BR112013023139B1 - Sistema de orientação de radiação de circuito fechado, método para controle de circuito fechado de radiação - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE ORIENTAÇÃO DE RADIAÇÃO DE CIRCUITO FECHADO, MÉTODO PARA CONTROLE DE CIRCUITO FECHADO DE RADIAÇÃO. Um sistema de controle de radiação e método são providos, nos quais radiação fornecida a um paciente e/ou ao operador de equipamento é minimizada. O sistema de controle de radiação pode ser usado numa ampla variedade de aplicações, incluindo aplicação na qual fonte de radiação é usada para inspecionar um objeto, tal como, por exemplo, geração de imagem médica, diagnóstico e terapia, em produzir operação usando radiação, em sistemas de escaneamento de aeroportos, em diferentes instalações de segurança e na automação e controle de reatores nucleares. O sistema de controle de radiação e o método também podem ser usados com imagem em 3D.
Description
[001] O presente pedido reivindica o benefício, mediante 35 USC 120, para o Pedido de Patente dos EUA, No. de Série 13/311,491, 13/311,495 e 13/311,486, todos depositados em 5 de Dezembro de 2011, todos os quais, por sua vez, reivindicam o benefício, mediante 35 USC 119(e), para o Pedido de Patente Provisório dos EUA, No de Série 61/453,540, depositado em 16 de Março de 2011 e intitulado “Radiation Control and Minimization System and Method”, cujas totalidades são incorporadas no presente documento por meio de referência.
[002] A divulgação diz respeito, de modo geral, a sistemas de radiação (ou para uso industrial, de segurança, terapêutico ou em geração de imagem) e, particularmente, em sistemas para minimizar a radiação à qual um paciente, uma pessoa, um objeto ou um operador são expostos.
[003] Dispositivos e sistemas que geram várias formas de energia de radiação/ionização são usados para vários fins terapêuticos, de tratamento, de diagnóstico ou de geração de imagem. Por exemplo, várias formas de energia de radiação/ionização podem ser usadas para inspecionar um objeto (tal como em sistemas de escaneamento em aeroportos), em diferentes instalações de segurança, controles de processo e fabricação) ou examinar um paciente (tal como numa clínica ou num hospital, por exemplo, laboratório de cateterismo, onde um cirurgião/terapeuta opera um sistema de raio-x ou de tomografia computadorizada).
[004] A indústria de imagens médicas, por exemplo, está fortemente concentrada em reduzir a dose de radiação no procedimento de diagnóstico e tratamento, o qual inclui modificação de hardware e software e procedimentos de sala de operação. Vide Miller DL, Balter S, Schueler BA, Wagner LK, Strauss KJ, Vano E. “Clinical radiation management for fluoroscopically guided interventional procedures”, Radiology. Nov 2010; 257(2):321-332. O relato acerca da dose de radiação é uma das medidas de garantia de segurança solicitadas pelo sistema de seguro de saúde. Além disso, a FDA (Administração de Alimentos e Fármacos dos EUA), em seu “Livro branco” de 2010 pediu pela redução significativa da “radiação desnecessária”. FDA, “Livro branco: Initiative to Reduce Unnecessary Radiation Exposure from Medical Imaging. In: Administration CfDaRHUSFaD, ed. 2010.
Existem dois componentes principais que podem reduzir a exposição á radiação. O primeiro componente é uma melhoria técnica do equipamento de raio- x, tal como um investimento na melhor filtragem, em colimadores, aquisição de equipamento e análise de imagem. O outro componente é a maneira como o operador utiliza a radiação, o que inclui a duração da exposição, a distância da fonte em relação ao paciente e colimação apropriada. Vide Miller DL, Balter S, Schueler BA, Wagner LK, Strauss KJ, Vano E. ..Clinical radiation management for fluoroscopically guided interventional procedures", Radiology. Nov 2010; 257(2):321-332 e Arthur WR, Dhawan J, Norell MS, Hunter AJ, Clark AL, “Does cardiologist-or radiographer-operated fluoroscopy and image acquisition influence optimization of patient radiation exposure during routine coronary angiography?”, Br J Radiol. Sep 2002;75(897):748-753. A educação acerca da radiação do operador/médico é crítica no sentido de reduzir a dose de radiação, e um médico treinado utiliza quantidades significativamente menores de radiação. Um foco similar para reduzir a exposição à radiação existe nas áreas não médicas. Por exemplo, a indústria nuclear, por várias décadas, tem sido muito sensível com relação à exposição à radiação e, em vários outros setores da indústria, existem orientações estritas para minimizar a exposição. Vide Http://www.state.il.us/iema/publications/pdf/IEMA%20032%20Everyday%20Uses %20of%2 ORadiation.pdf.
Por exemplo, durante uma fluoroscopia guiada, procedimento médico interventivo, existem períodos de tempo em que o operador (normalmente um médico), mesmo quando ele/ela ativa a fonte de radiação, que irradiam o paciente e a equipe não recebe a informação gerada por uma fonte de radiação. Essa radiação (e a informação contida nela) não é apenas perdida; mais do que isso, prejudica desnecessariamente o paciente e a equipe/o operador da fonte de radiação. Isso pode ser chamado de “Radiação Não Vigiada” (UR), a qual é indesejada. Assim, em vários pedidos diferentes, nos quais objetos ou pacientes são examinados, é desejável reduzir a Radiação Não Vigiada e, portanto, minimizar a exposição à radiação potencialmente nociva ao operador e/ou ao paciente, estando a presente divulgação direcionada para este fim.
Figura 1 ilustra um exemplo de uma aplicação médica, na qual uma fonte de radiação é usada para examinar um paciente, em que radiação não vigiada pode ocorrer; Figura 2 ilustra uma modalidade de uma redução de radiação e aparelho de minimização; Figura 3 ilustra um exemplo de um dispositivo de monitoramento de direção de olhar, o qual pode ser usado com o aparelho de minimização e redução de radiação; Figura 5 A-4C ilustram três exemplos de dispositivos de monitoramento de atenção de rastreamento de movimento de olho; Figura 6 A-5B ilustram uma implementação de rastreamento de zona de fixação do aparelho de minimização e redução de radiação; Figura 7 A-6D ilustram modalidades diferentes para controlar a fonte de radiação quando rastreamento de zona de fixação é usado; Figura 8 ilustra mais detalhes do módulo controlador para rastreamento de zona de fixação e Figura 9 ilustra uma implementação de monitoramento de atividade cerebral do aparelho de minimização e redução de radiação.
A divulgação é particularmente aplicável a um sistema usado para examinar/tratar/diagnosticar um paciente, no qual a radiação é minimizada, sendo neste contexto em que a divulgação será descrita. Notar-se-á, contudo, que o sistema e o método para reduzir exposição à radiação possuem maior utilidade, uma vez que podem ser usados em qualquer aplicação, na qual é desejável minimizar a exposição à radiação de um paciente ou de uma pessoa, tal como um paciente ou operador, os quais podem ser prejudicados pela exposição. Tais aplicações podem incluir sistemas que inspecionam um objeto, em que o operador pode ser exposto à radiação não vigiada (tais como sistemas de escaneamento de aeroportos, diferentes instalações de segurança, controles de fabricação e processo etc.) ou sistema para examinar um paciente (tal como numa clínica ou num hospital, por exemplo, laboratório de cateterismo, onde um cirurgião/terapeuta opera um sistema de raio-x ou de tomografia computadorizada, um procedimento diagnóstico, um procedimento de tratamento, ou procedimento de geração de imagem etc.). A minimização de radiação pode ser usada com qualquer tipo de radiação, incluindo fontes de radiação ionizante (raios-X, gama, alfa e beta) e fontes de radiação não ionizante (eletromagnética, EUA). A minimização de radiação também pode ser usada com sistemas 3D, tais como tomografia computadorizada, geração de imagem por ressonância magnética, plano bidimensional e outros.
Figura 1 ilustra um exemplo de uma aplicação médica, na qual uma fonte de radiação é usada para examinar um paciente, em que radiação não vigiada pode ocorrer. Na aplicação médica, um paciente 20 pode repousar numa superfície 22 de um aparelho 24. Neste exemplo, o aparelho no exemplo possui uma fonte de radiação 26 e um detector 28 conectados entre si por meio de um braço C 30, em que a radiação é direcionada ao paciente 20 para gerar imagem ou tratar uma porção particular do paciente. O aparelho 24 também pode incluir um monitor 32, no qual os resultados da geração de imagem/tratamento do paciente são exibidos. O aparelho também pode incluir um ativador de radiação 34, o qual permite operar para ativar a emissão de radiação a partir da fonte de radiação. Adicionalmente em relação ao paciente 20, pode haver também um operador 36 (às vezes, um médico) e um assistente 38, os quais ficam próximos ao aparelho 24. Como resultado, o paciente, o operador e o assistente também podem ser expostos à radiação e, mais particularmente, expostos à radiação não vigiada, a qual é minimizada por meio do sistema de minimização e redução de radiação descrito abaixo. A aplicação médica mostrada na Figura 1 é meramente representativa dos tipos de sistema com os quais o sistema de minimização e redução de radiação pode ser usado, uma vez que o sistema de minimização e redução de radiação pode ser usado em qualquer sistema no qual é desejável ser capaz de reduzir/minimizar radiação não vigiada, tais como sistemas identificados acima, sem que esteja limitado a estes.
Figura 2 ilustra uma modalidade de um aparelho de minimização e redução de radiação 40, o qual pode ser conectado a um aparelho de geração de radiação 24, a fim de reduzir/minimizar radiação não vigiada do aparelho de geração de radiação 24. O aparelho 40 pode ser implementado como uma combinação de elementos de hardware e de elementos de software, os quais realizam as funções e operações descritas abaixo. Noutras implementações, o aparelho pode ser implementado inteiramente em hardware (um dispositivo de hardware especialmente programado ou algo semelhante). O aparelho 40 pode compreender um módulo/uma unidade de monitoramento de atenção 42 que recebe entradas a partir de um ou mais sistemas de monitoramento de atenção de operador 41, o qual pode ser implementado ao se usar um sistema de sensoriamento cerebral e/ou de cabeça, um sistema de sensoriamento de olho ou olhos ou sistema de sensoriamento de olhar, os quais são descritos abaixo, e gera um sinal de demanda de atenção (por exemplo, foco de olhar). O sinal de demanda de atenção indica que quem quer que opere o aparelho de geração de radiação 24 tem a atenção dele/dela apropriadamente focada, tal como direcionada ao/em direção ao monitor. Mais detalhadamente, o módulo/unidade de monitoramento de atenção 42 e a unidade de controle 46 monitoram todos os usuários/operadores para determinar se e quando a informação gerada pela radiação é ou pode ser usada (por exemplo, os usuários/operadores leem a informação de monitor) e sinal de atenção é gerado. O sinal de demanda de atenção é alimentado num módulo/numa unidade de controle 46.
Os sistemas de monitoramento de atenção de operador 41 podem, alternativamente, incluir uma análise de imagem e identificação automatizada de uma região de sistema de interesse. Por exemplo, o sistema pode identificar automaticamente a localização de um tipo de cateter usando técnicas bem conhecidas de processamento de imagem (por exemplo, identificar o movimento do dispositivo que está dentro do corpo, uma forma geométrica predeterminada do dispositivo e/ou um dispositivo especialmente marcado) e a direção da radiação relativamente a esta localização, a fim de identificar que o operado está alerta, uma vez que o cateter deve estar na mesma localização que a radiação. O dispositivo sendo orientado (tal como o do tipo cateter) também pode ser “marcado” com um indicador especial. Isso pode ser efetuado de várias maneiras, incluindo um construto em software, o qual realiza segmentação adequada de imagem e reconhecimento de objeto (é dizer, ferramenta/cateter), seguido por referência/acesso a uma base (de dados) de conhecimento de procedimento médico pré-carregada, a qual irá prover a coordena para a radiação focada (região de alto interesse). Essa análise de imagem e identificação automatizada de uma região de sistema de interesse pode ser usada com os outros sistemas de monitoramento de atenção descritos acima ou pode ser usada em vez dos sistemas de monitoramento de atenção descritos acima.
O aparelho 40 pode compreender, adicionalmente, um módulo/uma unidade de ativação de radiação 44 que recebe entradas a partir de um ou mais dispositivos de ativação de radiação 43, tais como o ativador de radiação 34 na Figura 1 ou qualquer outro dispositivo que indica uma intenção por parte do operador/assistente em ativar a fonte de radiação, e gera um sinal de demanda de radiação. O sinal de demanda de radiação indica que o operador ativou os dispositivos de ativação de radiação (indicando intenção por parte do operador/usuário em iniciar a radiação) indicando que a radiação deve ser gerada. Os dispositivos de ativação de radiação podem ser implementados numa variedade de maneiras, incluindo um pedal (conforme mostrado na Figura 1), um interruptor mecânico; um comando de voz, uma designação óptica, assim como várias outras que, no geral, podem ser usadas com o aparelho de minimização de radiação, uma vez que o aparelho de minimização de radiação não está limitado a quaisquer dispositivos particulares de ativação de radiação. Caso o dispositivo ativado por radiação tenha sido ativado, o sinal de demanda de radiação também é alimentado num módulo/unidade de controle 46.
O módulo/a unidade de controle 46, com base no sinal de demanda de radiação e nas entradas de sinal de demanda de atenção, ativa o aparelho de geração de radiação de tal forma a reduzir/minimizar radiação não vigiada. Em particular, o sinal de demanda de radiação e o sinal de demanda de atenção devem indicar que a atenção do operador está apropriadamente focada e que o dispositivo de ativação de radiação foi ativado pelo operador. Uma vez que ambos os sinais devem estar presentes, a fim de ativar o aparelho de geração de radiação, a exposição à radiação não vigiada é reduzida/minimizada. Em particular, quando o dispositivo de ativação de radiação é ativado, embora a atenção do operador não esteja apropriadamente focada (com base no monitor de atividade cerebral e/ou na detecção do enfoque óptico por meio do dispositivo de rastreamento de olho), é provável que o operador não esteja prestando atenção para que nenhuma ou a radiação de nível mínimo (a ser determinado pelo usuário) seja gerada pelo aparelho de geração de radiação. Similarmente, caso a atenção do operador esteja apropriadamente focada, embora o dispositivo de ativação de radiação não esteja ativado, é provável que o operador não queira que radiação seja gerada, para que nenhuma radiação seja gerada pelo aparelho de geração de radiação. Assim, o módulo/a unidade de controle 46 permite apenas o início de radiação (usando aperto de mão apropriado e interface de controle) quando tanto o módulo de monitoramento de atenção e o módulo de ativação de radiação enviam um sinal de LIGADO.
O módulo/a unidade de controle 46 também pode controlar outros aspectos do sistema de diagnóstico/tratamento. Em particular, o módulo/a unidade de controle 46 pode controlar a mesa de paciente 22 com base na atenção do operador. Em sistema típico, um médico gostaria de ter, na maior parte do tempo, o centro de sua atenção no meio/centro da tela/monitor, e o médico frequentemente reposiciona manualmente a mesa e o tubo de raios-X para realizar isso num sistema típico. Usando o sistema descrito no presente documento, o médico, quando ele/ela decidiu que quer reposicionar a mesa, ela/ela envia comando para o sistema para ajustar a posição de tubo de raios- X/mesa para sua atenção (por exemplo, com base em sua localização de olhar) e o sistema pode ajustar automaticamente a mesa. O comando de médico pode ser executado ou por voz ou por interruptor. O operador terá um interruptor de passagem para mudar esta opção ligada ou desligada.
Quando a radiação deve ser gerada pelo aparelho de geração de radiação 24, o módulo/a unidade de controle 46 pode gerar um ou mais parâmetros de controle de radiação, os quais são usados para controlar a geração da radiação por meio do aparelho de geração de radiação 24. O um ou mais parâmetros de controle de radiação podem incluir uma localização da radiação (quando é desejável focar mais minuciosamente a radiação sobre uma localização particular), filtragem/colimação da radiação fora do centro da atenção, cronometragem (o tempo no qual a radiação será gerada), frequência (o número de vezes sobre uma quantidade predeterminada de tempo no qual um feixe de radiação pulsado é gerado) e intensidade (para aparelho de geração de radiação em que a intensidade do feixe de radiação pode ser ajustada). Por exemplo, para um raios-X, voltagem de pico (kVP) é usada como a energia do feixe e densidade mA para a intensidade do feixe. Os parâmetros também podem incluir a quantidade de colimação/filtragem da radiação para restringir o feixe ao ponto de atenção. Outros parâmetros de importância são as taxas espaciais e temporais de redução a partir do ponto central com alta radiação relativamente à periferia da imagem, onde menor (ou nenhum) nível de radiação pode ser requerido.
Em configurações com múltiplas fontes de radiação orientadas para o mesmo alvo (paciente/objeto), os parâmetros de radiação também podem incluir um identificador da fonte de radiação a ser usada (às vezes, em tempos diferentes). Usando este um ou mais parâmetros de controle de radiação, o módulo/a unidade de controle 46 pode minimizar, adicionalmente, radiação desnecessária ao garantir que somente a quantidade necessária de radiação para a tarefa particular seja usada pelos elementos de controle do aparelho de geração de radiação, tal como a grade eletrônica, filtragem, colimação etc. O um ou mais parâmetros de controle de radiação também podem ser usados para garantir que radiação seja apenas direcionada para uma localização particular quando uma localização particular pode ser identifica que reduz radiação estranha em localizações que não precisam ser irradiadas. Adicionalmente, a radiação não vigiada pode ser bloqueada ao se usar uma grade elétrica da fonte de radiação ou ao colocar um escudo que bloqueia a radiação. A partir de agora, são descritos vários exemplos de situações nas quais radiação não vigiada pode ocorrer, incluindo: 1) uma situação sem olhar, sem radiação; 2) uma situação “se você não pode usá-lo, não peça por ele”; 3) uma situação “onde você vê isso, é onde você o obtém”; e 4) situação “se você realmente quer, você o obterá”.
Nesta situação, o operador continua a operar a fonte de aparelho de geração de radiação, ao passo que nem sequer olha para o monitor ou sem a atenção dele/dela apropriadamente focada. O aparelho de minimização e redução de radiação descrito acima pode ser usado para remediar esta situação, na qual um sistema de monitoramento de olhar/olhar de operador é sincronizado com um dispositivo de ativação de radiação para desligar o aparelho de geração de radiação se e quando o operador designado não estiver olhando para a tela a fim de reduzir a exposição à radiação do paciente (em aplicações médicas) e/ou o operador e outras pessoas adjacentes ao aparelho de geração de radiação durante a operação do aparelho de geração de radiação.
Nesta situação, o dispositivo de monitoramento de atenção 41 pode ser implementado de várias maneiras diferentes. A primeira implementação do dispositivo de monitoramento de atenção 41 pode ser um dispositivo de rastreamento de olhar. O dispositivo de rastreamento de olhar pode ser um dispositivo que já está comercialmente disponível ou um dispositivo de rastreamento de olhar personalizado e o aparelho de minimização e redução de radiação pode ser usado com vários tipos de dispositivos de rastreamento de olhar. Por exemplo, os dispositivos de rastreamento de olhar podem incluir vários sistemas de rastreamento de olhar comercialmente disponíveis, tais como aqueles fabricados por SensoMotoric Instruments Inc. (www.smivision.com) e sistema que pode encontrado em www.sr-research.com/index.html).
Outra implementação dos dispositivos de monitoramento de atenção 41 pode ser sistemas de monitoramento de direção de olhar que determinam se o olhar do operador está apropriadamente direcionado, tal como para um monitor. Um exemplo de um dispositivo de monitoramento de direção de olhar que pode ser usado com o aparelho de minimização e redução de radiação para remediar esta situação é mostrado na Figura 3. O aparelho de minimização e redução de radiação tem os mesmos módulos/as mesmas unidades mostradas na Figura 2 (embora nem todos os módulos/as unidades sejam mostrados na Figura 3). O dispositivo de rastreamento de olhar na Figura 3 tem um conjunto de óculos de proteção/óculos 50, os quais têm um conjunto de sensores, um transmissor/emissor 52, um conjunto de sensores, um receptor 54 e um refletor 56 no monitor 32. Alternativamente, o transmissor e/ou o receptor podem ser anexados à cabeça do operador. O transmissor emite um feixe de energia eletromagnética (infravermelho, frequência de rádio, laser etc.) em direção ao refletor 56 e a energia refletida é recebida pelo receptor 54 para determinar se a direção de olhar do operador está na direção do monitor 32. Quando o operador não está olhando para o monitor 32, a energia a partir do transmissor não é refletida (ou o sinal não refletido não tem uma característica particular), de tal modo que é determinado que o operador não está olhando para o monitor. Nessa modalidade dos dispositivos de monitoramento de direção de olhar, vários designs de combinação emissor-receptor podem ser usados, incluindo, sem que estejam limitados a: 1) um emissor e receptor no alvo visual e o refletor na cabeça do operador; 2) um emissor no alvo e o receptor localizado na cabeça do operador; 3) um emissor e receptor na cabeça do operador; 4) um emissor na cabeça do operador e o receptor no alvo; 5) ou emissor ou receptor ou ambos estão localizados noutro lugar no local operacional; 6) monitoramento de silhueta com luz regular ou uma câmera infravermelha; e 7) monitoramento de imagem tridimensional (3D), em que a posição da cabeça será gravada e as câmeras estão localizadas no monitor e podem reconhecer a face e a expressão do operador, incluindo olhar.
Nesta situação, o módulo/a unidade de ativação de radiação 44 tem os mesmos elementos e operação, conforme descrito acima na Figura 2. O módulo/unidade de controle 46 também tem os mesmos elementos e operação, conforme descrito acima 2. Nesta situação, o aparelho previne exposição à radiação quando o operador não está apropriadamente focado ou olhando para/em direção ao monitor 32.
Um exemplo desta situação ocorre num laboratório de cateterismo. Em particular, fluoroscopia contínua/ao vivo é usada rotineiramente para realização de procedimentos cirúrgicos minimamente invasivos, a fim de facilitar a navegação dentro do corpo humano. Orientado pela fluoroscopia contínua/ao vivo e usando o equipamento (cateteres, balões, stents, espirais) de radiopaco pequeno (visível por raios-X), o operador pode navegar dentro do corpo humano e fornecer o tratamento à localização específica. A fonte de radiação é ativada, tipicamente, pelo usuário/operador, comumente por meio de interruptor/pedal, o qual ativa a fonte de radiação (tubo de raios-X), a qual, por sua vez, gera o raio-x. Os raios-X passam, então, pelo objeto/paciente, e a câmera de detecção recebe a informação. A informação é então apresentada no monitor para análise por parte do usuário/operador. Em vários casos, esses procedimentos cirúrgicos demandam concentração mental significativa e atenção aos detalhes. Nesses casos, o operador pode ser distraído pela complexidade do procedimento e continuar a operar o equipamento de raios-X, enquanto não olha para o monitor. Isso resulta em radiação “desnecessária”, a qual não provê a informação ao operador, aumentado, significativamente, a dose de radiação que é nociva ao paciente e ao operador. Os sistemas de minimização/redução de radiação reduzem essa radiação desnecessária.
Durante algumas fases de processamento visual humano, existem fases ou segmentos de tempo, tais como movimentos sacádicos (movimentos fisiológicos dos olhos que ocorrem várias vezes a cada segundo e duram cerca de 80 milissegundos cada, ou durante “Perclose” (momentos em que as pálpebras estão temporariamente fechadas), onde o cérebro não adquire/processa/explora a informação visual “que aterrissa" na retina (dissimulação de movimento sacádico), e informação visual útil é extraída somente durante fases de fixações dos olhos. Nesta situação, um aparelho de minimização de radiação é usado, o qual tem um detector de movimento sacádico de operador (o dispositivo de monitoramento de atenção 41, nesta situação) sincronizado com um dispositivo de ativação de radiação). O aparelho de minimização de radiação desliga a fonte de radiação durante tais segmentos de tempo de “desperdício” (tais como “dissimulação de movimento sacádico”). Uma maneira popular de fornecer a radiação é aquela chamada “fluoroscopia pulsada”, em que uma taxa de pulso de 30 pulsos por segundo é usada. Usando o aparelho de minimização de radiação, os pulsos que recaem dentro dos segmentos de tempo de “desperdício” (dissimulação de movimento sacádico e perclose) serão bloqueados.
Nessa situação, os dispositivos de monitoramento de rastreamento de olho/de atenção 41 detectam a fase do percurso visual de operador, durante as fases “desatentas” do ciclo visual, esse módulo envia o sinal ao módulo de controle para bloquear a radiação. O dispositivo de monitoramento de atenção 41 pode ser implementado de várias maneiras diferentes. A primeira implementação pode ser por tecnologia de rastreamento de olho/olhar, conforme descrito acima. Noutra implementação, os dispositivos de monitoramento de atenção 41 podem ser com tecnologia de rastreamento de globo ocular (com três exemplos mostrados na Figura 4). Conforme mostrado na Figura 4, a tecnologia de rastreamento de globo ocular pode ser versão montada de fita em torno da cabeça ou de cabeça 400, uma versão montada de óculos de proteção 402 ou uma versão remota 404, nas quais um ou mais sensores 406 (tais como sensores a laser, de vídeo, infravermelho, capacitivos, magnéticos, piezoelétricos, por exemplo) são montados para detectar o movimento de olho do operador. Em implementações específicas, a tecnologia de rastreamento de globo ocular pode ser uma câmera infravermelha localizada nos óculos de proteção contra radiação, um ou mais sensores de capacidade localizados nos óculos de proteção contra radiação, uma ou mais câmeras localizados nos óculos de proteção contra radiação, combinação de emissor-receptor de raio laser ou sensores ultrassom.
Nessa situação, o módulo/a unidade de ativação de radiação 44 tem os mesmos elementos e operação, conforme descrito acima na Figura 2. O módulo/a unidade de controle 46 também tem os mesmos elementos e operação, conforme descrito acima na Figura 2. Nessa situação, o aparelho previne exposição à radiação quando o operador não está apropriadamente focado ou olhando para/em direção ao monitor 32.
Em vários procedimentos online envolvendo monitoramento visual, na maior parte do tempo a zona de fixação do operador está comprometida com detalhes de procedimento (por exemplo, um dispositivo, um corte de instrumento, uma característica anatômica etc.) de dimensões/tamanhos que são usualmente uma pequena fração (por exemplo, 1 a 5%) de toda área representada em imagem (campo de visão (FOV)) [16 polegadas]. Os dados de imagem em torno dessa zona de fixação, embora úteis para informação contextuai, não requerem a mesma taxa de atualização (frequência de radiação) nem a intensidade e resolução necessária dentro da zona de fixação. Além disso, mesmo se provido, o operador não percebe por completo nem explora a informação de fora dessa área da mais alta concentração visual e mental (a zona de fixação). Nessa situação, a fim de reduzir a dose de radiação, a radiação é melhorada ao se melhorar os parâmetros de radiação (frequência, intensidade, resoluções temporal e espacial) para cada zona do FOV com base na utilidade da informação. Um processo de melhoria no módulo de controle 46 computa os parâmetros adequados para cada segmento de imagem. Por exemplo, numa modalidade simplista do processo, a zona de fixação recebe alta frequência de radiação e alta intensidade de radiação, e todas as outras zonas (imagem de fundo) recebem radiação mínima (baixa) ou mesmo nenhuma radiação, empregando imagens de história passada e evitando atualizá-las conjuntamente. Nessa situação, um monitor de zona de fixação de operador é sincronizado (via módulo de controle) com um dispositivo de ativação de radiação. Nessa situação, os sensores de fixação 408 são usados para determinar uma zona de fixação 410 do operador no monitor 32. Os sensores de fixação 408 operam da mesma maneira que o rastreamento de olho, uma vez que o rastreamento de olho se baseia na gravação do movimento e localização das pupilas, o que dá tanto as direções de olhar como movimento de olho e localização de olhar/atenção. Nessa situação, o módulo de monitoramento de atenção inclui um módulo de determinação de zona de fixação 411, o qual determina a zona de fixação do operador. Nessa situação, os dispositivos de monitoramento de atenção podem usar dispositivos de monitoramento similares, conforme descrito acima.
Nessa situação, o módulo/a unidade de ativação de radiação 44 tem os mesmos elementos e operação, conforme descrito acima, na Figura 2. Para o módulo/a unidade de controle 46 e a fonte de radiação 26, várias diferentes modalidades são mostradas nas Figuras 6A - 6C.
O módulo de controle 46 tem um módulo de melhoria de radiação 414 em cada uma das modalidades. O módulo de melhoria de radiação 414 computa em tempo real (usando o sinal de rastreamento de olhar) e fornece ao controlador de fonte de radiação os parâmetros de radiação ideais (taxa de pulso, intensidade (mAm) energia (Kvp) do feixe de radiação e resolução necessária por cada segmento de imagem dentro de todo o campo de visão FOV). Esse módulo pode estar usando um processo de melhoria que está usando a história arquivada de zonas de fixação e seu timing como rastreado pelos olhos assim como os perfis irradiados e seu timing como fornecidos para cada zona de imagem, conforme mostrado mais detalhadamente na Figura 7. O módulo aloca a dosagem mínima necessária dentro de cada subconjunto de segmento de imagem (pixel), o qual é necessário a fim de fornecer a clareza e validade de imagem necessárias (timing) para o operador. Por exemplo, inicialmente ele receberá a informação concernente à área de atenção máxima do FOV (o sinal de rastreamento de olhar) a partir do módulo de monitoramento de atenção 42, conforme mostrado na
Figura 6A - 6C. Essa área será designada pelo módulo de melhoria de radiação 414 para receber significativamente mais radiação em termos de mAm aumentado e taxa de pulso do que o resto do FOV, a fim de prover geração de imagem melhorada. Isso resultará em resolução espacial, temporal e de contraste muito melhor, a qual, por sua vez, irá melhorar o desempenho do operador. O perfil de radiação e os parâmetros de radiação são então transferidos para a fonte de radiação 26.
A fonte de radiação 26, para essa situação, é projetada de tal forma que a fonte de radiação pode fornecer diferentes doses de radiação aos diferentes segmentos do FOV. De modo geral, isso pode ser realizado ao se usar ou colimadores mecânicos ou eletrônicos, fontes de radiação de feixe de elétron ou combinação de várias fontes de radiação. Numa implementação, a fonte de radiação 26 pode ser uma fonte de radiação padrão, tal como um tubo de raio-x, com colimador mecânico móvel ou filtro de região de interesse (ROI), de modo que os colimadores mecânicos (ou filtros) 461, conforme mostrado na Figura 6A, podem ser usados expondo dinamicamente as áreas de atenção máxima 410 e colimando as áreas restantes do FOV 412. Noutra implementação, duas ou mais fontes de radiação 462, tais como tubos de raios-X, conforme mostrado na Figura 6A, podem ser usadas, em que as várias fontes de radiação provêm a radiação para a área de atenção máxima e as outras para o restante do FOV com arranjos de colimadores correspondentes. Ainda noutra implementação da fonte de radiação, a fonte de radiação pode ter um ânodo/cátodo 462, conforme mostrado na Figura 6B e um colimador móvel (ou filtro ROI) 461, o qual é usado para ajustar a radiação direcionada no sentido da zona de fixação 410 e no sentido da zona de fundo 412.
Ainda noutra implementação, a fonte de radiação pode ter um colimador (ou filtro ROI) 461 e um ânodo com uma geometria complexo 462. Nessa implementação, as fontes de radiação são projetadas de maneira similar ao feixe de elétron CT (vide, por exemplo, patente 4,352,021) em que os elétrons que se originam no cátodo são direcionados por um campo magnético externo em direção a partes/segmentos diferentes do ânodo ou para diferentes alvos de ânodo. O ânodo é projetado como um complexo arranjo de alvos geometricamente orientados (por exemplo, uma matriz dos alvos). O ânodo também pode ser movido mecanicamente, a fim de mudar o ângulo e então criar uma opção adicional para mover o feixe de radiação. A aplicação/direção do feixe de elétron em relação às diferentes partes do ânodo resulta na troca na direção da radiação. A direção da radiação vai então se correlacionar com a área de atenção máxima. A radiação do FOV de resto será provida ou por tubo de raio-x diferente ou diferente fonte de feixe de elétron no mesmo tubo de raio-x.
Ainda noutra implementação, a fonte de radiação pode ter matriz de emissores de campo de radiação 462 (ou pequenos tubos convencionais de radiação que estão disponíveis comercialmente). A emissão de campo de elétron é um modo atrativo para extrair elétrons livres pelo fato de que os elétrons são emitidos em temperatura ambiente e a corrente de saída é voltagem controlável. Recentemente os pesquisadores da UNC melhoraram a morfologia das películas de nanotubos de carbono (CNT), as quais melhoram a corrente de elétrons para os geradores de raios-X (vide patente 7,085,351 b2). Nesse cenário, a radiação não uniforme pode ser ativada (ou a troca dos parâmetros de radiação) ao se usar combinação diferente dos emissores de campo de radiação. Os raios-X que são gerados ao se usar CNT são de alta frequência e de alta intensidade e mais programáveis. A fonte de raios-X pode ser projetada como uma matriz quadrada dos tubos de raios-X de emissão de campo múltiplo ou tubos de radiação convencionais. Nesse projeto cada tubo de raios-X é separadamente programável e pode fornecer o feixe de raios-X de intensidade desejada para a área específica. Por exemplo, um dos tubos de raios-X fornecerá a dose de radiação máxima para a área de atenção máxima 410 e os outros fornecerão dose de radiação menor para o resto do campo de visão 412.
A matriz de radiação, tal como tubos de raios-X, pode ser estendida para se assemelhar a um scanner CT parcial. Nesse caso, é possível criar um tipo de imagem CT ou 3D, e a geração de imagens CT durante procedimentos de intervenção orientada de fluoroscopia é uma característica muito desejável pelo cirurgião. Contudo, o tipo CT contínuo de escaneamento de todo o corpo submete o paciente a uma ampla quantidade de radiação. Usando o aparelho de redução e minimização de radiação acima com o monitoramento de atenção, o tipo CT de escaneamento de todo o corpo pode ser realizado nas zonas de fixação específicas 40, e as imagens são intermitentemente geradas, de modo que a exposição à radiação é reduzida.
Em várias situações um operador pode estar olhando e mesmo estar fixado firmemente numa subzona de imagem - agora, a “mente” dele/dela divaga “pensando/se ocupando em atividades mentais que não estão diretamente relacionadas com a tarefa em mãos. Tecnologia de monitoramento de cérebro 800 pode ser usada, a qual, quando empregada, permitirá desencadear um sinal de alerta sempre que o operador desviar sua atenção/seu foco da tarefa atual. Nessa situação, o monitor de estado cerebral/de enfoque de atenção de operador 800 e o monitor de zona de fixação 42 são sincronizados, conforme mostrado na 5 Figura 8.
O módulo de monitoramento de atenção mental 800 pode ser um módulo, tal como os eletrodos e o monitor de estado cerebral mostrados na Figura 8, de modo que atenção mental pode ser monitorada ao se usar os eletrodos ECG (vide, por exemplo, Pedido de Patente dos EUA, No. de Série 11/145,612, o qual 10 lista Bruce Katz e Allon Guez como inventores que intitularam “Brain State Recordation System”, cuja totalidade é incorporada ao presente documento por meio de referência. Nessa situação, o módulo de ativação de radiação e módulo de controle têm os mesmos elementos e operações, conforme descrito no presente documento.
Embora aquilo que foi mencionado acima faça referência a uma modalidade particular da invenção, notar-se-á, por parte daquelas pessoas versadas na técnica, que alterações nessa modalidade podem ser feitas, sem que se afastem dos princípios e do espírito da divulgação, cujo escopo é definido pelas reivindicações anexas.
Claims (15)
1. Sistema de orientação de radiação de circuito fechado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de radiação configurada para gerar um feixe de radiação; um monitor configurado para exibir uma área em imagem pelo feixe de radiação; um dispositivo para gerar um sinal de monitor de atenção indicando quando atenção de um operador está direcionada ao monitor; um processador de sinal configurado para processar o sinal de atenção de monitoramento gerado para determinar um foco de atenção do operador; um dispositivo para gerar um sinal de ativação de radiação indicando um desejo por parte do operador para ativar o feixe de radiação; uma unidade de controle configurada para determinar uma região de interesse (ROI) baseada no foco de atenção e para gerar, em tempo real, um sinal de controle baseado no sinal de monitor de atenção e o sinal de ativação de radiação que controla a radiação a partir da fonte de radiação para a região de interesse ROI a fim de prover feedback de circuito fechado em tempo real de radiação a partir da fonte de radiação para a região de interesse ROI; e um módulo de melhoria de radiação configurado para controlar a fonte de radiação para liberar diferentes doses de radiação a pelo menos dois segmentos diferentes dentro de um campo de visão.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sinal de controle é configurado para ativar o feixe de radiação a partir da fonte de radiação quando o sinal de ativação de radiação indica que o operador deseja gerar o feixe de radiação e o sinal de monitor de atenção indica que a atenção do operador está no monitor.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de geração de sinal de monitor de atenção compreende um dentre um sistema de rastreamento de olhar, um sistema de direção de olhar e um monitor de atividade cerebral.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação é configurada para gerar uma imagem tridimensional do alvo.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de geração de sinal de monitor de atenção é um de um detector de movimento sacádico do operador e um detector de piscada do operador.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de orientação de radiação de circuito fechado compreende, adicionalmente, uma mesa configurada para ser posicionada com base na região de interesse ROI determinada.
7. Método de controle de circuito fechado de radiação, caracterizado pelo fato de que compreende: gerar, por meio de um dispositivo de monitor de atenção, um sinal de monitor de atenção indicando atenção de um operador em direção a um monitor que exibe uma área de imagem por uma fonte de radiação; analisar, por um processador de sinal, um foco de atenção do operador e processar sinal de monitor de atenção; gerar, por meio de um dispositivo ativador de radiação, um sinal de ativação de radiação indicando um desejo do operador para ativar a fonte de radiação; determinar uma região de interesse (ROI) com base no sinal de monitor de atenção; e controlar, em tempo real, por uma unidade de controle, a fonte de radiação em direção a uma região de interesse ROI com base no sinal de monitor de atenção e o sinal de ativação de radiação para prover feedback de circuito fechado em tempo real de radiação a partir da fonte de radiação para a região de interesse ROI.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a fonte de radiação gera uma imagem tridimensional do alvo.
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que controlar a fonte de radiação compreende, adicionalmente, controlar um ou mais parâmetros da fonte de radiação.
10. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que controlar a radiação compreende ativar a fonte de radiação quando o sinal de ativação de radiação indica que o operador deseja gerar radiação e o sinal de monitor de atenção indica que a atenção do operador está na região de interesse ROI.
11. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que gerar o sinal de monitor de atenção compreende um de detectar os movimentos sacádicos do operador e detectar piscada do operador.
12. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, posicionar uma mesa com base na região de interesse ROI determinada.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controle de sinal controla pelo menos um parâmetro de radiação da referida fonte de radiação.
14. Sistema de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de 5 que o referido pelo menos um parâmetro de radiação é selecionado do grupo que consiste em: localização da radiação, filtragem/colimagem da radiação fora da região de interesse ROI, faixas de tempo, intensidade, taxas temporais e espaciais de redução a partir do ponto central.
15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que 10 pelo menos um parâmetro de radiação é selecionado do grupo que consiste em: localização da radiação, filtragem/colimagem da radiação fora da região de interesse ROI, faixas de tempo, intensidade, taxas temporais e espaciais de redução a partir do ponto central.
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