Dispositivo y método para seguimiento de dosis 3D en terapia de radiación.

Un dispositivo (1) para verificación de administración de haz de radiación a un paciente con un aparato de terapia de radiación,

dicha administración de haz de radiación que comprende una o más fracciones de tratamiento administradas en varios días de tratamiento, dicha fracción de tratamiento que comprende uno o más haces de radiación, dicho aparato de terapia de radiación que es configurable para una configuración de haz de radiación dada, dicho aparato de terapia de radiación que comprende un sistema de imágenes que suministra imágenes del paciente actualizadas obtenidas anterior, durante o después de cada fracción de tratamiento, dicho dispositivo que comprende:

• medios (5) para recibir configuraciones de haz de radiación para una fracción de tratamiento dada; • un dispositivo detector 2D electrónico de transmisión (3) capaz de medir respuestas 2D de dicho haz de radiación en un plano perpendicular al eje central de dicho haz de radiación;

·• medios (4) para adquirir en tiempo real las respuestas de detector 2D causadas por un haz de radiación administrado por dicho aparato de terapia de radiación que se configura con dicha configuración de haz de radiación;

• medios (8) para importar dichas imágenes de paciente actualizadas desde dicho sistema de imágenes, dichas imágenes de paciente actualizadas que comprenden una descripción o imagen de la anatomía del paciente que comprende la forma 3D, distribución de densidad y posición del volumen objetivo y/u órganos en riesgo;

• un motor de reconstrucción de fluencia FRE (6), capaz de calcular, para cada haz de radiación administrado de la fracción de tratamiento, la distribución de fluencia de fotones administrada que corresponde al haz de radiación administrado en base a las respuestas de detector 2D medidas, dicho haz de radiación administrado que se especifica por dicha configuración de haz de radiación;

·• un motor de cálculo de dosis DCE (7) capaz de calcular la distribución de dosis 3D administrada dentro del paciente, dicha distribución de dosis 3D que comprende las contribuciones de cada haz de radiación de la fracción de tratamiento, dicho cálculo de la distribución de dosis 3D administrada que se basa en dicha configuración de haz de radiación, dicha distribución de fluencia de fotones administrada y dichas imágenes del paciente actualizadas importadas;

• medios de visualización (9) para visualizar la citada distribución de dosis 3D administrada en la anatomía del paciente;

• medios para almacenar la citada distribución de dosis 3D administrada a partir de una única fracción de tratamiento;

• medios para acumular las distribuciones de dosis 3D administradas, administradas durante fracciones de tratamiento consecutivas;

• dichos medios de visualización (9) para visualizar la distribución de dosis 3D acumulada en la anatomía del paciente.

Dispositivo y método para seguimiento de dosis 3D en terapia de radiación Campo de la invención La presente invención se refiere de manera general a terapia de radiación usada para administrar dosis de radiación. Más particularmente, la presente invención se refiere a un dispositivo y un método para seguimiento de dosis 3D durante fracciones de tratamiento consecutivas.

Tecnología de vanguardia En el contexto de la presente invención, terapia de radiación significa tratamiento por rayos X o haces de electrones. La presente invención es de particular interés para Terapia de Radiación de Intensidad Modulada (IMRT) . IMRT es un tipo de radiación de conformación, cuyas formas de dosis de radiación coinciden estrechamente con la forma de un área objetivo. Más particularmente, IMRT es una radioterapia avanzada de alta precisión que utiliza rayos X o haces de electrones controlados por ordenador a fin de administrar dosis de radiación precisas a un tumor maligno o áreas específicas dentro del tumor. Por cierto, también se puede usar para curar un tumor no maligno. La dosis de radiación se diseña para ajustarse a la forma tridimensional (3D) del tumor modulando o controlando la intensidad del haz de radiación de tal forma que se enfoca, tanto como sea posible, la mayor dosis de radiación al tumor mientras que se minimiza la exposición de radiación al tejido sano circundante. IMRT normalmente usa un colimador de múltiples láminas (MLC) que puede variar la intensidad del haz de radiación de cada campo que compone el tratamiento del paciente a través del objetivo. Por lo tanto, el tejido sano circundante recibe una dosis mucho menor de radiación que el tumor. Además y para casos especiales, puede haber incluso una dosificación que varíe dentro del tumor. El tratamiento se planea cuidadosamente usando imágenes de tomografía computarizada (CT) 3D del paciente. Tales imágenes se usan en conjunto con cálculos de dosis computarizados a fin de averiguar el patrón de intensidad de sección transversal de haz que se ajustará mejor a la dosis para la forma del tumor. Típicamente, combinaciones de varios campos de intensidad modulada que vienen de diferentes direcciones de haz producen una dosis de radiación a medida personalizada que maximiza la dosis de tumor mientras que también protege los tejidos normales adyacentes. Con el planteamiento de IMRT, se puede administrar con seguridad dosis de radiación mayores y más eficientes a tumores con menos efectos secundarios comparado con técnicas de radioterapia convencionales. Incluso si no se aumentan las dosis, IMRT tiene el potencial de reducir la toxicidad del tratamiento.

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

Antes de planificar un tratamiento, se realiza un examen físico y una revisión de la historia médica. Esto comprende exploración de CT a partir de la cual el oncólogo de radiación especifica la forma tridimensional del tumor y los tejidos normales. El dosimetrista y el físico de radiación médica usan esta información para definir el plan de tratamiento. Varios procedimientos de exploración adicionales, incluyendo tomografía de emisión de positrones (PET) , CT de haz cónico (CBCT) e imágenes de resonancia magnética (MRI) , también podrían ser requeridas para planificación de IMRT. Estas imágenes de diagnóstico ayudan al oncólogo de radiación a determinar la ubicación precisa del tumor objetivo. Típicamente, las sesiones de IMRT comienzan alrededor de una semana después de la simulación. Típicamente, los pacientes se programan para sesiones de IMRT cinco días por 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 la calidad usados para detectar errores dosimétricos son de importancia crítica. Ejemplos de tales procedimientos incluyen mediciones para verificar la precisión de la administración de las dosis planeadas calculadas por sistemas de planificación del tratamiento y la adquisición de imágenes de portal ortogonal para asegurar un posicionamiento preciso del paciente con respecto al isocentro de la máquina de tratamiento.

IMRT impone exigencias incluso más rigurosas en estos procedimientos de verificación y las hace incluso más esenciales. Los gradientes de dosis altos en campos de IMRT hacen las mediciones de dosis de punto único inadecuadas en la verificación de las distribuciones de dosis significativamente no uniformes. Errores en las distribuciones de dosis de haz de IMRT individuales calculadas por los sistemas de planificación de tratamiento pueden darse debido a que la fuga entre láminas del colimador de múltiples láminas (MLC) , por ejemplo, no se representó con precisión. El potencial de errores sistemáticos en la transferencia de ficheros de secuencia de láminas del MLC desde el ordenador de planificación del tratamiento al sistema de grabación y verificación y en la precisión mecánica de los movimientos de las láminas del MLC durante la administración de haz además necesita el uso de estrategias de verificación de IMRT precisas.

La eficacia de la terapia de radiación también se basa en la precisión del posicionamiento del objetivo. Los órganos del cuerpo del paciente pueden cambiar en tamaño, forma y posición de día a día o el paciente puede perder peso durante el periodo de tratamiento. Para hacer un seguimiento de la dosis en la anatomía del paciente durante el

periodo de tratamiento, uno no se puede basar en las imágenes de CT tomadas semanas anteriores al tratamiento y necesitan ser hechas imágenes del paciente repetidas durante el periodo de tratamiento entero.

Por consiguiente, hay una necesidad de verificar la precisión de la distribución de dosis administrada de los campos de tratamiento en conjunto con la anatomía del paciente real observada durante las fracciones de tratamiento consecutivas.

La Pat. de EE.UU. Nº 6.853.702, describe un método para verificación de tratamiento en terapia de radiación. En este método, uno mide la salida de haces de tratamiento sobre el área del haz en un plano perpendicular al rayo central del haz. Esto se logra usando un detector en frente del paciente y uno usa dicha salida medida para calcular la dosis para el paciente usando un algoritmo de dosis. Con referencia a la FIG. 1, la salida del detector 2D medida 10 (que corresponde a las imágenes capturadas 40 del documento de la Pat. de EE.UU. Nº 6.853.702) , se usa directamente para obtener la dosis 3D calculada 20 (que corresponde a la distribución de dosis 58 de dicho documento) por medio de un algoritmo de dosis y un programa informático, que realiza un cálculo de dosis 15. No obstante, no se proporcionan medios para tener en cuenta los cambios en la anatomía del paciente que ocurren en entre medias de fracciones.

También se conoce a partir del documento WO 03/092813 un método para calibrar detectores a ser usados durante el tratamiento de un paciente. Este método se destina a verificar la precisión de la administración de un haz de tratamiento de radiación generado por un aparato de radiación a un paciente. Con referencia a la Fig. 1, este método comprende principalmente dos pasos de irradiación. Durante el primer paso, se administra una primera irradiación a un objeto de prueba (paso A) y, en cada intervalo de tiempo, las mediciones (100) de la dosis administrada en un objeto de prueba y la información con respecto a la irradiación recogida (200) por medios de información situados entre la fuente de dicho haz de radiación y dicho objeto de prueba (usando por ejemplo un sistema de imágenes tal como una película o EPID) se ponen en relación (paso B) . Usando esta relación es posible calcular factores de calibración (300) . Según este documento, dichos medios de información pueden ser o bien mediciones por medio de un detector o bien posiciones de láminas del Colimador de Múltiples Láminas. Durante un segundo paso de irradiación (paso C) , se irradia un paciente y una vez más se recoge información con respecto a la irradiación (400) de nuevo por medios de información situados entre la fuente de dicho haz de radiación y dicho objeto de prueba. Esta información recogida (400) entonces se analiza junto (D) con los factores de calibración previos (300) a fin de obtener la dosis total para el paciente (500) .... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo (1) para verificación de administración de haz de radiación a un paciente con un aparato de terapia de radiación, dicha administración de haz de radiación que comprende una o más fracciones de tratamiento administradas en varios días de tratamiento, dicha fracción de tratamiento que comprende uno o más haces de radiación, dicho aparato de terapia de radiación que es configurable para una configuración de haz de radiación dada, dicho aparato de terapia de radiación que comprende un sistema de imágenes que suministra imágenes del paciente actualizadas obtenidas anterior, durante o después de cada fracción de tratamiento, dicho dispositivo que comprende:

medios (5) para recibir configuraciones de haz de radiación para una fracción de tratamiento dada;

un dispositivo detector 2D electrónico de transmisión (3) capaz de medir respuestas 2D de dicho haz de radiación en un plano perpendicular al eje central de dicho haz de radiación;

medios (4) para adquirir en tiempo real las respuestas de detector 2D causadas por un haz de radiación administrado por dicho aparato de terapia de radiación que se configura con dicha configuración de haz de radiación;

medios (8) para importar dichas imágenes de paciente actualizadas desde dicho sistema de imágenes, dichas imágenes de paciente actualizadas que comprenden una descripción o imagen de la anatomía del paciente que comprende la forma 3D, distribución de densidad y posición del volumen objetivo y/u órganos en riesgo;

un motor de reconstrucción de fluencia FRE (6) , capaz de calcular, para cada haz de radiación administrado de la fracción de tratamiento, la distribución de fluencia de fotones administrada que corresponde al haz de radiación administrado en base a las respuestas de detector 2D medidas, dicho haz de radiación administrado que se especifica por dicha configuración de haz de radiación;

un motor de cálculo de dosis DCE (7) capaz de calcular la distribución de dosis 3D administrada dentro del paciente, dicha distribución de dosis 3D que comprende las contribuciones de cada haz de radiación de la fracción de tratamiento, dicho cálculo de la distribución de dosis 3D administrada que se basa en dicha configuración de haz de radiación, dicha distribución de fluencia de fotones administrada y dichas imágenes del paciente actualizadas importadas;

medios de visualización (9) para visualizar la citada distribución de dosis 3D administrada en la anatomía del paciente;

medios para almacenar la citada distribución de dosis 3D administrada a partir de una única fracción de tratamiento;

medios para acumular las distribuciones de dosis 3D administradas, administradas durante fracciones de tratamiento consecutivas;

dichos medios de visualización (9) para visualizar la distribución de dosis 3D acumulada en la anatomía del 35 paciente.

2. El dispositivo (1) según la reivindicación 1, el dispositivo (1) que además comprende:

medios para analizar estadísticas de volumen de dosis de la distribución de dosis 3D acumulada en base a volúmenes predefinidos o regiones de interés.

3. El dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, el dispositivo que además comprende:

medios para importar la distribución de dosis 3D predicha en la anatomía del paciente, dicha distribución de dosis 3D predicha que se calcula con un sistema de planificación de tratamiento externo, dicha distribución de dosis 3D que comprende las contribuciones de cada haz de radiación de la fracción de tratamiento;

medios para comparar la distribución de dosis 3D administrada con la distribución de dosis 3D predicha;

medios para notificar un conjunto de parámetros resultantes a partir de la comparación.

4. El dispositivo (1) según la reivindicación 3, en donde dicha distribución de dosis 3D predicha que es la distribución de dosis 3D planeada inicialmente en la anatomía del paciente en base a las imágenes del paciente obtenidas inicialmente con un sistema de imágenes de paciente anterior al inicio de la administración de la fracción de tratamiento.

5. El dispositivo (1) según la reivindicación 3, en donde dicha distribución de dosis 3D predicha es las distribuciones 50 de dosis 3D planeadas actualizadas en la anatomía del paciente en base a las imágenes del paciente actualizadas 8

obtenidas con un sistema de imágenes de paciente durante el curso de la administración de la fracción de tratamiento.

6. El dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, dicho dispositivo que es capaz de operar independientemente del aparato de terapia de radiación, recibir solamente las distribuciones de dosis 3D predichas, configuraciones de haz e imágenes del paciente actualizadas desde dispositivos externos, recibir opcionalmente señales de sincronización desde el aparato de radiación para sincronizar el dispositivo detector 2D con la administración de haz de radiación.

7. Un método para verificación de administración de haz de radiación a un paciente con un aparato de terapia de radiación, dicha administración de haz de radiación que comprende una o más fracciones de tratamiento administradas en varios días de tratamiento, dicha fracción de tratamiento que comprende uno o más haces de radiación, dicho aparato de terapia de radiación que es configurable para una configuración de haz de radiación dada, dicho aparato de terapia de radiación que comprende un sistema de imágenes que suministra imágenes del paciente actualizadas obtenidas anterior, durante o después de cada fracción de tratamiento, dicho método que comprende los pasos de:

proporcionar un dispositivo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6;

adquirir parámetros de configuración de haz de radiación prescritos (250) ;

aplicar un haz de tratamiento sin que un paciente esté situado en la dirección del haz y adquirir la respuesta de detector 2D medida correspondiente (310) de dicho haz de tratamiento;

calcular (S311) la distribución de fluencia de fotones administrada (320) que corresponde con el haz de

radiación administrado en base a las respuestas de detector 2D medidas (310) , dicho haz de radiación administrado que está especificado por dicha configuración de haz de radiación;

importar imágenes del paciente actualizadas (330) desde dicho sistema de imágenes, dichas imágenes del paciente actualizadas que comprenden una descripción o imagen de la anatomía del paciente que comprende la forma 3D, distribución de densidad y posición del volumen objetivo y/u órganos en riesgo;

calcular (S341) la distribución de dosis 3D administrada (350) dentro del paciente, en base a dicha distribución de fluencia de fotones administrada (320) y dichas imágenes del paciente actualizadas (330) ;

mostrar y visualizar dicha distribución de dosis 3D administrada (350) en la anatomía del paciente en un visualizador (9) .