PROCEDIMIENTO PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE LOS SISTEMAS DE PLANIFICACION DOSIMETRICA Y MANIQUI DE IMAGEN UTILIZADO EN DICHO PROCEDIMIENTO.
Como su propio nombre indica, la invención recoge un procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica,
que tiene por objeto la calibración de dicho sistema de planificación de cara a establecer una relación entre las magnitudes radiológicas del tratamiento y los efectos biológicos que producen dichas radiaciones en los pacientes, y que se estructura en diferentes pasos o etapas en los cuales se utiliza un maniquí (1) de imagen el cual se estructura a partir de dos rodajas (2, 3), que contienen, respectivamente, una serie de figuras geométricas (2'') de volúmenes y dimensiones conocidos, y diferentes insertos (3'') de densidades electrónicas conocidas, de tal forma que se pueda asegurar que el planificador trabaja correctamente con estos parámetros, esenciales a la hora de la posterior dosificación de la radiación en el tratamiento al paciente
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200702112.
Solicitante: SOCIEDAD ESPAOLA DE FISICA MEDICA.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: DELGADO RODRIGUEZ,JOSE MIGUEL, GARCIA VICENTE,FELICIANO, MILLAN CEBRIAN,ESTHER.
Fecha de Solicitud: 27 de Julio de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 28 de Enero de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- A61N5/10B
Clasificación PCT:
- A61B6/00 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA. › A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE. › A61B DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de material biológico G01N, p.ej. G01N 33/48). › Aparatos de diagnóstico por radiación, p. ej. combinados con el equipo de radioterapia (instrumentos para la medida de la intensidad de la radiación de aplicación en el campo de la medicina nuclear, p. ej. en vivo cómputo, G01T 1/161; aparatos para la toma de fotografías de rayos X G03B 42/02).
- A61N5/00 A61 […] › A61N ELECTROTERAPIA; MAGNETOTERAPIA; RADIOTERAPIA; TERAPIA POR ULTRASONIDOS (medida de corrientes bioeléctricas A61B; instrumentos quirúrgicos, dispositivos o métodos para transferir formas no mecánicas de energía hacia o desde el cuerpo A61B 18/00; aparatos de anestesia en general A61M; lámparas incandescentes H01K; radiadores de infrarrojos utilizados como calefactores H05B). › Radioterapia (dispositivos o aparatos aplicables a la vez a la terapia y al diagnóstico A61B 6/00; aplicación de material radiactivo al cuerpo A61M 36/00).
- A61N5/10 A61N […] › A61N 5/00 Radioterapia (dispositivos o aparatos aplicables a la vez a la terapia y al diagnóstico A61B 6/00; aplicación de material radiactivo al cuerpo A61M 36/00). › Radioterapia; Tratamiento con rayos gamma; Tratamiento por irradiación de partículas (A61N 5/01 tiene prioridad).
- G01T1/02 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01T MEDIDA DE RADIACIONES NUCLEARES O DE RAYOS X (análisis de materiales por radiaciones, espectrometría de masas G01N 23/00; tubos para determinar la presencia, intensidad, densidad o energía de una radiación o de partículas H01J 47/00). › G01T 1/00 Medida de los rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas (G01T 3/00, G01T 5/00 tienen prioridad). › Dosímetros (G01T 1/15 tiene prioridad).
Fragmento de la descripción:
Procedimiento para el control de la calidad de los sistemas de planificación dosimétrica y maniquí de imagen utilizado en dicho procedimiento.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento por medio del cual se lleva a cabo un control de calidad de los planificadores utilizados en los tratamientos de radioterapia, así como el maniquí utilizado para el mismo.
Asimismo, el maniquí empleado a tal efecto tiene por objeto la calibración del sistema de planificación de cara a establecer una relación entre las magnitudes radiológicas del tratamiento y los efectos biológicos que producen dichas radiaciones.
Antecedentes de la invención
Actualmente los sistemas de planificación dosimétrica se han convertido en la herramienta más importante disponible para los tratamientos de terapia mediante radiaciones.
Estos tratamientos, sin embargo, aunque muy potentes, son también potencialmente muy peligrosos, pues las dosis de radiación que emiten para la curación de los diferentes tumores y patologías pueden ser también muy perjudiciales, e incluso mortales, en el caso de que bien la dosis no sea la adecuada o bien que ésta esté aplicada en una zona equivocada.
Así, durante muchos años, la preocupación fundamental de los radiofísicos en los servicios de radioterapia ha sido la determinación, de la forma más exacta y precisa posible de la distribución de dosis impartida al paciente con el objetivo final de mejorar los índices terapéuticos, entendiendo como tales la relación entre los índices de curación y los de complicaciones ya que está demostrada la estrecha relación entre efectos biológicos y dosis absorbida.
De esta forma, se han realizado numerosos esfuerzos por establecer criterios de calidad que normalicen los procedimientos del proceso radioterápico.
Estos esfuerzos se han concretado en diferentes normativas y/o directivas en las que se recogen todas las fases de los procesos de radioterapia, empezando por la realización de la historia clínica y siguiendo con la localización, la planificación dosimétrica, la ejecución del tratamiento y, finalmente, el seguimiento del paciente.
Dentro de dichas fases, una de las que más desarrollo ha sufrido en los últimos años ha sido la del cálculo de la dosis absorbida fuera de las condiciones de referencia, en donde se ha pasado de los cálculos "a mano" en donde los niveles de incertidumbre fuera de dichas condiciones de referencia eran muy elevados, a la utilización de sistemas expertos basados en complejos métodos matemáticos.
Sin embargo, a medida que las herramientas de cálculo han ido haciéndose más potentes, también las exigencias han aumentado, por cuanto a medida que se obtienen mayores logros en la determinación de las distribuciones de dosis absorbida, la tecnología de irradiación presenta al usuario nuevas posibilidades cada vez más difíciles de caracterizar mediante un modelo.
Por otro lado, el sistema de planificación ha pasado de ser solo una etapa o fase más del proceso terapéutico, a convertirse en el elemento integrador y organizador de todas las funciones ligadas a dicho proceso, en donde la tecnología informática y la interconexión entre cada una de las unidades que forman parte del proceso han hecho crecer al sistema fuera del ámbito estrictamente ligado al cálculo, lo que hace que deba mantenerse una vigilancia permanente de forma que se minimicen los posibles errores que perjudiquen al mencionado proceso terapéutico. Así, han surgido protocolos o procedimientos de control de calidad que tratan de asegurar que el planificador trabaja correctamente para una máquina tipo.
Sin embargo, estos protocolos generalmente no tienen en cuenta todo el conjunto de acciones que realiza el radiofísico, tanto en los criterios que adopta en el modelado de los parámetros como en todos los procedimientos que utiliza, siendo por lo tanto dependientes de que los datos introducidos para modelar la máquina sean o no correctos.
Descripción de la invención
El procedimiento para el control de la calidad de los sistemas de planificación dosimétrica de la presente invención soluciona los inconvenientes antes señalados, a la vez que se constituye como una poderosa herramienta de control para adecuar las pruebas al proceso más probable con el que va a realizarse la puesta a punto del planifi- cador.
Así, dentro de todo el proceso radioterápico y una vez decidida la indicación del tratamiento, el primer paso es la adquisición de las características propias de la topología del paciente, mediante sistemas de imagen médica multimodal, Tomografía Computerizada (TC) y Resonancia Magnética (RM) en la mayor parte de los casos, con el objetivo de disponer de un paciente virtual en el que diseñar, mediante las herramientas de imagen, la definición de haces y el cálculo de dosis del planificador para el tratamiento más adecuado.
Por lo tanto, para que el tratamiento final sobre los pacientes sea el más adecuado, el procedimiento de la invención controla la calidad del sistema de planificación para asegurar, al máximo posible, que el funcionamiento de dicho sistema de planificación es el adecuado.
En otras palabras, el procedimiento para el control de calidad de la invención trata de validar los planificadores para poder ser usados luego en los pacientes de la forma más efectiva y segura posible.
De esta forma, el procedimiento de control de calidad de geometría e imagen de la invención se deberá aplicar, en general, durante la aceptación del planificador y siempre que se realicen cambios de software o hardware en el mismo que impliquen cambios en estas utilidades.
Para ello, las pruebas que se realizan dentro de dicho procedimiento se efectúan sobre un maniquí denominado maniquí de imagen diseñado para reproducir tanto diferentes densidades como formas y tamaños conocidos de tal forma que se pueda asegurar que el planificador trabaja correctamente con estos parámetros, esenciales a la hora de la posterior dosificación de la radiación en el tratamiento al paciente.
Este maniquí de imagen se estructura a partir de un conjunto de porciones o rodajas de diferentes alturas, que al ser ensamblados produzcan un cilindro o rodaja de altura total igual a la suma de las alturas de los cilindros o rodajas incorporados.
Así, mientras al menos una de las rodajas contiene figuras geométricas de volúmenes y dimensiones conocidos, otra contiene diferentes insertos de densidades electrónicas conocidas que cubran al menos todas las posibilidades de tejido presente en el cuerpo humano y que sean lo suficientemente grandes para que la medida sea buena.
En cuanto al procedimiento para el control de calidad de la invención propiamente dicho, éste comprende una serie de etapas destinadas a comprobar el correcto funcionamiento de las siguientes funcionalidades del sistema de planificación:
- Conversión de números TC a densidad electrónica.
- Herramientas de medida de longitud y de cálculo de volúmenes.
- Definición de contornos externos y segmentación de estructuras anatómicas.
- Generación y manipulación de estructuras 2D reformateadas y 3D.
- Fusión de imágenes.
- Herramientas de auto-margen.
A continuación se describen en detalle cada una de estas etapas, las cuales, debido a la propia filosofía del procedimiento de control de calidad de la invención no necesitan ser aplicadas necesariamente en ese orden, sino que podrán realizarse en aquél que más interese en cada momento.
1.- Conversión de números TC a densidad electrónica
Esta etapa pretende evaluar el procedimiento y resultados de la conversión de números TC a densidad electrónica.
En particular, una imagen TC reconstruida es una disposición regular de píxeles cuya densidad óptica es función del valor relativo del coeficiente de atenuación lineal con respecto al agua medido en un volumen cuya base es el píxel y la altura el espesor de corte, es decir, un "voxel", y donde el valor que se hace equivalente a la escala de grises en la pantalla se denomina número TC o Unidades Hounsfield (HU).
Por definición, el agua tiene un número TC = 0 HU, el aire, que representa la ausencia de atenuación tiene un valor TC = -1000...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica caracterizado porque comprende las etapas de:
- Comprobar el funcionamiento de la herramienta de conversión de números TC a densidad electrónica del planificador;
- Comprobar el funcionamiento de las herramientas de medida de longitud y de cálculo de volúmenes del planificador;
- Comprobar el funcionamiento de la herramienta de definición de contornos externos y segmentación de estructuras anatómicas del planificador;
- Comprobar el funcionamiento de la herramienta de generación y manipulación de estructuras 2D reformateadas y 3D del planificador;
- Comprobar el funcionamiento de la herramienta de Fusión de imágenes del planificador;
- Comprobar el funcionamiento de las herramientas de auto-margen del planificador;
donde dichas etapas, las cuales pueden aplicarse en el orden anteriormente descrito u otro cualquiera en función de las características de cada caso, se efectúan sobre un maniquí de imagen (1) que reproduce diferentes densidades, formas y tamaños conocidos.
2. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de la herramienta de conversión de números TC a densidad electrónica del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Adquirir un conjunto de imágenes de las densidades electrónicas conocidas del maniquí de imagen (1) con el tomógrafo utilizado habitualmente y con los parámetros de adquisición y reconstrucción que se usen en la práctica y determinar en el propio escáner un número TC medio de cada zona de dicho maniquí (1) de imagen.
2.- Hacer llegar estas imágenes al planificador.
3.- Construir el fichero de conversión de números TC a densidad electrónica.
4.- Mediante las utilidades del sistema de planificación extraer de cada zona del maniquí de imagen (1) un número TC medio y la densidad electrónica.
5.- Desde el módulo de planificación comprobar que el sistema utiliza adecuadamente el fichero de conversión de números TC a densidades electrónicas.
6.- Analizar los resultados.
3. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de las herramientas de medida de longitud y de cálculo de volúmenes del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Realización de una tomografía de las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
2.- Procesado de las imágenes a través del sistema de planificación.
3.- Determinación, con las herramientas del sistema, de las coordenadas de los diferentes puntos referenciadas a un origen de coordenadas previamente definido.
4.- Determinación de las distancias entre los puntos en un corte o entre cortes.
5.- Dibujado de los contornos en cada corte de los volúmenes a los que se les ha hecho la tomografía.
6.- Determinación de los volúmenes mediante el sistema de planificación.
7.- Repetición de los pasos anteriores con diferentes espesores de corte.
8.- Análisis de resultados, que comprende:
- a) Comparación de las coordenadas obtenidas con las conocidas del maniquí de imagen (1).
- b) Verificación de la existencia de discrepancias espaciales en los valores de coordenadas.
- c) Verificación del cálculo de distancias del planificador con las conocidas.
- d) Verificación del cálculo de los volúmenes del planificador con los conocidos.
4. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de la herramienta de definición de contornos externos y segmentación de estructuras anatómicas del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Contornear externamente las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
2.- Verificar que las dimensiones son correctas.
3.- Verificar que las diferentes estructuras aparecen contorneadas correctamente.
4.- Medir las diferencias entre lo que se ha contorneado automáticamente y lo que realmente se debería haber contorneado.
5. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de la herramienta de generación y manipulación de estructuras 2D reformateadas y 3D del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Realizar una tomografía de las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
2.- Transferir las imágenes al planificador.
3.- Contornear las estructuras del maniquí.
4.- Reconstruir planos sagitales y coronales que pasen por las estructuras de interés.
5.- Verificar la forma y dimensiones de las estructuras reconstruidas por medio de las herramientas de medida y visualización.
6.- Crear un haz y realizar una reconstrucción 3D a partir de los datos bidimensionales a varios ángulos, imprimir y comparar con la reconstrucción teórica.
7.- Generar una reconstrucción volumétrica de todo el maniquí de imagen (1) y verificar que las formas son correctas y que no se pierden detalles.
8.- Rotar y desplazar dicha reconstrucción verificando que estas operaciones se realizan sin pérdidas de nitidez ni detalle.
9.- Verificar las herramientas de visualización 3D se comportan tal y como especificó el fabricante.
10.- Analizar los resultados comprobando la correspondencia de las formas y dimensiones.
6. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de la herramienta de Fusión de imágenes del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Realizar una tomografía y resonancia magnética de las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
2.- Leer ambos conjuntos de imágenes en el planificador y ejecutar el programa de fusión de imágenes de acuerdo con las especificaciones del fabricante.
3.- Comprobar el nivel de concordancia en los valores de las coordenadas de diferentes puntos testigos seleccionados en cada una de las dos pruebas.
4.- Repetir los pasos anteriores girando las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
5.- Evaluar los resultados: diferencias de tamaños, posición, etc.
7. Procedimiento para el control de calidad de los sistemas de planificación dosimétrica según reivindicación primera, caracterizado porque la etapa de comprobar el funcionamiento de las herramientas de auto-margen del planificador comprende los siguientes pasos:
1.- Realizar el contorneo de las formas y tamaños conocidos del maniquí de imagen (1).
2.- Ejecutar la función auto-margen con valores conocidos con respecto al contorno determinado de manera isótropa.
3.- Realizarlo en un solo corte TC y en la reconstrucción tridimensional.
4.- Anotar los valores de los diámetros dibujados mediante auto-margen y calcular el volumen de la nueva figura.
5.- Repetir las etapas anteriores variando los valores de los márgenes seleccionados de forma anisótropa.
6.- Analizar los resultados comparando sucesivamente los volúmenes generados por la esfera expandida y por el resto de figuras expandidas frente a sus valores teóricos correspondientes.
8. Maniquí (1) de imagen utilizado en el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque se estructura a partir de dos rodajas (2, 3), que contienen, respectivamente, una serie de figuras geométricas (2') de volúmenes y dimensiones conocidos, y diferentes insertos (3') de densidades electrónicas conocidas.
9. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª, caracterizado porque la rodaja (2) comprende:
- - Una esfera (4).
- - Un cono (5).
- - Un tronco de pirámide (6).
10. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 9ª, caracterizado porque la esfera (4) es de nylonTM de 40 mm de diámetro, el cono (5) es de nylonTM de 40 mm de base y 60 mm de altura y el tronco de pirámide (6) se de nylonTM de 80 mm de altura, con su base menor de 75,2 mm x 75,2 y la base mayor de 80 mm x 80 mm, correspondientes a una pirámide cuadrangular de 1000 mm de altura.
11. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª, caracterizado porque la rodaja (2) cuenta en una de sus caras con cuatro agujeros (7) de pequeño diámetro equiangularmente distribuidos y por la otra cara cuenta con otros cuatro agujeros (8) de idénticas proporciones y disposición pero girados 45º respecto a los anteriores.
12. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª, caracterizado porque la rodaja (2) cuenta con una altura de 100 mm dentro de la cual se encuentran embebidas las figuras geométricas (2') de volúmenes y dimensiones conocidos.
13. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª, caracterizado porque la rodaja (2) es hueca y rellenable de un líquido o similar.
14. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª, caracterizado porque la rodaja (3) comprende alojamientos cilíndricos huecos (9) para alojar diferentes insertos (3') de densidades electrónicas conocidas.
15. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 13ª, caracterizado porque la rodaja (3) comprende cuatro alojamientos cilíndricos huecos (9) centrados en cada cuadrante.
16. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 13ª, caracterizado porque los insertos (3') están formados por cilindros macizos de materiales con densidades electrónicas conocidas y de dimensiones tales que se asegure una buena medida.
17. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 15ª, caracterizado porque los insertos (3') son de de 40 mm de diámetro y 30 mm de altura.
18. Maniquí (1) de imagen según reivindicaciones 13, 15 o 16, caracterizado porque los insertos (3') son, al menos, de Aire, StyrofoamTM de alta densidad, Agua, Polietileno, PlexiglasTM, DelrinTM, NylonTM, TeflónTM, Aluminio, Titanio y Acero.
19. Maniquí (1) de imagen según reivindicación 8ª caracterizado porque las rodajas (2) y (3) son cilíndricas, de diferente altura e igual diámetro y realizadas en un material plástico o similar.
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