DIFUSOR DE PARTÍCULAS PROGRAMABLE PARA LA FORMACIÓN DE HACES DE RADIOTERAPIA.
Difusor y modulador del alcance (112) de un haz de partículas cargadas que comprende:
un material líquido de alto Z que presenta una longitud de trayectoria ajustable (125) en la trayectoria del haz de partículas; un material líquido de bajo Z que presenta una longitud de trayectoria ajustable (124) en la trayectoria del haz de partículas, y un controlador programable (118) que ajusta independientemente las longitudes de las trayectorias del líquido de alto Z y el líquido de bajo Z (125 y 124) durante la exposición de una diana (134) al haz
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/025942.
Solicitante: STILL RIVER SYSTEMS, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 300 FOSTER STREET LITTLETON, MA 01772 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: SLISKI,Alan, GALL,Kenneth.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 21 de Julio de 2005.
Clasificación Internacional de Patentes:
- A61N5/10 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA. › A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE. › 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). › 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).
- G21K1/08 FISICA. › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21K TECNICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR PARA MANIPULAR PARTICULAS O RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS; DISPOSITIVOS DE IRRADIACION; MICROSCOPIOS DE RAYOS GAMMA O DE RAYOS X. › G21K 1/00 Disposiciones para manipular las radiaciones ionizantes o las partículas, p. ej. para enfocar, para moderar (filtros de radiaciones ionizantes G21K 3/00; producción o aceleración de neutrones, partículas cargadas eléctricamente, haces de moléculas neutras o haces de átomos neutros H05H 3/00 - H05H 15/00). › Desviación, concentración o focalización del haz por medios eléctricos o magnéticos (disposiciones optoelectrónicas en los tubos de descarga eléctrica H01J 29/46).
- G21K5/04 G21K […] › G21K 5/00 Dispositivos de irradiación (disposiciones en los reactores para facilitar la irradiación G21C 23/00; tubos de descarga para irradiación H01J 33/00, H01J 37/00). › con medios de formación del haz.
- H05H7/00 ELECTRICIDAD. › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › Detalles de dispositivos de los tipos cubiertos por los grupos H05H 9/00 - H05H 13/00 (blancos para la producción de reacciones nucleares H05H 6/00).
Clasificación PCT:
- A61N5/10 A61N 5/00 […] › Radioterapia; Tratamiento con rayos gamma; Tratamiento por irradiación de partículas (A61N 5/01 tiene prioridad).
Clasificación antigua:
- A61N5/10 A61N 5/00 […] › Radioterapia; Tratamiento con rayos gamma; Tratamiento por irradiación de partículas (A61N 5/01 tiene prioridad).
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.
PDF original: ES-2356842_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las partículas cargadas se han utilizado en el campo de la radioterapia para el cáncer durante más de 50 años. Con el fin de crear una distribución de dosis clínicamente útil que se ajuste a la forma del volumen diana en el paciente, se interpone una serie de materiales de conformación y modulación del haz entre el acelerador de 5 partículas y el paciente. Los haces de protones tienen una importante ventaja clínica respecto de los haces de rayos X de alta energía convencionales que experimentan una atenuación exponencial en los tejidos. Las características físicas de la deposición de energía son ventajosas y diferentes para los protones en comparación con las de los rayos X de alta energía (fotones).
Un haz de protones libera una pequeña dosis de entrada y, a continuación, libera una dosis grande cuando 10 los protones se detienen en el tejido. Esta gran deposición de dosis al final del alcance de penetración tisular de los protones se denomina “pico de Bragg”, en honor al físico que descubrió el efecto. La figura 1 representa el pico de Bragg de un haz no modulado, así como un pico de Bragg extendido y la serie de picos de Bragg individuales que se suman para generar el pico de Bragg extendido.
El haz emitido por el acelerador de partículas se conforma insertando dispositivos y materiales en el haz. 15 Uno de los objetivos de la conformación del haz es la administración de una dosis de radiación uniforme por todo el volumen de una diana, tal como un tumor en el cuerpo del paciente. El alcance (es decir, la profundidad de penetración del haz en el tejido) debe modularse para garantizar que se administre una dosis de radiación uniforme u otro tipo de dosis predeterminada entre las superficies proximal y distal de la diana. (En la presente memoria, los términos “proximal” y “distal” se utilizan con respecto a la trayectoria del haz. El término “proximal” se refiere 20 específicamente a la zona de entrada del haz en la diana.) Además, el haz debe ser un haz extendido lateralmente con el fin de tratar tumores de gran tamaño. (En la presente memoria, el término “lateral” se refiere a cualquier dirección sustancialmente perpendicular a la trayectoria del haz.) El haz se manipula y conforma mediante una serie de difusores y aberturas.
En un sistema de conformación del haz, el haz se dirige primero hacia un primer difusor/modulador de 25 alcance, que dispersa el haz de protones a través de un ángulo suficientemente ancho como para tratar una zona de terapia de 20 a 30 cm aproximadamente. Tras la difusión y la modulación del alcance por el primer difusor, el haz se dirige hacia un segundo difusor compensado. El propósito de este elemento es allanar la sección transversal del haz emitido por el primer difusor. Esto permite que el pico de Bragg sea plano y de intensidad uniforme a la distancia del isocentro. La figura 2 representa un segundo difusor compensado que consiste en unos materiales de 30 alto Z (número atómico) y bajo Z con formas que permiten la concordancia entre las propiedades de difusión del material de alto Z y las propiedades de absorción del material de bajo Z para generar un haz ancho, uniforme y plano.
El tercer elemento del sistema de conformación del haz es un bolo de efecto concordante con el alcance deseado. Esto consiste comúnmente en un cilindro de plástico acrílico grueso en el que se ha labrado a máquina la 35 forma inversa a la forma tridimensional de la superficie distal del volumen diana. Este elemento comprende también una función de corrección para el perfil de la superficie externa del paciente con respecto a la dirección del haz, y una función de corrección para las inhomogeneidades, tales como la presencia de hueso o aire en la trayectoria. La mayoría de los tejidos son sustancialmente equivalentes al agua, pero las correcciones para estos diferentes materiales pueden calcularse a partir del conjunto de datos de imagen TC. La estructura tridimensional resultante 40 se coloca en la trayectoria del haz para asegurar que el pico de Bragg se ajuste a la superficie distal de la diana, obteniéndose una dosis mínima para las estructuras críticas situadas fuera del volumen diana.
El cuarto elemento del sistema de conformación del haz conforma el haz lateralmente para que coincida con la forma del volumen diana vista desde la dirección del origen del haz, mediante unas aberturas creadas especialmente para ese tratamiento. Habitualmente, esto se consigue mecanizando una abertura perfilada en un 45 trozo grueso de latón u otro material de alto Z y situándola cerca del paciente. El haz está limitado en su dimensión lateral por este elemento y por lo tanto se ajusta a la forma del volumen diana.
A este respecto, se hace referencia al documento US nº 5.668.371, en el que se describe un aparato de terapia de protones, en el que se utiliza un variador de alcance, un modulador de intensidad y un modulador de alcance para ajustar el haz de protones aplicado al paciente. Los variadores de alcance de tipo aproximado utilizan 50 una cuña de material de bajo Z para reducir la energía de los protones del haz de protones. Una vez ajustada la energía de los protones, el haz de protones se convierte en un haz en abanico antes de propagarse a través de un modulador de intensidad. Los álabes del modulador de intensidad atenúan los rayos del haz en abanico para generar un haz en abanico modulado que se aplicará al paciente. Como alternativa, las cuñas de material de alto Z se pueden utilizar para controlar el flujo de energía medio de los rayos individuales del haz en abanico. Un 55 modulador de alcance reduce todavía más la energía de los protones con álabes de material de bajo Z antes de aplicar el haz en abanico modulado al paciente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Puede interponerse un tramo de trayectoria programable de uno o más materiales difusores o absorbentes en un haz de partículas para modular el ángulo de difusión y el alcance del haz de una manera predeterminada. Un difusor/modulador del alcance del haz de partículas cargadas consiste en un material de alto Z que presenta una longitud de trayectoria ajustable en la trayectoria del haz de partículas, un material de bajo Z que presenta una 5 longitud de trayectoria ajustable en la trayectoria del haz de partículas y un controlador programable que ajusta de forma independiente las longitudes de trayectoria de alto Z y bajo Z durante la exposición de la diana al haz. Los materiales de alto Z y bajo Z son líquidos. La longitud de la trayectoria del material de bajo Z y, de forma independiente, la longitud de la trayectoria del material de alto Z pueden ajustarse continuamente.
El difusor/modulador del alcance del haz de partículas cargadas puede comprender un depósito de fluido 10 que presenta unas paredes opuestas en la trayectoria del haz de partículas, un accionamiento para ajustar la distancia entre las paredes del depósito de fluido y un controlador programable para ajustar a través del accionamiento la distancia entre las paredes del depósito durante la exposición de la diana al haz. La distancia entre las paredes opuestas del depósito puede ajustarse continuamente. Se pueden disponer en serie un primer y segundo depósitos de fluido en la trayectoria del haz de partículas. El primer y segundo depósitos pueden contener 15 de manera independiente materiales de alto y bajo Z. La distancia entre las paredes opuestas del primer depósito y, de manera independiente, la distancia entre las paredes opuestas del segundo depósito pueden ajustarse continuamente.
En los aparatos de tratamiento por radiación, puede emplearse una fuente de partículas cargadas que emite un haz de partículas cargadas y un difusor/modulador del alcance del haz de partículas cargadas. Puede 20 utilizarse un monitor del haz para medir la intensidad del haz y comunicarla al controlador programable. El controlador programable puede ajustar las longitudes de trayectoria de bajo Z y, de forma independiente, las longitudes de trayectoria de alto Z conforme a una relación predeterminada entre la integral en el tiempo de la intensidad del haz y las longitudes de trayectoria deseadas de los materiales de bajo Z y alto Z. El controlador programable puede ajustar las longitudes de las trayectorias de bajo Z e, independientemente, las longitudes de las 25 trayectorias de alto Z de forma continua y dinámica.
La fuente de partículas cargadas puede ser un ciclotrón. El ciclotrón puede ser un sincrociclotrón. Puede utilizarse cualquier... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Difusor y modulador del alcance (112) de un haz de partículas cargadas que comprende:
un material líquido de alto Z que presenta una longitud de trayectoria ajustable (125) en la trayectoria del haz de partículas;
un material líquido de bajo Z que presenta una longitud de trayectoria ajustable (124) en la trayectoria del haz de partículas, y 5
un controlador programable (118) que ajusta independientemente las longitudes de las trayectorias del líquido de alto Z y el líquido de bajo Z (125 y 124) durante la exposición de una diana (134) al haz.
2. Difusor y modulador (112) según la reivindicación 1, caracterizado además porque la longitud de trayectoria (124) del material de bajo Z y, de forma independiente, la longitud de trayectoria (125) del material de alto Z pueden ajustarse continuamente. 10
3. Difusor y modulador (112) según la reivindicación 1, en el que las partículas cargadas son protones.
4. Aparato de tratamiento por radiación (100), que comprende:
una fuente (116) de partículas cargadas que emite un haz de partículas cargadas (126), y
el difusor y modulador de alcance (112) según la reivindicación 1.
5. Aparato (100) según la reivindicación 4, en el que la fuente (116) es un ciclotrón o un sincrociclotrón. 15
6. Aparato (100) según la reivindicación 5, caracterizado además porque presenta un monitor del haz (114) para medir la intensidad del haz de partículas, comunicando el monitor del haz la intensidad del haz al controlador programable (118), y ajustando el controlador programable (118) la longitud de trayectoria de bajo Z e, independientemente, la longitud de trayectoria de alto Z (124 y 125) conforme a la intensidad íntegra del haz.
7. Aparato (100) según la reivindicación 4, caracterizado además porque presenta: 20
un depósito de fluido (204) para contener el material líquido de alto Z, presentando el depósito de fluido (204) unas paredes opuestas (222 y 220) en la trayectoria del haz de partículas (208);
un accionamiento (242) para ajustar la distancia entre las paredes (222 y 220) del depósito de fluido (204); y
en el que el controlador programable (118) controla el accionamiento (242) para ajustar la distancia entre 25 las paredes (222 y 220) del depósito (204) durante la exposición de una diana (134) al haz (126).
8. Aparato (100) según la reivindicación 7, caracterizado además porque presenta un segundo depósito de fluido (202) para contener el material líquido de bajo Z, en el que el primer depósito de fluido (204) y el segundo depósito de fluido (202) están dispuestos en serie en la trayectoria del haz de partículas (208).
9. Aparato (100) según la reivindicación 8, en el que la distancia entre las paredes opuestas (222 y 220) 30 del primer depósito (204) y, de manera independiente, la distancia entre las paredes opuestas (218 y 216) del segundo depósito (202) pueden ajustarse continuamente.
10. Aparato (100) según la reivindicación 9, en el que las partículas cargadas son protones.
11. Aparato (100) según la reivindicación 10, que comprende además una fuente (116) de partículas cargadas que emite una partícula cargada. 35
12. Aparato (100) según la reivindicación 11, en el que la fuente (116) es un ciclotrón o un sincrociclotrón.
13. Aparato (100) según la reivindicación 12, que comprende además
un monitor del haz (114) para medir la intensidad del haz de partículas,
ajustando el controlador programable (118) la distancia entre las paredes opuestas (220 y 222) del primer depósito (204) y, de manera independiente, la distancia entre las paredes opuestas (216 y 218) del segundo 40 depósito (202) conforme a la intensidad del haz.
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