Modelado de radiación mediante rotación coordinada de haces fijos y movimiento del sistema de soporte del paciente.

Un colimador, que se adapta para: (i) formar un haz de radiación para que tenga una sección transversal en forma de D,

(ii) mantener el eje central del haz de radiación sobre o adyacente al borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación y (iii) rotar completamente el haz de radiación en cualquier dirección alrededor del eje del haz, de modo que el borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación se pueda orientar hacia cualquier dirección; caracterizado por que:

el colimador comprende la mitad de un colimador circular con una sección transversal circular y un túnel en forma de cono y la mitad de un colimador rectangular con una sección transversal rectangular y un túnel en forma de pirámide, donde los colimadores circular y rectangular tienen la misma divergencia.

Modelado de radiación mediante rotación coordinada de haces fijos y movimiento del sistema de soporte del paciente

Campo técnico

La presente memoria descriptiva se refiere un sistema para suministrar radiación a un tejido diana, tal como un tejido diana que comprende y/o es adyacente a un tejido no diana.

Antecedentes La terapia de radiación y la radiocirugía son métodos establecidos en el tratamiento de pacientes con ciertas enfermedades malignas y benignas. La terapia de radiación, que también se denomina radioterapia, oncología de radiación y XRT, implica la administración de radiación ionizante a un paciente, tal como un paciente que está siendo tratado para cáncer. La exposición de las células malignas a la radiación inhibe su proliferación e induce la muerte celular. Un paciente que experimenta terapia de radiación para tratamiento de cáncer se trata por lo general con radiación ionizante numerosas veces, a menudo a intervalos definidos. Una desventaja de la terapia de radiación es que las células y los tejidos normales se pueden ver afectados adversamente por la radiación. Suponiendo que el tejido normal se recupera con una velocidad mayor que el tejido canceroso, se espera que la administración de radiación a intervalos definidos permita que cualquier tejido normal, que se haya visto afectado adversamente por la radiación, se recupere antes del siguiente tratamiento. La terapia de radiación también se puede combinar con cirugía, quimioterapia, y/o terapia hormonal. La terapia de radiación también se usa para tratar diversas afecciones no malignas, tales como neuralgia del trigémino, enfermedad ocular tiroidea grave, pterigión y sinovitis vellonodular pigmentada, y para inhibir el crecimiento de cicatrices queloides y osificación heterotópica. Sin embargo, el uso de terapia de radiación para tratar afecciones no malignas está limitado por el riesgo del cáncer inducido por radiación.

Los colimadores de múltiples hojas se han usado con aceleradores lineales (LINAC) para mejorar la conformación geométrica del tratamiento de radiación al tejido diana como una forma de minimizar los efectos adversos sobre el tejido normal. Los colimadores de múltiples hojas tienen numerosas aspas rectangulares u "hojas" de un material que tiene un número atómico elevado, tal como tungsteno, que se pueden mover independientemente dentro y fuera del camino de un haz de partículas. Cuando una "hoja" está en el camino de un haz de partículas, el haz se bloquea. Por lo tanto, al colocar las "hojas" para que formen una abertura que tenga una geometría específica, es posible dar forma al haz de radiación para que se ajuste a una forma geométrica deseada. La terapia de radiación de intensidad modulada (IMRT) mejora además la conformación mediante el uso de múltiples aberturas ponderadas para cada haz de tratamiento para tener en cuenta las variaciones geométricas en las dimensiones de la proyección del haz.

La radiocirugía es un procedimiento médico que permite el tratamiento no invasivo de tumores benignos y malignos y otras afecciones, tales como malformaciones arteriovenosas (AVM) y neuralgia del trigémino. Implica dirigir de forma precisa haces de radiación ionizante altamente enfocados a un punto individual (denominado "isocentro") . Al aplicar una dosificación de radiación precisa en el isocentro, se pueden someter a ablación tumores y otras lesiones, que son de otro modo inaccesibles o inadecuados para cirugía abierta. Por lo general, solo es necesario un tratamiento individual o unos pocos tratamientos. La radiocirugía implica por lo general el uso de múltiples haces de radiación pequeños colimados circulares dirigidos al isocentro. Por lo tanto, la radiación se concentra en el isocentro mediante la superposición de múltiples haces pequeños superpuestos. Los tejidos adyacentes, que no están en el isocentro, no están expuestos a los haces superpuestos y, por lo tanto, no están sometidos a la dosis de radiación concentrada.

Los múltiples haces superpuestos se pueden crear usando cualquier fuente individual de radiación con colimadores individuales, tal como en el caso del GammaKnife de Elekta (Estocolmo, Suecia) , o formando un arco con una fuente individual y un colimador alrededor de un punto. Los LINAC médicos montados isocéntricamente tradicionales consiguen un efecto similar de múltiples haces independientes usando una combinación de ángulos de plataforma y suspensión con colimadores circulares o de múltiples hojas.

Se puede tratar un volumen complejo de tejido con radiocirugía usando múltiples isocentros (o "disparos") en puntos discretos en el interior del volumen. La radiación se suministra a cada isocentro con una disposición específica de haces múltiples y un tamaño de colimador específico.

La dosis de la radiación usada en terapia de radiación y radiocirugía está limitada por las consideraciones de toxicidad en el tejido no diana, es decir, el tejido normal, dentro del y/o adyacente al tejido diana, por ejemplo, tejido enfermo. La cantidad de radiación a la que se expone el tejido no diana está determinada por una diversidad de factores. Por ejemplo, existe un margen de error asociado a la colocación del haz de radiación, que está limitado por la exactitud mecánica del dispositivo de tratamiento y el conocimiento de dónde está el tejido no diana en el momento del tratamiento. La naturaleza y las propiedades de un haz de radiación divergente individual que incide en el tejido diana también tienen efecto en la exposición del tejido no diana a la radiación. El intervalo lateral de electrones secundarios fuera del campo de radiación, el tamaño y la forma físicos de la fuente de los fotones, la forma del borde del colimador, la dispersión de fotones y la transmisión a través del colimador afectan la disminución

en la dosificación (es decir, la penumbra del haz de radiación) de la radiación de fotones de alta energía fuera del borde del colimador. La interacción de todos los haces también tiene efecto en la exposición del tejido no diana a la radiación. Geométricamente, todos los haces se superponen en el tejido diana, y también se pueden superponer en el tejido no diana. Tal superposición en el tejido diana y el tejido no diana hace muy difícil, si no imposible, suministrar uniformemente una dosis de radiación elevada al tejido diana mientras que no se suministre ninguna radiación al tejido no diana. Fuera del borde del tejido diana, por ejemplo, el tumor, la dosis de radiación disminuye con un gradiente variable en lugar de bruscamente. Dependiendo de las técnicas usadas, incluyendo el diseño del colimador y la disposición del haz, tal disminución de la dosis puede ser pronunciada o muy suave. Tal disminución de la dosis en el límite de la diana se denomina "gradiente de dosis". Se puede conseguir el mejor beneficio terapéutico con un gradiente de dosis elevado en el borde del tejido diana. Para un haz de radiación de fotones de alta energía divergente individual que cubre un tejido diana, la "atenuación" del gradiente de dosis está causada por fotones y electrones dispersados a lo largo de la dimensión radial del límite del haz y la entrada y la salida del haz a lo largo de la dirección del haz. Con múltiples haces, el gradiente de dosis se ve influenciado en gran medida por la superposición de los haces en los lados de entrada y salida del tejido diana. La divergencia de los haces de radiación también contribuye a hacer el gradiente de dosis menos pronunciado. El uso de múltiples puntos focales (también denominados "disparos") , tal como cuando un volumen de tejido diana no se puede tratar con un isocentro individual, da como resultado la interacción de los haces desde puntos focales adyacentes. La interacción de los haces desde puntos focales adyacentes puede aumentar la exposición a la radiación de un tejido no diana dentro del y/o adyacente al tejido diana.

La razón principal por la que los métodos anteriores dan como resultado la exposición del tejido no diana a la radiación es que los métodos no pueden crear un marcado gradiente de dosis en el límite de un tejido diana. Los sistemas de colimación se diseñan para tratar dianas de todos los tamaños y formas. Con los LINAC médicos, los colimadores están fijos o se configuran dinámicamente. Los colimadores fijos son siempre de forma circular. Los colimadores dinámicamente configurables están compuestos por cuatro bocas, que pueden formar cualquier campo rectangular, o usan múltiples hojas de espesor variable, que pueden formar campos irregulares. Debido a que los tejidos diana, tales como tumores, casi nunca son rectangulares, las bocas se han vuelto gradualmente obsoletas. Para los colimadores de múltiples hojas, el límite... [Seguir leyendo]

1. Un colimador, que se adapta para: (i) formar un haz de radiación para que tenga una sección transversal en forma de D, (ii) mantener el eje central del haz de radiación sobre o adyacente al borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación y (iii) rotar completamente el haz de radiación en cualquier dirección alrededor del eje del haz, de modo que el borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación se pueda orientar hacia cualquier dirección; caracterizado por que:

el colimador comprende la mitad de un colimador circular con una sección transversal circular y un túnel en forma de cono y la mitad de un colimador rectangular con una sección transversal rectangular y un túnel en forma de pirámide, donde los colimadores circular y rectangular tienen la misma divergencia.

2. Un sistema para irradiar un tejido diana en un paciente que comprende:

(i) un sistema de soporte del paciente, que se configura para mover un paciente situado sobre el sistema de soporte del paciente en hasta tres ejes de movimiento y sitúa un tejido diana del paciente dentro de la distancia de irradiación de al menos una fuente de un haz de radiación;

(ii) al menos una fuente giratoria de un haz de radiación, en el que cada fuente de un haz de radiación giratorio

se puede rotar alrededor de un tejido diana en un paciente situado sobre el sistema de soporte del paciente;

(iii) al menos un colimador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada colimador se alinea operativamente con una fuente giratoria de un haz de radiación; y (iv) una unidad de control central, que se configura para coordinar el movimiento del sistema de soporte del paciente con respecto a un eje de rotación estacionario de al menos una fuente giratoria de un haz de radiación, la rotación de la al menos una fuente giratoria de un haz de radiación alrededor del eje de rotación, y la alineación de cada colimador con la rotación de una fuente giratoria de un haz de radiación de modo que el centro de rotación del haz de radiación se sitúe en una o más ubicaciones deseadas dentro del tejido diana durante la irradiación simultánea o secuencial del tejido diana.

3. Un método de planificación de irradiación de un tejido diana en un paciente con un sistema para irradiar un tejido diana en un paciente de acuerdo con la reivindicación 2, cuyo método comprende:

(i) determinar el volumen y el contorno superficial del tejido diana que se va a irradiar y, si estuviera presente, el volumen y el contorno superficial de un tejido no diana situado completamente dentro del tejido diana y/o el contorno superficial y, opcionalmente, el volumen de un tejido no diana situado parcialmente dentro del tejido diana, (ii) ajustar la dosis de radiación que se va a suministrar a la diana y limitar la dosis de radiación en el tejido no diana;

(iii) asignar puntos de control a los contornos superficiales identificados en (i) , (iv) determinar el ángulo del haz de radiación, la orientación del colimador y la posición del sistema de soporte 35 del paciente en cada punto de control,

(iv) asignar puntos "comodín" dentro del volumen del tejido diana con la condición de que no se asigne ningún punto "comodín" dentro del volumen de cualquier tejido no diana que esté situado completa o parcialmente dentro del tejido diana,

(v) determinar la ruta de movimiento cuando se conectan todos los puntos de control y, opcionalmente, uno o

más puntos "comodín", y optimizar la ponderación de cada punto de control de radiación de modo que proporcione una dosis de radiación uniforme dentro del tejido diana y una disminución marcada fuera del límite entre el tejido diana y cualquier tejido no diana y (vi) comprobar la distribución de dosis de radiación resultante frente a una distribución de dosis de radiación deseada y ajustar la ruta de movimiento y las ponderaciones de los puntos de control en consecuencia y, si 45 fuera necesario, añadir más puntos de control, coordinando de ese modo (a) - (c) :

(a) el movimiento del sistema de soporte del paciente con respecto a un eje de rotación estacionario de al menos una fuente giratoria de un haz de radiación,

(b) la rotación de la al menos una fuente giratoria de un haz de radiación alrededor del eje de rotación y

(c) la alineación de cada colimador con la rotación de una fuente giratoria de un haz de radiación de modo que

el centro de rotación del haz de radiación se sitúe en una o más ubicaciones deseadas dentro del tejido diana durante la irradiación simultánea o secuencial del tejido diana y (d) formar el haz de radiación para que tenga una sección transversal en forma de D, (e) mantener el eje central del haz de radiación sobre o adyacente al borde recto de la sección transversal en 5 forma de D del haz de radiación y (f) rotar completamente la sección transversal en forma de D del haz de radiación en cualquier dirección, de modo que el borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación se pueda orientar hacia cualquier dirección;

tras lo cual se planifica la irradiación de un tejido diana en un paciente.

4. El método de la reivindicación 3, en el que el sistema de acuerdo con la reivindicación 2 se configura para mantener el borde recto de la sección transversal en forma de D del haz de radiación tangencialmente al contorno superficial identificado en (i) a medida que los haces se hacen rotar alrededor del paciente mediante el movimiento coordinado del sistema de soporte del paciente durante la irradiación planificada.

5. Un método para fabricar el colimador de la reivindicación 1, cuyo método comprende unir la mitad del colimador 15 circular con la mitad del colimador rectangular, tras lo cual se fabrica el colimador.