Dispositivo e método de medição utilizando fotogrametria computadorizada

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1102907-2 A2
  • Data do depósito:
  • 26/07/2011
  • Data da publicação:
  • 05/08/2014
Inventores:
  • Classificação:
  • A61B 5/103
    Medi??o com finalidades de diagn?stico; Identifica??o de pessoas; / Dispositivos para detec??o, medi??o ou registro para verificar a forma, padr?o, tamanho ou movimento do corpo ou suas partes para fins de diagn?stico;
    ;
    G01C 1/04
    Medi??o de ?ngulos; / Teodolitos; / combinados com c?meras;
    ;

DISPOSITIVO E MÉTODO DE MEDIÇÃO UTILIZANDO FOTOGRAMETRIA COMPUTADORIZADA A matéria tratada refere-se a um dispositivo e a um método para a identificação das alterações vertebrais, utilizando os três planos espaciais. Especificamente, quantifica e qualifica a escoliose através da fotogrametria computadorizada com a utilização de marcadores anatômicos de superfície tipo vetor (MASV). É um método não invasivo; ou seja, livre de radiação. Também, é portátil e de baixo custo. Além disso, as medições realizadas por esse método utilizam a mesma grandeza do método convencional de Cobb, sem a necessidade de um sistema de conversão entre as unidades de medida.

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“DISPOSITIVO E MÉTODO DE MEDIÇÃO UTILIZANDO FOTOGRAMETRIA

COMPUTADORIZADA”

A matéria tratada refere-se a um dispositivo e a um método para a identificação das alterações vertebrais, utilizando os três planos espaciais. Especificamente, quantifica e qualifica a escoliose através da fotogrametria computadorizada com a utilização de marcadores anatômicos de superfície tipo vetor (MASV). É um método não invasivo; ou seja, livre de radiação. Também, é portátil e de baixo custo. Além disso, as medições realizadas por esse método utilizam a mesma grandeza do método convencional de Cobb, sem a necessidade de um sistema de conversão entre as unidades de medida.

A escoliose é o tipo mais comum de deformidade da coluna vertebral, ocorrendo em aproximadamente 2 a 37 das crianças entre 10 e 16 anos de idade. Os raios-X, associado ao método de Cobb, é o procedimento padrão para mensurar e acompanhar a progressão da escoliose. Desde então, constitui-se no principal mecanismo de mensuração da curva escoliótica (Bradford, D.S.; Lonstein, J.E.; Moe, J.H.; Ogivie, J.W.; Winter, R.B. Escoliose e outras deformidades da coluna: O livro de Moe. 2ed. São Paulo: Santos, 1994).

O método consiste na medida do ângulo formado pela interseção de duas retas perpendiculares às tangentes da margem superior da vértebra terminal superior e a margem inferior da vértebra terminal inferior da curva apresentada pela coluna vertebral (Mcalister, W.H.; Shackelford, G.D. Measurement of spinal curvatures. Radiology Clinicai North American, 13, 113121, 1975).

A patente EP1815789, intitulada “Improved system for diagnostic determination and consequent treatment of various pathologies by means of a combination of postural, pressure and photographic measurements” refere-se a um sistema para a determinação do diagnóstico e do tratamento de várias patologias através da combinação de pressão da postura e medidas fotográficas. Esta patente, apesar de também possuir uma plataforma para o posicionamento do paciente, utiliza-a com um objetivo diferente: o de medir a força aplicada pelos seus pés. Além disso, as medidas fotográficas citadas não estão relacionadas à qualificação da escoliose.

A patente DE202009017401, intitulada “Three dimensional-detection device for optical detection of spatial shape of e.g. legs, of human bodies, in medicai industry, has Computer determining parameters of heads based position and shape of light traces on partial surface” refere-se a um dispositivo que transmite imagens durante a rotação de um prato o qual o paciente está posicionado e as envia para um computador que as registra. Apesar de o dispositivo possuir uma plataforma para o posicionamento do paciente, a maneira com a qual a obtenção das imagens é feita é diferente do modelo proposto, além de não haver nenhum método de qualificação de escoliose.

A patente US4598717, intitulada “Apparatus for clinically documenting postural vices and quantifying loads on body segments in static and dynamic conditions”, relata um dispositivo composto por uma plataforma e um conjunto de câmeras utilizadas para realizar uma análise do paciente. Porém, o método previsto não utiliza os mesmos princípios do método convencional de Cobb e não há a capacidade de identificação tridimensional de alterações vertebrais.

A patente RU202009017401, intitulada “Method for predicting scoliotic vertebral deformations”, refere-se a um método para diagnóstico de escoliose através de um scanner. Diferentemente da matéria tratada, não há utilização dos marcadores anatômicos de superfície do tipo vetor. Portanto, não existe a capacidade de identificar tridimensionalmente as alterações vertebrais. Comparativamente à matéria tratada, essa incapacidade de identificar tridimensionalmente as alterações vertebrais é também encontrada na patente JP63016208, intitulada “Display method for surface shape”, que utiliza o mesmo princípio de marcadores adesivos para o diagnóstico de escoliose.

As patentes JP2006192104,    W02009116340 e JP2010259452

intituladas, respectivamente, “Image measuring device and image measuring method”, “Image measuring apparatus, medicai image system and program" e “Diagnostic imaging support apparatus and diagnostic imaging support method”, referem-se a softwares que fazem a medição de ângulos entre duas linhas retas, podendo ser usados para a qualificação da escoliose através do método de Cobb. Entretanto, essa medição é feita com o uso das radiografias; causando uma freqüente exposição dos pacientes a radiação.

A patente RU2392855, intitulada “Method of digital diagnostics of vertebral deformations”, refere-se a um método para diagnóstico de alterações vertebrais através da análise de imagens feitas com o auxílio de marcadores posicionados nas vértebras do paciente. Apesar de esse método assemelhar-5 se à matéria tratada, quando se trata da utilização de marcadores, há uma diferenciação pelo fato de eles não serem do tipo vetor; não havendo, portanto, a capacidade de identificação tridimensional de alterações vertebrais.

A patente US20100315424, intitulada “Computer graphic generation and display method and system”, refere-se a um método computacional para a 10 geração de imagens tridimensionais de um objeto com a utilização de sensores, de lasers ou de dispositivos fotográficos, que identificam marcadores posicionados na superfície a ser digitalizada. No entanto, essa patente não está relacionada ao diagnóstico de doenças.

Alguns problemas relacionados ao método de Cobb foram expostos em 15 vários estudos científicos. Entre eles está a exposição excessiva de indivíduos jovens à radiação ionizante (aproximadamente 10,8 cGray). Outro problema é o limite de tolerância relacionado às variações inter e intra observadores dessa medida (4o a 7o, conforme a fonte) e, ainda, a incompleta correlação entre o ângulo de Cobb e outros aspectos da escoliose. Além disso, soma-se o alto 20 custo dessa tecnologia (Pruijs JEH, Hageman MAPE, Keessen W., Van der Meer R, Van Wieringen JC. Variation in Cobb angle measurements in scoliosis. Skeletal Radiology, v.23, P.517-520, 1994).

O Spinal Mouse System é um dispositivo de análise da coluna por meio de ultrassom. Entretanto, além do custo elevado, o contato com a superfície 25 irregular pode gerar distorções nos resultados.

O Ortelius 800TM é um dispositivo de medida angular da escoliose. O mesmo mostrou uma diferença absoluta até mais ou menos 5o para medidas no plano coronal em curvas escolióticas suaves e médias. Entretanto, os autores consideram como fator limitante do método a remoção cirúrgica ou 30 alteração dos processos espinhosos, além de apresentar poucos resultados em indivíduos com alto índice de massa corporal.

A técnica de Foto-topografia de “moiré” é a mais utilizada entre os pesquisadores. Apesar do baixo custo, essa técnica possui a característica de ser não-invasiva e de representar a mudança estética da escoliose. No entanto, ela não tem sido amplamente aceita e incorporada como rotina na avaliação clínica dessa deformidade. Um dos motivos pode estar no caráter abstrato das imagens e sua difícil interpretação, além de não apresentar uma correlação direta com o ângulo de Cobb.

Tradicionalmente, a curva tipo escoliose da coluna vertebral tem sido acompanhada, quantitativamente, pelo método de Cobb ao raio-X; e, qualitativamente, por exames físicos baseados na visão do examinador. O método de Cobb, usado na prática clínica há sete (7) décadas, tem sido amplamente questionado na literatura. Em primeiro lugar, por ser um método invasivo, onde há acúmulo de radiação ionizante; o que aumenta a probabilidade de desenvolvimento de câncer em seus usuários. Em segundo lugar, pela incidência de erro intra e inter-observador, comprovada por alguns estudos. Por outro lado, os métodos físicos, amplamente utilizados e baseados na visão do examinador, são questionados por sua baixa precisão e dificuldade na documentação dos achados e a comparação de exames subseqüentes.

A metodologia proposta vem de encontro aos novos conceitos diagnósticos, onde se buscam métodos avaliativos não invasivos. Nesse sentido, a fotogrametria computadorizada vem agregar nova tecnologia diagnostica às Ciências Médicas. Ela aborda a análise quantitativa, com a medida do ângulo da deformidade utilizando um método correlacionado ao método de Cobb, sem necessidade de conversões; que não possui precedente na literatura. Além disso, o novo método permite o diagnóstico qualitativo da deformidade, substituindo a análise física, com alto índice de precisão. Destaca-se, ainda, a possibilidade de investigação de muitos pacientes num curto período de tempo e a documentação dos exames achados para comparação de exames subseqüentes.

LISTA DE FIGURAS

A Figura 1(a) mostra um esquema do marcador anatômico de superfície tipo vetor (MASV), e a Figura 1(b) mostra a vista esquemática dos marcadores de superfície tipo vetor (MASV).

A Figura 2 mostra a vista em perspectiva do dispositivo para aquisição de imagem digital com plataforma giratória.

A Figura 3 mostra um exemplo de imagem adquirida pelo procedimento proposto.

A Figura 4 mostra um exemplo da imagem adquirida pelo processo proposto, já com as medidas feitas pelo software.

A Figura 5(a) mostra um esquema da medida da curva escoliótica. A Figura 5(b) demonstra as medidas angulares de escoliose pelo método de Cobb. A Figura 5(c) demonstra os triângulos isósceles formados pelos arcos de círculo de cada segmento vertebral.

A Figura 6 mostra uma curva comparativa entre a matéria tratada (Cobb dorsal, linha pontilhada) e o método descrito no Estado da Técnica (Fotogrametria dorsal, linha contínua).

A Figura 7 mostra a medida do ângulo da escoliose torácica de um paciente, usando (A) o método de Cobb, e (B) o método de Fotogrametria Computadorizada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A matéria tratada compreende, pelo menos, uma armação (13) dotada de, pelo menos, um suporte (14, 18) para, pelo menos, uma câmera (6, 7), para aquisição de imagens; uma plataforma giratória (5) com controle de giro para o posicionamento do paciente, que é posicionada sobre uma estrutura fixa (16) situada na parte inferior (15) da armação (13); pelo menos, um quadro (12) de referência de dimensões conectado na armação (13); pelo menos, dezoito marcadores de superfície (Figura 1); meios de transferir a(s) imagem(s) da(s) câmera(s) (6, 7) para um computador (11) e meios para processar as imagens. (Figura 2)

Os arquivos das imagens capturadas pela câmera, já devidamente instalada no micro computador, são transmitidas através de conexões com ou sem fio, como por exemplo conexão USB, WI-FI, Bluetooth, infravermelho ou rádio e armazenadas em um diretório pré-estabelecido no drive do computador. O software de medição busca estes arquivos para proceder às medidas.

A armação (13) compreende, pelo menos, um sistema de regulagem da haste (8, 9,10), sendo preferencialmente três. Esse sistema regula a altura em relação ao solo e a distância em relação ao indivíduo que a câmera ficará. Esse sistema (8, 9 e 10) compreende três hastes. Uma haste horizontal (9) que possibilita movimentação da câmera digital (6) na direção X, e duas hastes verticais (8,10) que possibilitam a movimentação das câmeras digitais (6,7) na direção Z (Figura 2).

A plataforma giratória (5) compreende uma peça (19) de geometria substancialmente cilíndrica e área da base substancialmente discoidal; um eixo central (17), conectado à peça (19) por um lado, e conectado a um motor elétrico pelo outro lado. Esse motor está contido dentro da estrutura fixa (16) que determinará a posição do paciente por meio de um acionamento elétrico do motor; fixado esse à parte inferior (15) da armação (13). A plataforma é acionada eletricamente através de botoeira, possibilitando o seu giro automático de 45° e 60° em relação à posição inicial nas duas direções de rotação (horária e anti-horária)

O marcador anatômico de superfície tipo vetor (MASV), utilizado na fotogrametria computadorizada compreende uma peça de geometria substancialmente cilíndrica, com sua extremidade (1) e corpo (3) de cores diferentes e uma base (4) cuja extremidade seja dotada de uma substância para fixação do mesmo à epiderme do paciente (Figura 1a). Tal qual uma substancia adesiva ou adesivo utilizado em etiqueta gomada convencional.

O dispositivo de medição utilizando fotogrametria computadorizada caracteriza-se pela aquisição e pela transferência de imagem(s) da(s) câmera(s) para o computador (11).

O dispositivo (Figura 2) de medição utilizando fotogrametria computadorizada permite o processamento de imagens. Tal processamento é dado pela aquisição das imagens da câmera pelo computador, onde as imagens são processadas por um software de medição, especificamente preparado para esse fim. O protocolo de fotogrametria computadorizada na quantificação angular da escoliose consiste na análise quantitativa de imagens digitais utilizando um software de medição. Os arquivos das imagens capturadas pela câmera, já devidamente instalada no microcomputador, são transmitidas e armazenadas em um diretório pré-estabelecido no microcomputador. O software de medição busca esses arquivos para proceder às medidas.

Primeiramente, procede-se à palpação e à marcação dos processos espinhosos das vértebras C7 a L5, utilizando marcadores de superfície MASV, representados pela Figura 1(a), especialmente projetados para esse fim. Os marcadores são estruturas substancialmente cilíndricas, com uma das extremidades marcadas com cor amarela (1), não limitante, de corpos constituídos por pelo menos duas cores diferentes (2 e 3), sendo sua maior parte (3) uma cor que delimita essa região das demais partes do marcador; e com uma base (4), a qual deve conter alguma substância capaz de se fixar no corpo do paciente, conforme pode ser visualizado na Figura 1(b).

Em seguida são coletadas, com a utilização do dispositivo mostrado na Figura 2, imagens do paciente, de modo que esse permanece em posição ortostática sobre a plataforma giratória (5). Essa plataforma giratória (5), ligada à estrutura (16), através do eixo (17), possui um controle automático de posicionamento, feito através de um motor elétrico contido na estrutura (16). A estrutura está fixada sobre a estrutura inferior (15), ligada à armação (13). As imagens são captadas por, pelo menos, uma câmera (6 e 7) e a padronização das distâncias pode ser feita através de um sistema de regulagem dos braços (8, 9, 10 e 14), do controle automático de posicionamento da plataforma (5) e através do quadro de referência de dimensões (12).

Por fim, as imagens são importadas para um software de medição (11), por meio de um sistema integrado câmera-computador. O software possui a capacidade de identificar pontos relacionados aos marcadores, de cores específicas, e de executar medições pré-estabelecidas, indicando graficamente os resultados sobre a imagem. Essa medição compreende duas fases de fotointerpretação. A 1a fase consiste na identificação da vértebra apical e da vértebra limite superior da curva escoliótica. Esse procedimento é realizado traçando duas linhas verticais, uma tangenciando a face convexa da curva e outra passando pelo eixo vertical de C7, conforme evidenciado na Figura 3. A vértebra apical é a vértebra mais afastada do eixo vertical de C7 e, geralmente, aquela que apresenta maior rotação de seu corpo; o que é visualizado pela mudança espacial do corpo do vetor. A vértebra limite superior é a primeira vértebra a sair do alinhamento vertical de C7 e a sofrer rotação. A 2a fase da fotointerpretação consiste na medição angular, no eixo Y, de cada vértebra envolvida no semi-arco identificado entre a vértebra limite superior e a vértebra apical, medição essa gerada pelo software. O somatório dos ângulos que compõem esse semi-arco é considerado o valor angular da deformidade (Figura 4).