Método y dispositivo para verificación IMRT.

Un método para la verificación de los aparatos de radioterapia que comprende las etapas de:

• proporcionar un aparato de radioterapia (500) para la administración de un haz de radiación, siendo el mencionado aparato de radioterapia configurable para un tratamiento de radiación dado;

• proporcionar una descripción o imagen de una diana (330), comprendiendo la mencionada descripción o imagen la forma 3D, la distribución de densidad y la posición de la mencionada diana;

• proporcionar un dispositivo detector electrónico capaz de proporcionar las respuestas (310) del detector 2D medidas del mencionado haz de radiación en un plano perpendicular al mencionado haz de radiación;

• proporcionar un modelo (210) del haz del mencionado aparato de radioterapia, estando basado el mencionado modelo (210) del haz en un conjunto de parámetros (250) de la máquina y en un conjunto de parámetros (240) del modelo del haz;

• proporcionar valores para el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina y para el mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz que definen un conjunto de configuración;

• irradiar con el mencionado aparato (500) de radioterapia que tiene el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina sin ningún paciente ubicado en la dirección del haz de radiación, y proporcionar las respuestas (310) del detector 2D medidas provocadas por el mencionado haz de radiación para cada conjunto de configuración;

• reconstruir las distribuciones de fluencia de fotones administradas (320, S311) que corresponden al haz de radiación, basados en las respuestas (310) del detector 2D medidas, en un algoritmo (300) de fluencia, en el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina, en el mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz y en el mencionado modelo (210) del haz;

• calcular las distribuciones 3D de dosis administradas (350, S341) basadas en las mencionadas distribuciones (320) de fluencia administradas reconstruidas, en un algoritmo (340) de dosificación y en la mencionada descripción o imagen (330) de la diana.

Método y dispositivo para verificación IMRT

Campo de la invención La presente invención se refiere en general a la terapia de radiación de intensidad modulada (IMRT) utilizada para administrar dosis de radiación. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método y un dispositivo para calcular una distribución de dosis 3D que se compara con un plan de tratamiento correspondiente, así como para permitir el aseguramiento de la calidad (QA) en la IMRT. La presente invención también se refiere a un método y un dispositivo para corregir errores detectados durante el mencionado QA.

Estado de la técnica

La IMRT es un tipo de radiación conformada, que da forma a las dosis de radiación para que coincidan estrechamente con la forma de una zona diana. Más particularmente, la IMRT es una radioterapia de alta precisión avanzada que utiliza rayos X o haces de electrones controlados por ordenador con el fin de administrar dosis precisas de radiación a un tumor maligno o a zonas específicas dentro del tumor. Por cierto, también puede utilizarse para curar un tumor no maligno. La dosis de radiación se diseñan para ajustarse a la forma tridimensional (3-D) del tumor al modular o controlar la intensidad del haz de radiación de tal manera que se concentra, todo lo posible, la mayor dosis de radiación en el tumor y se reduce al mínimo la exposición a la radiación de los tejidos sanos circundantes. La IMRT utiliza generalmente un colimador de hojas múltiples (MLC, Multi Leaf Collimator) que puede variar la intensidad del haz de radiación de cada campo que compone el tratamiento de los pacientes a través de la diana. Por lo tanto, el tejido sano circundante recibe una dosis mucho menor de radiación que la que recibe el tumor. Además y para casos especiales, incluso puede haber una dosis que varía dentro del tumor. El tratamiento se planifica cuidadosamente al utilizar imágenes de tomografía computarizada (CT, Computed Tomography) del paciente. Tales imágenes se utilizan conjuntamente con los cálculos de las dosis computarizados con el fin de averiguar el patrón de la intensidad de la sección transversal del haz que mejor ajustará la dosis a la forma del tumor. Típicamente, las combinaciones de varios campos de intensidad modulada que provienen de distintas direcciones del haz producen una dosis de radiación hecha a medida que maximiza la dosis en el tumor al tiempo que también protege los tejidos normales adyacentes. Con el enfoque de la IMRT, pueden administrarse de forma segura mayores y más eficientes dosis de radiación a los tumores, con menores efectos secundarios en comparación con las técnicas de radioterapia convencionales. Incluso si no se aumentan las dosis, la IMRT tiene el potencial de reducir la toxicidad del tratamiento.

La planificación del tratamiento para la IMRT es obviamente más compleja que para la terapia de radiación convencional, extendiendo el tiempo de planificación del tratamiento necesario para cada paciente. A diferencia de la administración convencional, la complejidad de los tratamientos de IMRT hace que sea difícil para los operadores detectar, durante la administración, las posibles desviaciones de la secuencia prevista de irradiaciones.

Antes de planificar un tratamiento, se realiza una revisión del historial médico y un examen físico. Esto comprende la CT de exploración a partir de la que el radio oncólogo especifica la forma tridimensional del tumor y de los tejidos normales. El dosimetrista y el radio físico médico utilizan esta información para definir el plan del tratamiento. También se pueden requerir para la planificación del IMRT varios procedimientos de exploración adicionales, que incluyen la tomografía por emisión de positrones (PET, Positron Emission Tomography) y la imagen por resonancia magnética (MRI, Magnetic Resonance Imaging) . Estas imágenes de diagnóstico ayudan al radio oncólogo a determinar la ubicación precisa de la diana tumoral. Típicamente, las sesiones de IMRT comienzan alrededor de una semana después de la simulación. Típicamente, los pacientes se programan para las sesiones de IMRT cinco días a la semana durante seis a diez semanas.

La eficacia de la terapia de radiación se basa en la precisión de la administración de la dosis, y, como resultado, los procedimientos de aseguramiento de calidad utilizados para detectar errores dosimétricos son de importancia crítica. Ejemplos de tales procedimientos incluyen mediciones, con el fin de verificar la precisión de la administración de las dosis previstas calculadas por los sistemas de planificación del tratamiento, y la adquisición de imágenes del portal ortogonales para asegurar un posicionamiento preciso del paciente con respecto al isocentro de la máquina de tratamiento.

La IMRT pone exigencias aún más estrictas en estos procedimientos de verificación, y los hace aún más imprescindibles. Los gradientes de dosis altas en los campos de IMRT provocan mediciones inadecuadas de dosis en un solo punto al verificar las distribuciones de dosis significativamente no uniformes. Los errores en las distribuciones de dosis del haz del IMRT individual calculado por los sistemas de planificación del tratamiento se pueden producir porque las fugas inter-hojas del colimador de hojas múltiples (MLC) , por ejemplo, no se registran con exactitud. El potencial de errores sistemáticos en la transferencia de los archivos de la secuencia de hojas del MLC desde el ordenador de planificación del tratamiento al sistema de verificación y registro, y en la precisión mecánica de los movimientos de las hojas del MLC durante la administración del haz, necesita además el uso de estrategias precisas de verificación de la IMRT.

El documento U.S. Pat. Nº 6.853.702, describe un método para la verificación del tratamiento en radioterapia. En este método, se mide la salida de haces de tratamiento sobre la zona del haz en un plano perpendicular al rayo central del haz. Esto se logra mediante el uso de un detector delante del paciente y se utiliza la mencionada medida de salida para calcular la dosis para el paciente utilizando un algoritmo de dosificación. Haciendo referencia a la FIG. 1, la salida 10 del detector 2D medida (que corresponde a las imágenes capturadas 40 del documento U.S. Pat. N º 6.853.702) , se utiliza directamente para obtener la dosis 3D computarizada 20 (que corresponde a la distribución 58 de la dosis del mencionado documento) por medio de un algoritmo de dosificación y un programa de ordenador, que realiza un cálculo 15 de la dosis. Sin embargo, este método se basa en la suposición de que las imágenes del campo de medida representan la distribución de fluencia de fotones en el isocentro de cada campo. Al menos dos características principales distinguen la salida del detector 2D, que se miden cerca de la cabeza del acelerador, a partir de la distribución de fluencia 2D suministrada en el isocentro: por una parte, la presencia de contaminación de electrones en las medidas y por otra parte la distorsión en las distribuciones 2D debidas al tamaño finito de la fuente y a la distancia más corta de la fuente al detector. Como consecuencia, este método requiere una acumulación significativa de materiales de bolus para proteger de la contaminación de electrones procedentes del dispositivo de imagen. Además, este método no proporciona ninguna solución al problema de la distorsión en las imágenes que se capturan cerca de la cabeza del acelerador con respecto a aquellas que se capturan en el isocentro, en el que la distribución 58 de la dosis se tiene que calcular.

La verificación del tratamiento también se discute en el artículo “Deliver y verification in sequential and helican tomotherapy” por Kapatoes J M, et all, Phys. Med. Biol. 44 (1999) .

También se conoce a partir del documento WO 03/092813 un método para calibrar detectores que se utilizan durante el tratamiento de un paciente. Este método se destina a verificar la precisión de la administración a un paciente de un haz de tratamiento de radiación generado mediante un aparato de radiación. Con referencia a la Fig. 1’, este método comprende principalmente dos etapas de irradiación. Durante la primera etapa, se administra una primera irradiación a un maniquí (etapa A) y, en cada intervalo temporal, se ponen en relación (etapa B) las medidas (100) de la dosis administrada a un maniquí y la información respectiva a la irradiación recogida (200) mediante medios de información ubicados entre la fuente del mencionado haz de radiación y el mencionado maniquí (mediante el uso, por ejemplo, de un sistema de imagen tal como una película o un EPID) . Mediante el uso de esta relación es posible calcular factores de calibración (300) . Según este... [Seguir leyendo]

1. Un método para la verificación de los aparatos de radioterapia que comprende las etapas de:

! proporcionar un aparato de radioterapia (500) para la administración de un haz de radiación, siendo el mencionado aparato de radioterapia configurable para un tratamiento de radiación dado;

! proporcionar una descripción o imagen de una diana (330) , comprendiendo la mencionada descripción o imagen la forma 3D, la distribución de densidad y la posición de la mencionada diana;

! proporcionar un dispositivo detector electrónico capaz de proporcionar las respuestas (310) del detector 2D medidas del mencionado haz de radiación en un plano perpendicular al mencionado 10 haz de radiación;

! proporcionar un modelo (210) del haz del mencionado aparato de radioterapia, estando basado el mencionado modelo (210) del haz en un conjunto de parámetros (250) de la máquina y en un conjunto de parámetros (240) del modelo del haz;

! proporcionar valores para el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina y para el 15 mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz que definen un conjunto de configuración;

! irradiar con el mencionado aparato (500) de radioterapia que tiene el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina sin ningún paciente ubicado en la dirección del haz de radiación, y proporcionar las respuestas (310) del detector 2D medidas provocadas por el mencionado haz de radiación para cada conjunto de configuración;

! reconstruir las distribuciones de fluencia de fotones administradas (320, S311) que corresponden al haz de radiación, basados en las respuestas (310) del detector 2D medidas, en un algoritmo (300) de fluencia, en el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina, en el

mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz y en el mencionado modelo (210) 25 del haz;

! calcular las distribuciones 3D de dosis administradas (350, S341) basadas en las mencionadas distribuciones (320) de fluencia administradas reconstruidas, en un algoritmo (340) de dosificación y en la mencionada descripción o imagen (330) de la diana.

2. Un método según la reivindicación 1 caracterizado por que además comprende las etapas de:

a. proporcionar un modelo (400) de detector;

b. calcular las respuestas (420, S411) del detector 2D basadas en la mencionada fluencia (320) de fotones administrados reconstruida, en el mencionado modelo (400) de detector y en el algoritmo (410) de cálculo de la respuesta;

c. comparar las mencionadas respuestas (420, S430) del detector 2D calculadas con las 35 mencionadas respuestas (310) del detector 2D medidas;

d. proporcionar nuevos valores para el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina y reconstruir la fluencia (320, 450) de fotones administrada al incorporar posibles errores (S431) en la mencionada reconstrucción;

e. repetir las etapas a a d hasta que la diferencia de valores entre las mencionadas respuestas del

detector 2D calculadas (420) y la respuesta del detector 2D medida (310) minimice una función de puntuación.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que la mencionada etapa de proporcionar un conjunto de parámetros (250) de la máquina para el mencionado aparato (500) de radioterapia es importar un plan de tratamiento desde un Sistema de Planificación del Tratamiento.

4. Un método según la reivindicación 3, caracterizado por que además comprende las etapas de:

! importar distribuciones (350) de dosis 3–D calculadas o predichas en la mencionada descripción o imagen de la diana (330) , que corresponden al mencionado plan de tratamiento importado;

! comparar las distribuciones de dosis 3–D administradas con las distribuciones (350) de dosis 3–D calculadas o predichas;

! informar un conjunto de parámetros que resultan a partir de la mencionada comparación.

5. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada por que la mencionada etapa de proporcionar un conjunto de parámetros (250) de la máquina para el mencionado aparato de radioterapia es proporcionar un conjunto de especificaciones definidas por el usuario.

6. Un método según la reivindicación 5, caracterizado por que además comprende las etapas de:

! extraer subconjuntos de las distribuciones de dosis 3–D administradas en la mencionada descripción o imagen de la diana (330) ;

! informar un subconjunto de parámetros de los mencionados subconjuntos para evaluar la calidad de la administración del aparato de radioterapia.

7. Un método, según la reivindicación 6, caracterizado por que además comprende la etapa de identificar posibles causas de errores debidos a los posibles desajustes de las mencionadas distribuciones (350) de dosis 3–D administradas con las mencionadas distribuciones de dosis 3–D calculadas o predichas en la mencionada descripción o imagen de la diana (330) o, en el caso de valores de los parámetros inesperados, en el mencionado conjunto informado de parámetros.

8. Un método, según la reivindicación 7, caracterizado por que además comprende la etapa de sugerir modificaciones al plan de tratamiento.

9. Un dispositivo para la verificación (500) de aparatos de radioterapia, siendo el mencionado aparato de radioterapia configurable para un tratamiento de radiación dado, comprendiendo el dispositivo:

! medios de irradiación adaptados a emitir un haz de radiación;

! un dispositivo (510) detector 2–D electrónico capaz de proporcionar las respuestas (310) del detector 2D medidas del mencionado haz de radiación en un plano perpendicular al mencionado haz de radiación;

! medios de procesamiento (520) capaces de llevar a cabo las etapas de:

proporcionar una descripción de una diana (330) , comprendiendo la mencionada 25 descripción la forma 3D, la distribución de densidad y la posición de la mencionada diana;

proporcionar un modelo (210) del haz del mencionado aparato de radioterapia, estando basado el mencionado modelo (210) del haz en un conjunto de parámetros (250) de la máquina y en un conjunto de parámetros (240) del modelo del haz;

proporcionar valores para el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina y 30 para el mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz que definen un conjunto de configuración;

reconstruir las distribuciones (320, S311) de fluencia de fotones administradas que corresponden al haz de radiación, basadas en las respuestas (310) del detector 2D medidas, en un algoritmo (300) de fluencia, en el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina, en el mencionado conjunto de parámetros (240) del modelo del haz y en el mencionado modelo (210) del haz;

! un módulo (530) de software de cálculo de dosis capaz de calcular las distribuciones (350, S341) de dosis 3D administradas en la mencionada descripción de la diana basado en las mencionadas distribuciones (320) de fluencia administradas reconstruidas, en un algoritmo (340) de dosificación y en la mencionada descripción de la diana (330) .

10. El dispositivo según la reivindicación 9 caracterizado por que los mencionados medios de procesamiento son capaces de llevar a cabo las etapas de:

f. proporcionar un modelo (400) de detector para los mencionados detectores 2–D electrónicos;

g. calcular las respuestas (420, S411) del detector 2D basadas en la mencionada fluencia (320) de 45 fotones administrada reconstruida, en el mencionado modelo (400) de detector y en un algoritmo (410) de cálculo de la respuesta;

h. comparar las mencionadas respuestas (420, S430) del detector 2D calculadas con las mencionadas respuestas (310) del detector medidas cuando se irradia con el mencionado aparato de radioterapia que tiene el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina;

i. proporcionar nuevos valores para el mencionado conjunto de parámetros (250) de la máquina y reconstruir la fluencia (320, 450) de fotones administrados al incorporar posibles errores (S431) en la mencionada reconstrucción;

j. repetir las etapas f) a i) hasta que el valor de la diferencia entre las mencionadas respuestas (420) del detector 2D calculadas y la respuesta (310) del detector 2D medida minimice una función de puntuación.

11. El dispositivo según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado por que los mencionados medios de procesamiento para proporcionar un conjunto de parámetros (250) de la máquina para el mencionado aparato de radioterapia utilizan un plan de tratamiento procedente de un Sistema de Planificación del Tratamiento.

12. El dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por que los mencionados medios de procesamiento se adaptan además para llevar a cabo las etapas de:

! importar las distribuciones de dosis 3–D predichas en la mencionada descripción de la diana, que corresponden al mencionado plan de tratamiento importado;

! comparar las distribuciones de dosis 3–D administradas con las distribuciones (350) de dosis 3–D predichas;

! informar un conjunto de parámetros que resultan de la mencionada comparación.

13. El dispositivo según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, caracterizado por que los mencionados medios para proporcionar un conjunto de parámetros (250) de la máquina para el mencionado aparato de radioterapia proporcionan un conjunto de especificaciones definidas por el usuario.

14. El dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado por que los mencionados medios de procesamiento se adaptan además a llevar a cabo las etapas de:

! extraer subconjuntos de distribuciones de dosis administradas 3–D en la mencionada descripción de la diana;

! proporcionar un informe de los parámetros de los mencionados subconjuntos para evaluar la calidad de la administración del aparato de radioterapia.

15. El dispositivo según la reivindicación 13 o la reivindicación 14, caracterizado por que los mencionados medios de procesamiento se adaptan además a llevar a cabo la etapa de identificar posibles causas de errores debidos a los posibles desajustes de las mencionadas distribuciones de dosis 3–D administradas con las mencionadas distribuciones (350) de dosis 3–D predichas en la mencionada descripción de la diana o en el caso de valores de los parámetros inesperados, en el mencionado informe de parámetros.

16. El dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado por que se adapta además a sugerir modificaciones del plan de tratamiento.