueda hacer avanzar hasta una posición operativa fuera del extremo distal del cuerpo. La aguja se dispone de manera que se pueda manipular y controlar desde el extremo próximo o asa del cuerpo. De esta manera, la aguja se conecta a un asa de manipulación por medio de elementos de control convencionales o articulaciones. Se pueden utilizar otros expedientes para manipular y controlar una herramienta en el extremo distal del cuerpo, por ejemplo, articulaciones de control eléctricas, electrónicas u ópticas. Alternativamente, se puede montar una herramienta en una posición fija en el cuerpo o se puede formar integralmente con el mismo como, por ejemplo, cuando el cuerpo está equipado con una hoja de corte.

Se monta un transductor de campo de sonda o sensor de posición en el cuerpo de sonda adyacente al extremo distal del mismo. El transductor puede ser un sensor dispuesto para detectar campos magnéticos o electromagnéticos. Por ejemplo, el sensor puede ser un sensor de posición de estado sólido, multieje, del tipo que se muestra en la patente norteamericana 5.558.091 que se ha mencionado más arriba. Un sensor de este tipo incorpora una pluralidad de transductores sensibles a los componentes de campo magnético en direcciones mutuamente ortogonales. Otros sensores de posición adecuados incluyen bobinas, como se ha mostrado en la patente norteamericana que se ha mencionado más arriba número 5.391.199, y en la solicitud PCT, PCT/US95/01103, actualmente publicada como publicación internacional PCT, WO96/05768. Se pueden proporcionar dichas bobinas como una bobina única o como una pluralidad de bobinas ortogonales que pueden detectar componentes de campo en direcciones ortogonales. El sensor de posición o transductor de campo se conecta a conductores que se extienden a través del orificio a y más allá del extremo próximo del cuerpo.

El aparato incluye, además, un conjunto de transductores de campo externos o antenas que definen un marco de referencia de localización. Por ejemplo, los transductores de campo externo se pueden montar en una cama de soporte de paciente. Las antenas están conectadas al dispositivo de transmisión y de recepción de campo y a un ordenador, que a su vez está conectado a un dispositivo de visualización tal como un tubo de rayos catódicos. El ordenador también esta provisto de dispositivos de entrada convencionales, tales como un teclado, bola de seguimiento, ratón u otros similares. Se disponen el ordenador, el dispositivo de transmisión y de recepción de campo y los transductores para que cooperen con el transductor de campo de la sonda para determinar las disposiciones del transductor de campo en la sonda, y por lo tanto para determinar la disposición del extremo distal de la sonda en el marco de referencia de localización de los transductores de campo externo o antenas. Estos elementos del aparato pueden ser como los que se han descrito en las patentes 091 o 199 que se han mencionado con anterioridad. Son conocidos en la técnica otros dispositivos para detectar la disposición de sondas equipadas con sensores de posición transmitiendo campos no ionizantes. Como es conocido en la técnica, se pueden transmitir los campos electromagnéticos o magnéticos entre una antena o transductor de campo montado en un marco de referencia externo y un transductor de campo en una sonda, y la disposición de la sonda se puede calcular a partir de las características de los campos detectados por el transductor en la sonda. De esta manera, los transductores de campo externo o antenas y el sensor de posición o transductor de campo de sonda en la sonda definen cooperativamente una pluralidad de parejas de transmisor-receptor. Cada de estas parejas incluye un transmisor y un receptor como elementos de la pareja. Un elemento de cada pareja se encuentra dispuesto en la sonda, y el otro elemento de cada pareja de este tipo se encuentra dispuesto en una disposición conocida en el marco de referencia externo. Típicamente, se dispone al menos un elemento transmisor-receptor de cada pareja en una posición u orientación diferente que el elemento correspondiente de las otras parejas. Detectando las características de la transmisión de campo entre elementos de varias parejas, el sistema puede deducir información referente a la disposición de la sonda en el marco de referencia externo. La información de disposición puede incluir la posición de la sonda, la orientación de la sonda o ambas. Aunque se ilustran los transductores de campo externo montados en una estructura rígida tal como la cama de un paciente de manera que los transductores de campo externo permanezcan en una posición fija relativamente unos con los otros, esto no es esencial. Como se describe en la publicación PCT comúnmente asignada WO 97/29685, los transductores de campo externo pueden ser móviles relativamente entre si. El sistema de ordenador puede determinar las posiciones de los transductores de campo externo midiendo las propiedades de los campos transmitidos entre estos transductores, o entre los transductores de campo externo y los transductores de calibración montados en los transductores de campo externo individuales.

El aparato incluye además un transductor de campo de referencia montado en un alojamiento protector efectivo para proteger el transductor de campo del daño físico cuando se despliega el transductor de campo en una posición en el exterior del cuerpo de paciente. Por lo tanto, se pueden montar el alojamiento y el transductor de campo por cualquier medio convencional, tal como cinta adhesiva, vendas, suturas o similar en un punto seleccionado en el exterior del paciente. Opcionalmente, el alojamiento puede estar provisto de características tales como almohadillas planas o alas, orificios de sutura u otras características físicas que faciliten adicionalmente la fijación a la superficie exterior del cuerpo. El transductor de campo de referencia tiene esencialmente la misma estructura que el transductor de campo de sonda que se ha discutido más arriba. Los conductores conectan el transductor de campo de referencia al dispositivo de transmisión y recepción de campo. El transmisor y receptor de campo y el ordenador activan los transductores de campo externo y al transductor de campo de referencia para transmitir y recibir campos de la misma manera que se ha discutido más arriba con referencia al transductor de campo de sonda. De esta manera, el sistema determina la disposición del transductor de campo de referencia en el marco de referencia de localización definido por los transductores de campo externo.

De acuerdo con una realización de la invención, cuando se utiliza se toman imágenes de un paciente B usando cualquier modalidad convencional de obtención de imágenes, tal como el sistema de obtención de imágenes por tomografía computerizada de rayos X ("CAT" o "CT"), el sistema de obtención de imágenes por resonancia magnética o cualquier otro procedimiento de obtención de imágenes que pueda mostrar los órganos internos del cuerpo, y en particular, el sistema respiratorio y los tejidos circundantes. La imagen se adquiere mientras el paciente se encuentra en un estado respiratorio seleccionado. El estado respiratorio seleccionado es una etapa del ciclo respiratorio normal del paciente. Preferiblemente, la imagen se adquiere mientras el paciente se encuentra en la denominada etapa de "inhalación mínima". Esta etapa es la etapa durante la respiración normal cuando el paciente ha exhalado el volumen normal de aire. Se le puede dar instrucciones al paciente para que aguante su respiración en el estado seleccionado durante la adquisición de imágenes. La imagen puede ser una imagen de diagnostico convencional adquirida sin referencia a ninguna consideración especial para el procedimiento terapéutico, y ciertamente adquirida antes de que se conozca la necesidad del procedimiento terapéutico.

La imagen incluye al menos una porción del tórax del paciente e incluye ciertas características de la anatomía del paciente que son fácilmente identificables en la imagen con un buen grado de precisión. Estas incluyen características del sistema esquelético, tal como el omóplato, porciones de la columna y el entalle del esternón. En la manera convencional, se proporciona la imagen como datos de ordenador definiendo propiedades de estructuras de varias localizaciones en el interior del cuerpo, por ejemplo, la absorción de rayos X de elementos de volumen individuales o "voxel" en una imagen CAT o en datos MRI definiendo propiedades de resonancia magnética tales como la densidad de protones, T_{1} o T_{2} para voxels individuales.

Después de que se haya adquirido la imagen, se coloca al paciente en posición en el marco de referencia de localización definido por los transductores de campo externo, por ejemplo colocando al paciente en una posición supina sobre la mesa de soporte. A continuación, se aplica el transductor de campo de referencia sucesivamente a varios de los puntos definidos que se han mencionado con anterioridad en el cuerpo del paciente, por ejemplo, con cada uno de los puntos del omóplato, con el entalle del esternón o con puntos fácilmente identificados en la columna vertebral. Esto se realiza mientras el paciente se encuentra en posición sobre la mesa. La mesa puede estar provista de aberturas o ranuras en su superficie para permitir la inserción del transductor de campo de referencia para aplicarse a las características de la espalda del paciente. Aunque el transductor de campo de referencia se encuentra aplicado a cada punto definido en la anatomía del paciente, los transductores de campo externo, el aparato de transmisión y recepción de campos y el ordenador se activan para determinar la localización del transductor de campo de referencia en el marco de referencia de localización definido por los transductores de campo externo. De esta manera se proporcionan al ordenador las localizaciones de los distintos puntos definidos en el marco de referencia de localización.

Un operador también puede introducir las posiciones de los mismos puntos definidos en el marco de referencia de la imagen. Por ejemplo, se puede actuar el ordenador para que muestre representaciones de la imagen que incluyan los distintos puntos identificables en la anatomía y el operador puede ajustar manualmente un cursor sobre la imagen, por ejemplo ajustando un botón, bola de seguimiento o ratón incorporado en los dispositivos de entrada. Cuando el cursor se alinea con un punto identificable en todas las dimensiones, el operador introduce una señal adicional que indica al ordenador que las coordenadas del cursor en el marco de referencia de la imagen se corresponden a las coordenadas del punto particular en la anatomía. Una vez que se hayan proporcionado al ordenador las coordenadas en los puntos identificables en la anatomía en el marco de referencia de la imagen y en el marco de referencia de localización, el ordenador puede derivar una transformación matemática entre el marco de referencia de localización y el marco de referencia de imagen. Las técnicas para adquirir localizaciones de puntos en la anatomía y derivar transformaciones entre un marco de referencia de imagen y un marco de referencia de localización son bien conocidas y se describen en las patentes y publicaciones que se han mencionado con anterioridad. En una variante de las técnicas de este tipo, también descrita en estas patentes y publicaciones, se montan en el paciente marcadores fiduciarios que incorporan transductores de campo, antes del procedimiento de obtención de imágenes, de manera que los marcadores fiduciarios son visibles en la imagen. Las posiciones de los marcadores fiduciarios en el marco de referencia de localización se adquieren haciendo actuar los transductores de campo en los marcadores fiduciarios en conjunto con los transductores de campo externo, de la misma manera que se ha descrito más arriba. En otras variantes, el sistema adquiere una sucesión de posiciones en el marco de referencia de localización mientras un transductor de campo de referencia se mueve sobre un contorno bien definido en la anatomía del paciente. El sistema de ordenador utiliza técnicas automáticas de correspondencia de patrones para encontrar una característica que tenga un contorno que incluya un conjunto de localizaciones en el marco de referencia de imagen que pueda ser mapeado al conjunto de localizaciones en el marco de referencia de localización por una transformación de cuerpo rígido. De nuevo, son bien conocidas en la técnica varias técnicas para encontrar puntos de correspondencia en ambos marcos de referencia y para derivar una transformación entre los marcos de referencia de localización y de imagen.

A continuación, se monta el transductor de campo de referencia en un punto en el exterior del pecho del paciente, que se mueve durante la respiración. Por ejemplo, el transductor de campo de referencia puede adherirse o suturarse en su lugar sobre una de las costillas del paciente. Aunque el paciente permanece en posición sobre una mesa, el paciente respira normalmente y por lo tanto el transductor de campo de referencia se mueve cíclicamente en un movimiento que se corresponde con las distintas fases del ciclo respiratorio. Por lo tanto, la localización del transductor de campo de referencia varía con el tiempo. El ordenador, cooperando con la unidad de transmisión y recepción de campo y con los transductores de campo externo monitoriza continuamente la posición del transductor de campo de referencia. El ordenador rastrea la posición del transductor de campo de referencia en el tiempo y genera un gráfico de la posición del transductor de campo de referencia en una dirección seleccionada respecto al tiempo. En la práctica, el gráfico consiste en una serie de números que indican la localización del transductor de campo de referencia a lo largo del eje seleccionado en distintos momentos. El eje seleccionado para el seguimiento puede ser un eje vertical (hacia y desde la mesa) y por lo tanto hacia y desde la espalda del paciente; un eje horizontal transversal al eje longitudinal (cabeza a pie) del paciente o un eje con un ángulo arbitrario entre el vertical y el horizontal.

El ordenador selecciona posiciones extremas sucesivas en el gráfico. Por ejemplo, cuando la localización representada por el gráfico es una localización en un eje vertical que se corresponde al movimiento hacia y desde la espalda del paciente, se puede actuar el ordenador para que seleccione mínimos sucesivos de tal localización, es decir, los puntos en los cuales el transductor de campo de referencia está más cercano a la espalda del paciente. Alternativamente, cuando la localización representada por el gráfico es una localización horizontal, se puede actuar el ordenador para que seleccione el mínimo en el gráfico que se corresponde a las localizaciones en las cuales el transductor de campo de referencia se encuentra más cercano al eje central del paciente. Estos mínimos se pueden encontrar por técnicas de programación de ordenadores convencionales para seleccionar valores mínimos locales en una secuencia de números. Las técnicas numéricas de esta naturaleza son bien conocidas en las técnicas de programación y se encuentran disponibles en muchos paquetes de software matemático estándar. El mínimo representa el punto de inspiración mínimo en el ciclo respiratorio del paciente, como se ha discutido más arriba.

El valor de la localización en mínimos sucesivos puede no ser exactamente el mismo. Sin embargo, para un paciente que respire normalmente, todos los mínimos tendrán valores cercanos entre si. De esta manera, el ordenador calcula un valor medio que representa la localización media de los distintos mínimos sucesivos. A continuación, el sistema aplica una tolerancia preseleccionada o desviación máxima. Cuando la localización del transductor de campo de referencia se desvía del valor medio una cantidad menos de una tolerancia predeterminada, el sistema trata al paciente considerando que se encuentra en el punto de inspiración mínimo del ciclo respiratorio. De esta manera, monitorizando el ciclo respiratorio, el sistema establece un estado respiratorio particular que se corresponde a un extremo de movimiento del transductor de referencia que se encuentra en la respiración normal.

En uso, el médico hace avanzar el extremo distal de la sonda en el sistema respiratorio del paciente de la manera convencional. Típicamente, se hace avanzar el extremo distal de la sonda a través de una vía respiratoria, por ejemplo, a través de la laringe y de la traquea, al interior de los bronquios. El ordenador, unidad de transmisión y recepción de campo y transductores de campo externo cooperan con el transductor de campo de sonda para determinar la posición del transductor de campo de sonda y por lo tanto, la posición del extremo distal de la sonda en el marco de referencia de localización definido por los transductores de campo externo, y coopera con el transductor de referencia para determinar su posición. Cuando la posición del transductor de referencia se encuentra dentro de la tolerancia predeterminada de la localización de inspiración mínima media, el ordenador captura la localización del transductor de campo de sonda y del extremo distal de la sonda en el marco de referencia de localización definido por los transductores de campo externo. De esta manera, el ordenador captura la localización del extremo distal de la sonda cuando el paciente se encuentra en el estado inspiratorio mínimo.

El ordenador transforma la localización del extremo distal de sonda en el marco de referencia de la imagen y prepara una visualización compuesta que incluye, al menos, una porción de la imagen y una representación de la sonda superpuesta sobre la imagen. Por ejemplo, la imagen mostrada en el tubo de rayos catódicos puede incluir una representación de la porción de la vía respiratoria junto con una representación del extremo distal de la sonda. La imagen también incluye una representación del tejido objetivo, en este caso una lesión exterior a la vía respiratoria pero adyacente a la misma. Preferiblemente, la imagen mostrada es una vista en perspectiva, de manera que el médico pueda percibir fácilmente la relación espacial entre el extremo distal de la sonda y el tejido objetivo. El sistema también puede generar una línea o flecha en la imagen mostrada, que muestra la trayectoria desde la punta distal de la sonda al objetivo. El médico puede utilizar la información mostrada en la imagen presentada para llevar el extremo distal de la sonda a aplicación con el objetivo, por ejemplo, el médico puede llevar el extremo distal del cuerpo de sonda para que se aplique a la vía respiratoria adyacente al objetivo y puede hacer avanzar la aguja de biopsia a su posición extendida y de esta manera, perforar la pared de la vía respiratoria y aplicarse al objetivo.

Debido a que la localización del extremo distal de la sonda solamente es capturada cuando el paciente se encuentra en el mismo estado respiratorio que se ha utilizado en la adquisición de imágenes, la posición adquirida del extremo distal de la sonda, transformada en el marco de referencia de la imagen, representa con precisión la posición relativa del extremo distal de la sonda y de los tejidos circundantes. El paciente continúa respirando mientras se hace avanzar la sonda en la vía respiratoria. Se adquiere una nueva posición de la sonda en cada ciclo respiratorio cuando el paciente alcanza el estado de inhalación mínimo. Cada vez que se adquiere una nueva posición de sonda, la visualización mostrada en la pantalla CRT se revisa para que se conforme a la nueva posición de sonda. De esta manera el médico puede monitorizar el progreso del extremo distal de la sonda hacia el tejido objetivo. El médico puede alinear con precisión la sonda con el tejido objetivo.

El procedimiento discutido más arriba puede variarse de muchas maneras. Por ejemplo, se puede ajustar el ordenador para que encuentre la localización media de la inhalación máxima del ciclo respiratorio del paciente, y se puede adquirir la imagen en un estado de inhalación máxima similar. En una variante adicional, el ordenador puede seleccionar un eje arbitrario para trazar el movimiento del transductor de referencia de manera que el eje se alinee con la dirección principal de movimiento del transductor de campo de referencia durante la respiración. Por ejemplo, el ordenador puede rastrear en primer lugar la localización del transductor de campo de referencia utilizando un eje horizontal, vertical u otro preseleccionado para encontrar el máximo y el mínimo en la localización sobre ese eje. A continuación, el ordenador puede calcular el tiempo promedio entre máximos sucesivos o mínimos sucesivos. Ese tiempo se corresponde al periodo del ciclo respiratorio. A continuación, el ordenador puede probar varias parejas de localizaciones, incluyendo cada una de ellas un punto retrasado temporalmente un periodo completo desde otro punto. A continuación, el ordenador puede calcular la distancia en un espacio en tres dimensiones entre cada pareja de puntos. La pareja de puntos que tenga la mayor distancia se mantiene a lo largo de la dirección principal del movimiento del transductor de campo de referencia durante el ciclo respiratorio. A continuación, el ordenador puede trazar la localización a lo largo de esta dirección con respecto al tiempo.

Se puede adquirir la imagen cuando el paciente se encuentra en un estado respiratorio anormal, tal como una exhalación forzada máxima obtenida por forzar deliberadamente la exhalación con el esfuerzo voluntario máximo, o con una instalación forzada máxima obtenida forzando deliberadamente la inhalación máxima con un esfuerzo voluntario máximo. En este caso, el estado utilizado durante la adquisición de imágenes no se producirá durante un ciclo respiratorio normal. Por el contrario, se instruye al paciente para que repita el estado mientras el sistema monitoriza la localización del transductor de campo de referencia. Después de que el paciente haya repetido el estado en una o más pruebas, el sistema registra la localización del transductor de referencia en este estado, o la localización media obtenida en varias pruebas. Mientras el médico está haciendo avanzar la sonda en el sistema respiratorio, se instruye al paciente periódicamente para que repita el mismo estado. El sistema adquiere la imagen cuando el paciente está aguantando su respiración en el estado respiratorio deseado. También se puede utilizar un estado respiratorio arbitrario, tal como un estado intermedio entre la inhalación máxima y mínima en un ciclo respiratorio normal. Sin embargo, el paciente típicamente no podrá reproducir un estado arbitrario de este tipo de manera precisa. De acuerdo con una realización adicional de la invención, cuando se utiliza, el sistema puede proporcionar directrices al paciente y al médico para ayudar a duplicar un estado respiratorio arbitrario. De esta manera, si el transductor de referencia se monta en el paciente antes del procedimiento de captura de imágenes, y si el transductor de campo de referencia es visible en la imagen, la posición del transductor de campo con relación a los puntos identificables en el cuerpo, tal como la espina escapular o esternón variará con el estado respiratorio del paciente. Por ejemplo, si se monta el transductor de campo de referencia en las costillas, el transductor de campo se moverá hacia fuera, separándose del eje central del cuerpo cuando el paciente inhala. Cuando el paciente se coloca sobre la mesa próximo a los transductores de campo externo, el sistema puede rastrear la localización del transductor de campo de referencia de la manera que se ha discutido más arriba. La posición del transductor de campo de referencia puede ser transformada en el marco de referencia de la imagen. Si el paciente se encuentra en el mismo estado respiratorio que se utilizó en la captura de la imagen, la posición del transductor de campo de referencia en el marco de referencia de la imagen se superpondrá a la representación del transductor de campo de referencia en la imagen. En una variante adicional, se pueden fijar al paciente dos o más transductores de referencia en localizaciones que se mueven hacia o desde una a la otra durante la respiración. El sistema puede rastrear la distancia entre los transductores de referencia como una medida del estado de respiración.

El médico puede utilizar la información respecto al estado respiratorio proporcionado por el transductor o transductores de referencia para proporcionar reinformación al paciente, por ejemplo, instruyendo al paciente para inhale o exhale ligeramente para ajustarse mejor al estado respiratorio utilizado durante la captura de las imágenes. Alternativamente, se puede controlar automáticamente un respirador mecánico para conseguir la superposición entre la posición de referencia del transductor de campo de referencia como está determinada por el aparato de transmisión y recepción de campo y la posición mostrada en la imagen. De esta manera, se puede disponer el respirador para que proporcione sustancialmente una respiración normal seguida por periodos de aguante de respiración forzada e inflado de los pulmones en la extensión necesaria para que se corresponda con la posición capturada en la imagen.

En los procedimientos que se han discutido más arriba, se hace avanzar la sonda a través de la vía respiratoria. Sin embargo, se pueden obtener las mismas ventajas en procedimientos cuando se hace avanzar la sonda a través de la piel o a través del tracto intestinal, a otros órganos afectados por el movimiento debido a la respiración.

Puesto que se pueden utilizar estas y otras variaciones y combinaciones de las características que se han discutido más arriba sin separarse de la amplitud de la presente invención, la descripción que antecede de la realización preferente se debe tomar a título ilustrativo en lugar de serlo a título limitativo de la invención definida por las reivindicaciones.

Aplicación industrial

La presente invención se puede aplicar en procedimientos médicos y veterinarios.

Claims

1. Aparato para efectuar un procedimiento médico en el ciclo respiratorio de un paciente, que comprende:

(a): un medio para adquirir una imagen del paciente en un marco de referencia de imagen mientras el paciente se encuentra en un estado respiratorio seleccionado, siendo el citado estado respiratorio seleccionado una etapa del ciclo respiratorio normal del paciente;

(b): una sonda adaptada para insertarse en el sistema respiratorio del paciente, una herramienta médica intracorporal y un transductor de campo de sonda;

(c): un conjunto de transductores de campo externo adaptados para definir un marco de referencia de localización, estando conectados los citados transductores a un dispositivo de transmisión y recepción de campo y a un ordenador, en el que se disponen el ordenador, el dispositivo de transmisión y recepción de campo y los transductores de campo externo para que cooperen con el transductor de campo de sonda para determinar la disposición de la sonda en el marco de referencia de localización; y

(d): un transductor de campo de referencia el cual, cuando se encuentra en uso, se despliega en el exterior del cuerpo del paciente en una posición que se mueve durante la respiración y está conectado al dispositivo de transmisión y recepción de campo, en el que se disponen el ordenador, el dispositivo de transmisión y recepción de campo y los transductores de campo externo para cooperar con el transductor de campo de referencia para determinar su disposición en el marco de referencia de localización;

en el que el ordenador está adaptado para:

: transformar al menos una de las imágenes y la disposición de la sonda en el citado marco de referencia de localización para colocar la imagen y la disposición de la sonda en un marco de referencia común;

: mostrar la citada imagen del paciente habiendo una representación de la sonda que se encuentra superpuesta a la misma en una localización que se corresponde a la disposición de la sonda en el marco de referencia común;

: detectar cuando el paciente se encuentra en el citado estado respiratorio seleccionado monitorizando la posición del transductor de campo de referencia;

: establecer una posición del citado transductor de campo de referencia que se corresponda a la citada etapa seleccionada del ciclo respiratorio monitorizando la posición del transductor de campo de referencia en una pluralidad de ciclos respiratorios y encontrando una posición extrema del transductor de campo de referencia que se produce en cada ciclo.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la citada posición extrema se corresponde a la expiración mínima.

3. El aparato de la reivindicación 2 o de la reivindicación 3, en el que el citado ordenador está adaptado para detectar cuando el paciente se encuentra en la citada etapa seleccionada determinando si la posición del transductor de campo de referencia se corresponde a la citada posición extrema con una tolerancia preseleccionada.

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la sonda está adaptada para que sea avanzada en el interior de una vía respiratoria.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que la sonda está adaptada para hacer pasar una parte de la sonda a través de la pared de la vía respiratoria y tomar muestras o tratar tejidos en un objetivo situado dentro de los tejidos que rodean a la citada vía respiratoria.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el que la citada sonda incluye un endoscopio y una aguja y está adaptada para hacer avanzar el endoscopio hasta que el endoscopio se encuentre situado en la pared de la vía respiratoria adyacente a la localización objetivo, y a continuación, hacer avanzar la aguja a través de la pared de la vía respiratoria.

7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la citada imagen incluye una pluralidad de puntos identificables en el cuerpo del paciente.

8. El aparato de la reivindicación 7, en el que los citados puntos identificables incluyen un punto en el omóplato o en el esternón.

9. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el citado ordenador está adaptado para transformar la disposición de la sonda en el marco de referencia de imagen.

10. El aparato de la reivindicación 9, cuando depende de la reivindicación 4, en el que se dispone el ordenador para que muestre una imagen de la vía respiratoria y de los tejidos circundantes de manera que la posición de la citada sonda y la trayectoria para mover la citada sonda para que se aplique a la citada localización objetivo se pueda visualizar viendo la imagen mostrada.