Descripción

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema para la autolocalización de un módulo en posición, orientación y rotación a partir de una tomografía computerizada, presentando unas características técnicas que mejoran sistemas y módulos de similar uso existentes en el mercado y todo aquello que forma parte del estado de la técnica correspondiente.

Sector de la técnica

El sector de la técnica de esta invención corresponde al tratamiento y/o generación de datos de imagen, en particular el análisis de dichas imágenes mediante distintas técnicas comparativas.

Estado de la técnica

La detección de objetos insertados en cuerpos físicos naturales o artificiales es una de las necesidades habituales en diversas disciplinas del conocimiento y actividades técnicas, en particular para establecer las coordenadas de posición, orientación y rotación de tales objetos. A título de ejemplo, el sector odontológico necesita situar y fijar de forma segura la posición de implantes dentales, fabricados con materiales biocompatibles y asentados mediante rosca sobre la base del hueso. La misma necesidad concurre en otras disciplinas médicas para valorar afectaciones en diferentes órganos, revisar implantes o verificar dispositivos insertados en el cuerpo humano destinados a controlar el correcto funcionamiento de ciertos órganos y es extensiva a otras áreas del conocimiento como pueden ser la biología, la arqueología o la oceanografía en las que es preciso explorar cuerpos artificiales o físicos para localizar piezas que puedan estar parcial o totalmente ocultas.

Existen en la actualidad diferentes técnicas para conseguir tales objetivos, algunas desarrolladas en diferentes documentos legales. La patente US20140377714 se refiere a un “cuerpo de escaneo para determinar la posición y orientación de un implante dental”, el cual incluye “una parte de base que comprende una interfaz, que incluye una región de exploración tridimensional que comprende al menos cuatro áreas de exploración diferentes, que incluye una región de transición axialmente entre la exploración de la región y la interfaz, además de incluir un tornillo de fijación para fijar el cuerpo de exploración en el implante."

El documento W02007074201 desarrolla una “Mini cámara gamma autónoma que incluye un sistema de localización para uso intraquirúrgico” que se base en “cristales de centelleo y comprende un módulo independiente, es decir, todos los sistemas necesarios se han integrado junto al cabezal del sensor y no se requiere ningún otro sistema. La cámara se puede conectar en caliente a cualquier computadora utilizando diferentes tipos de interfaz, como para cumplir con las especificaciones de grado médico. La cámara puede ser autoalimentada, puede ahorrar energía y permite que el software y el firmware se actualicen desde Internet y que las imágenes se formen en tiempo real. A cualquier detector de rayos gamma basado en cristales de centelleo continuo se le puede proporcionar un sistema para enfocar la luz de centelleo emitida por el rayo gamma para mejorar la resolución espacial. La invención también se refiere a nuevos métodos para localizar objetos emisores de radiación y para medir variables físicas, basados en punteros de emisión radioactiva y láser.” El documento WO2016102721 se refiere a un “método y sistema de localización espacial de un objetivo en un entorno tridimensional que comprende al menos un marcador luminoso comprendiendo: - una cámara estéreo para capturar una primera trama de imagen en un instante actual y una segunda trama de imagen en un instante anterior; - un módulo de medida de ángulos para obtener un ángulo de giro del objetivo y un procesador de señales con acceso a una memoria de almacenaje de radios” utilizando técnicas triangulación, de geometría estéreo y coordenadas de imagen del marcador en el instante actual y en el anterior. La patente europea EP1501051A2 se refiere a un “método y aparatos de detección de posición y orientación”, en el cual se produce “una señal que indica un cambio en la posición de un aparato sensor de imagen para predecir la posición actual y la orientación del aparato sensor de imagen utilizando la posición y orientación previamente obtenidas, identificando los pares correspondientes de indicadores detectados a partir de una imagen en el espacio real detectado por el aparato de detección de imagen e indicadores contenidos en una imagen cuando se detecta desde una posición y orientación predichas y utilizando un método de corrección determinado por el número de pares de indicadores identificados para corregir todos o algunos de los grados de libertad del predicho Posición y orientación de la cámara o para utilizar la posición y orientación de la cámara predicha directamente como está.” La patente AU 2008296518 desarrolla un “sistema y un método para la medición 3D de la forma de los objetos materiales mediante una triangulación de luz estructurada sin contacto. El sistema incluye un proyector de luz para proyectar un patrón de luz estructurado sobre la superficie de cualquier objeto y una cámara para capturar una imagen del patrón de luz estructurado que actúa sobre la superficie del objeto. El sistema incluye además un módulo informático para determinar la medición 3D de la forma de la superficie del objeto iluminado a través de un algoritmo de triangulación empleado en base a una correspondencia calculada entre la luz estructurada proyectada y la imagen capturada. La luz estructurada incluye elementos codificados que se encuentran dentro de los planos que pasan a través de los vértices de las áreas de proyección central del proyector y la cámara, también que pasan a través del espacio del objeto que se está midiendo.” La patente US9829564, que se refiere un “detector para detectar ópticamente al menos una coordenada longitudinal de un objeto mediante la determinación de un número de píxeles iluminados”.

En los antecedentes citados se describen diversos avances en técnicas de localización de piezas ocultas, utilizando sistemas de localización bien mediante puntos de luz, bien mediante el cálculo de diferentes parámetros tridimensionales. Sin embargo, las técnicas utilizadas pueden, en ciertos casos, no garantizar la exactitud de la posición de la pieza oculta puesto que la misma no es sino un objeto que carece en sí mismo de parámetros que permitan su localización de forma inequívoca.

Los solicitantes no tienen conocimiento de que exista un módulo que sea autolocalizable en posición, orientación y rotación ni de un sistema que permita tal localización a partir de una tomografía computerizada.

Objeto de la invención

Así pues, el objeto de esta invención es un sistema para la autolocalización de un módulo en posición, orientación y rotación a partir de una tomografía computerizada de cualquier tipo (CT, CBCT, etc....).

Este sistema comprende una parte física y un soporte de software matemático que trabaja con coordenadas geométricas conocidas de la parte física. La parte física se concreta en un módulo a modo de pieza de configuración no definida caracterizada por estar interiormente perforada formando un orificio o cavidad abierta por ambos extremos, regular o irregular, presentando dicho orificio o cavidad una inclinación y/o forma predeterminadas y conocidas, y que permiten indicar la posición, orientación y rotación determinada de la pieza en donde se encuentra dicho orificio o cavidad.

Este orificio o cavidad abierta puede estar vacía, conformando una oquedad o bien contener un material de relleno según necesidades del módulo o pieza.

En el software matemático que interviene en la autolocalización del módulo concurre un sistema informático de reposicionamiento o “best fit” de un patrón de puntos correspondiente a la inclinación y/o forma al orificio o cavidad abierta, lo que permite localizar y posicionar dicho módulo, así como su orientación y rotación mediante una tomog rafia.

Se trata, en definitiva, de aplicar un software matemático predeterminado que permite una reconstrucción tomográfica del módulo, lo que a su vez implica la autolocalización de dicho módulo a partir del orificio o abierto descrito, cuya inclinación y/o forma son previamente conocidas, siendo de hecho la única parte del módulo geométricamente reconocible a pesar de que la pieza, en sí misma, tenga una configuración desconocida, regular o irregular, y sea de cualquier material.

En su realización preferente, dicho orificio o cavidad abierta, presenta un diámetro constante en toda su longitud y está angulada respecto a la vertical del módulo a localizar, siendo tal angulación de unos grados determinados en función de las necesidades en cada módulo.

Tanto la angulación del orificio o cavidad como la distancia del punto de intersección de la vertical del módulo con el centro del orificio o cavidad, son vectores conocidos, al igual que a forma del susodicho orificio o cavidad.

Dicha angulación está orientada indicando donde se encuentra la cara plana de referencia del módulo, la cual indica la rotación.

Puesto que una de las aplicaciones preferentes de este módulo autolocalizable es en el campo médico y más en particular en la práctica odontológica, se trabaja con el protocolo DICOM (Digital Imaging and Communication On Medicine), apto para la visualización, almacenamiento, impresión y transmisión de las imágenes y datos.

El sistema informático se compone de dos elementos. El primero accede al fichero DICOM, filtra las imágenes por su densidad mostrando únicamente el módulo a buscar, por ejemplo un implante dental, incluyendo todo el módulo completo y con él la cavidad u orificio y posteriormente procede a convertir la imagen en una malla (STL u otro formato).

El segundo realiza un "best fit" de dicha malla con un modelo 3D. Siguiendo el ejemplo del implante, el modelo 3D se compondría de la cavidad u orificio, el eje central del implante de distancia conocida y en la parte superior del implante un poste de escaneo. Al realizar el "best fit" quedaría el poste de escaneo posicionado sobre el implante en posición, orientación por el eje y rotación por la angulación de la cavidad u orificio o por la determinación de un diámetro mayor o menor según convenga de una cavidad u orificio con diámetro evolutivos.

Es decir, para localizar el módulo, se realiza un “best fit” comparativo de la cavidad u orificio (21) (22) y alinea su eje con el eje (5) de la cara plana a localizar (3) u otra distancia conocida, con la distancia exacta conocida hasta la zona de ajuste del módulo (1), determinando informáticamente el eje exacto de dicho módulo (1), de modo que, como se ha indicado, este “best fit” se sitúa en posición por la cavidad u orificio, en orientación por el eje y en rotación por el ángulo de dicha cavidad u orificio (21) (22).

En una segunda realización, el orificio o cavidad no puede ser angulada por las características y/o restricciones del módulo. En el ejemplo de un implante dental, si el mismo es de tamaño pequeño, es posible que el orificio o cavidad deba tener una forma tal que determine diferentes diámetros en diferentes puntos de su estructura, por ejemplo, un orificio o cavidad cónica. En este caso, el orificio o cavidad tiene, pues, un diámetro evolutivo, con lo cual se crea una secuencia de diámetros diferentes entre los extremos y/o en el interior del orificio o cavidad, que igualmente determina la rotación.

El “Best Fit” trabaja con las mismas pautas que concurren cuando el orificio o cavidad está angulada, es decir, el objetivo es distinguir la cara plana del módulo, lo que se consigue al determinar cuál es el diámetro de mayor o menor dimensión según convenga de los que puedan existir en la conformación del orificio o cavidad. En base a todo lo anterior, y por extensión, la posición del módulo a localizar se consigue igualmente justamente gracias a la presencia del orificio o cavidad abierta.

El módulo autolocalizable puede estar insertado en un segundo cuerpo físico artificial o natural oculto, es decir, no visible, como puede ser un implante quirúrgico, o bien estar dicho segundo cuerpo físico expuesto a la vista parcial o totalmente, atornillado en una base no enterrada como puede ser un implante dental que sobresale de la encía o bien atornillado a un objeto que se puede someter a un TAC industrial.

El orificio o cavidad abierto del módulo puede estar relleno de un material en estado sólido, semisólido, pastoso, líquido o gaseoso.

Descripción de los dibujos

Al objeto de facilitar la comprensión de la innovación que aquí se reivindica, se adjuntan una lámina con unos dibujos, los cuales deben ser analizados y considerados únicamente a modo de ejemplo y sin ningún carácter limitativo ni restrictivo.

Figura 1.- Vista esquemática del módulo autolocalizable en posición, orientación y rotación que se reivindica con detalle del orificio o cavidad interior abierta en posición oblicua.

Figura 2.- Vista esquemática en perspectiva del módulo autolocalizable con detalle del orificio o cavidad abierto interior en posición oblicua.

Figura 3.- Vista esquemática del módulo autolocalizable con detalle del orificio o cavidad abierto interior en posición vertical y centrada.

Figura 4 Ejemplo esquemático del orificio o cavidad abierta en angulación respecto a la vertical del módulo.

Figura.5- Ejemplo esquemático del orificio o cavidad abierta no angulada y con secuencia evolutiva de diámetro.

Realización preferente de la invención

De acuerdo con estos dibujos, el objeto de esta invención es un sistema para la autolocalización de un módulo en posición, orientación y rotación a partir de una tomografía computerizada. En las figuras 1 , 2 y 3, este módulo se conforma, a modo de ejemplo, como un poste (1) aplicado a implantes dentales. En las figuras 3 y 5 presenta una segunda conformación (1B). En estas figuras, el módulo autolocalizable se concreta en una pieza (1) con un cuerpo superior (11) prolongado en una tija de anclaje (12), estando el cuerpo superior (11) interiormente perforado con un orificio o cavidad abierto por ambos extremos, (21) (22) con una inclinación y/o forma previamente conocidas. En las figuras 1 y 2, el orificio o cavidad abierto (21) está dispuesto en posición oblicua respecto del mencionado cuerpo superior de la pieza (1) mientras que en la figura 3, el orificio o cavidad abierto (22) se sitúa en posición longitudinal respecto del cuerpo (11) de la pieza (1).

En las figuras 4 y 5 se muestra en detalle el orificio o cavidad angulada o con diámetro evolutivo. En la figura 4 se muestra el orificio o cavidad abierta posicionada de forma angulada (61) respecto a la vertical del módulo (1B) a localizar, con un diámetro determinado constante en toda su longitud mientras que en la figura 5 el orificio o cavidad no está angulada (62) respecto del módulo (1 B) a localizar y se presenta con un diámetro evolutivo y secuencial en toda su longitud, con notables diferencias en su extensión. En ambas figuras se muestra el plano a localizar (3) así como cara módulo de referencia (4) del módulo para la rotación y el eje (5) de la cara plana a localizar (3) u otra distancia conocida.

En cualquiera de estos ejemplos y en cualquier otra configuración del módulo, es decir de la pieza, regular o irregular, conocida o desconocida, la inclinación y/o forma del orificio son previamente conocidas y son la única parte de la pieza geométricamente reconocible, por lo que estos datos constituyen la única información que permitirá que, mediante una tomografía computerizada de cualquier tipo (CT, CBCT, etc....), compilando los datos geométricos que identifican el orificio o cavidad abierto descrito y utilizando tales datos para la reconstrucción tomográfica del mismo en base a un algoritmo matemático de software procesado por ordenador, se determine la posición, orientación y rotación de la susodicha pieza.

En base a lo anterior, es obvio que son las especiales características técnicas del módulo o pieza, es decir, la inclinación y/o la forma de su orificio interior predeterminadas y conocidas, las que convierten a dicho módulo en un cuerpo autolocalizable mediante el sistema descrito. Sin dicho orificio y sin conocimiento de su forma y/o inclinación, localizar el módulo o pieza insertado en un cuerpo físico artificial o natural es mucho más complejo y no garantiza resultados satisfactorios. La posición angulada o no del orificio o cavidad abierta respecto de la vertical del módulo, permiten una mejor localización del mismo mediante el patrón de malla generado por el sistema informático de reposicionamiento o “best fit”, con una mayor rapidez y la consiguiente reducción de costes en el proceso, consiguiendo una imagen altamente resolutiva.

Obviamente, el sistema para la autolocalización de un módulo en posición, orientación y rotación a partir de una tomografía computerizada que se reivindica es funcional en aplicaciones diversas en campos como la medicina, biología, arqueología, entre otras.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.