BR112014012737B1 - Sistema de planejamento de tratamento de terapia de radiação, sistema de terapia de radiação, e método para gerar um plano de tratamento de radiação - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE PLANEJAMENTO DE TRATAMENTO PARA GERAR TRATAMENTO ESPECÍFICO POR PACIENTE, SISTEMA DE TERAPIA DE RADIAÇÃO, MÉTODO PARA GERAR TRATAMENTO ESPECÍFICO POR PACIENTE, E SISTEMA DE TERAPIA DE RADIAÇÃO. Um sistema de planejamento de tratamento para gerar tratamento específico por paciente. O sistema incluindo um ou mais processadores programados para receber um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo do curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada a ser liberada ao alvo, receber dados de movimento para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, receber dados métricos de liberação temporal para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, calcular uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo utilizando os dados de movimento e os dados métricos de liberação temporal para ajustar a distribuição de dose planejada, com base nos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal recebidos e comparar a distribuição de dose compensada de movimento à distribuição de dose planejada.

Description

DESCRIÇÃO

[001] O presente pedido se refere, de modo geral, à terapia de radiação de feixe externo (EBRT). Encontra aplicação particular em conjunto com computação de dose de nível de segmento de feixe individual e rastreamento de movimento temporal para planejamento de tratamento adaptativo em terapia de radiação de feixe externo, e será descrito com referência particular a isso. Entretanto, deve ser entendido que encontra aplicação em outros cenários de uso e não é necessariamente limitado à aplicação mencionada acima.

[002] Em terapia de radiação de feixe externo (EBRT), doses especialmente focalizadas de radiação são aplicadas a tumores ou outros alvos contendo tecido neoplásico ou maligno. Células neoplásicas que crescem e se multiplicam rapidamente tendem a ser mais susceptíveis a dano de radiação, conforme comparado com células normais, de modo que dosagens administradas por planejamento adequado matem preferencialmente tecido neoplásico ou maligno. Tradicionalmente, EBRT consiste em três estágios: simulação (formação de imagem), planejamento e liberação, nessa ordem. O planejamento de tratamento é comumente realizado utilizando imagens de Tomografia Computadorizada (TC) obtidas apriori. A liberação de radiação é dividia em uma ou mais frações liberadas diariamente. Uma vez que os estágios de formação de imagem, planejamento e liberação são realizados em dias diferentes, a anatomia do paciente durante a liberação de radiação pode diferir daquela durante o estágio de formação de imagem. Isso se deve a diversos motivos, como perda de peso, movimento de órgão, encolhimento do tumor etc. Além disso, padrões de respiração, alterações fisiológicas e movimento de paciente aleatório durante a liberação de radiação também podem alterar a anatomia do paciente em relação ao feixe de radiação.

[003] Para adaptar planos de tratamento originais e/ou fazer deduções sobre o sucesso da liberação do plano, médicos começaram a utilizar mecanismos de feedback (com base em imagem e base em rastreamento) durante o tratamento. Os mecanismos de feedback provêem a capacidade de relacionar alterações geométricas na anatomia do paciente para a distribuição de dose 3D recebida pelo paciente. As rotinas de feedback com base em imagem (por exemplo, TC de feixe de cone (CBCT), MVCT, Aquisição de modo B, Ultrassom de Focalização (BAT) e similares) são utilizadas entre frações e relacionadas à simulação de TC utilizando algoritmos de registro deformáveis. Métodos com base em rastreamento (por exemplo, rastreamento óptico, rastreamento eletromagnético (EM) e similares) também são utilizados durante a liberação de radiação para obter informações de movimento intrafração.

[004] Métodos existentes para estimativa/acúmulo de dose (por exemplo, convolução de dose com movimento) presumem uma distribuição de dose de plano fixo (não variante com o tempo). Em outras palavras, quando a posição espacial do alvo for relacionado à grade de dose do plano, presume-se que a dose de todos os ângulos de gantry e segmentos de feixe individuais é liberada simultaneamente. Essa suposição permite a dose cumulativa de todos os feixes (ângulos de gantry) e segmentos de feixe a serem utilizados nos algoritmos de convolução de dose. Essa suposição é válida em um sentido dosimétrico para alvos fixos e anatomicamente invariantes, o que, entretanto, é raramente o caso. Além disso, o plano de tratamento especifica um número finito de ângulos de gantry (feixes) e cada feixe tem um número finito de segmentos ou pontos de controle. Esses ângulos de gantry e segmentos são acessados de maneira sequencial.

[005] O presente pedido descreve um algoritmo de verificação de dose que permite que a posição do alvo e/ou do tecido normal ao redor seja correlacionada à dose real sendo liberada naquele instante, sem a suposição de invariância no tempo dosimétrica no protocolo de estimativa de dose. Assim, a precisão da dose estimada é aprimorada, uma vez que movimento de órgão durante a liberação é correlacionado diretamente à dose liberada dinâmica e não com o plano de dose estático.

[006] O presente pedido provê métodos e sistemas novos e aprimorados que superam os problemas mencionados acima e outros.

[007] De acordo com um aspecto, um sistema de planejamento de tratamento é provido. O sistema incluindo um ou mais processadores programados para receber um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo do curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada a ser liberada ao alvo, receber dados de movimento para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, receber dados métricos de liberação temporal para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, calcular uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo utilizando os dados de movimento e os dados métricos de liberação temporal para ajustar a distribuição de dose planejada, com base nos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal recebidos, e comparar a distribuição de dose compensada de movimento à distribuição de dose planejada.

[008] De acordo com outro aspecto, um método para gerar tratamento específico por paciente. O método incluindo a recepção de um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo do curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada para o alvo e outras regiões de interesse (para cada segmento, feixe e o todo), recepção de dados de movimento para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, recepção de dados métricos de liberação temporal para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP, cálculo de uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo utilizando os dados de movimento e dados métricos de liberação temporal para ajustar a distribuição de dose planejada com base nos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal recebidos; e, comparação da distribuição de dose compensada de movimento à distribuição de dose planejada.

[009] Uma vantagem reside na provisão de estimativa de dose aprimorada e mais precisa.

[010] Outra vantagem reside em calcular uma dose de radiação realmente liberada a um paciente.

[011] Outra vantagem reside em liberação mais precisa de radiação a uma região do alvo.

[012] Outra vantagem reside na determinação mais precisa de uma dose de radiação realmente liberada ao alvo e ao tecido não alvo.

[013] Outra vantagem reside na melhoria nos fluxos de trabalho de planejamento de tratamento de radioterapia utilizados em instituições médicas.

[014] Outra vantagem reside na redução de risco de dano ao tecido normal.

[015] Ainda, vantagens adicionais da presente invenção serão apreciadas aos técnicos no assunto mediante a leitura e entendimento da descrição detalhada a seguir.

[016] A invenção pode ter forma em diversos componentes e disposições de componentes e em diversas etapas e disposições de etapas. Os desenhos são somente para fins de ilustração das realizações preferidas e não devem ser construídos como limitantes da invenção.

[017] A FIGURA 1 é um sistema de terapia de radiação, de acordo com os aspectos da presente revelação.

[018] A FIGURA 2 retrata um padrão de liberação de dose, de acordo com os aspectos da presente revelação.

[019] A FIGURA 3 retrata um método para gerar tratamento específico por paciente, de acordo com os aspectos da presente revelação.

[020] A FIGURA 1 ilustra um sistema de terapia de radiação 100 para tratar pacientes que implementa um fluxo de trabalho que provê computação de dose de nível de segmento de feixe e rastreamento de movimento temporal individual para planejamento de tratamento adaptativo. Tipicamente, os planos de tratamento para terapia de radiação de feixe externo (EBRT) são comumente ‘estáticos’, isto é, são geralmente desenvolvidos com base em um único escaneamento de tomografia computadorizada (TC). Entretanto, a anatomia interna do paciente pode apresentar movimento variado durante a liberação de radiação, que, se não for considerado, pode levar a erros dosimétricos significativos. Também, o plano de tratamento descreve uma distribuição de dose de múltiplos feixes que é invariante no tempo. Entretanto, a liberação de radiação é sequencial, com cada feixe de radiação individual liberado para um momento específico somente. Cada feixe também consiste em um ou mais segmentos, cada um dos quais irradia uma região específica do alvo. O fluxo de trabalho, conforme descrito abaixo, melhora a precisão da estimativa do efeito de movimento na dose, com base em informações de rastreamento de frequência temporal alta sobre movimento do alvo e status de liberação de máquina. A dose computada de cada segmento individual de cada feixe é correlacionada à posição rastreada do alvo, para estimar a dose realmente recebida pelo alvo e/ou tecido normal ao redor. Essas informações podem ser utilizadas em fluxos de trabalho de planejamento de tratamento adaptativo/auto-planejamento.

[021] Com referência à FIGURA 1, o sistema de terapia de radiação é empregado para prover terapia de radiação a um paciente, como uma ou mais dentre terapia de radiação de feixe externo, terapia de próton, terapia de ablação e terapia de ultrassom focalizado de alta intensidade. O sistema de terapia de radiação 100 inclui uma ou mais modalidades de formação de imagem 102 adequadas para adquirir imagens que empregam objetos de interesse (OOIs), como regiões de interesse (ROIs) e pontos de interesse (POIs), dentro dos pacientes. As modalidades de formação de imagem 102 incluem adequadamente um escaneador de tomografia computadorizada (TC). Entretanto, as modalidades de formação de imagem 102 podem, adicional ou alternativamente, incluir um ou mais dentre um escaneador de tomografia por emissão de pósitron (PET), um escaneador de ressonância magnética (MR), um escaneador de tomografia computadorizada (SPECT) por emissão de fóton único e similares.

[022] Imagens adquiridas das modalidades de formação de imagem 102 são tipicamente imagens tridimensionais. Entretanto, imagens bidimensionais são contempladas. Imagens tridimensionais tipicamente incluem uma pilha de imagens bidimensionais, doravante denominadas de fatias. Ainda, imagens adquiridas das modalidades de formação de imagem 102 são armazenadas em uma memória de imagem 104. Tipicamente, a memória de imagem 104 é um sistema de armazenamento de registros central. Entretanto, contempla-se que a memória de imagem 104 é local às modalidades de formação de imagem 102 ou outro componente do sistema de terapia de radiação 100. Na medida em que a memória de imagem 104 é remota das modalidades de formação de imagem 102, as modalidades de formação de imagem 102 são adequadamente conectadas a isso por meio de uma rede de comunicação, como uma rede de área local (LAN).

[023] Um sistema de planejamento 106 do sistema de terapia de radiação 100 recebe imagens de planejamento para cada um dos pacientes e emprega as imagens para gerar e/ou atualizar planos de tratamento de terapia de radiação (RTPs) e/ou realizar análise pós-tratamento de RTPs. Uma imagem de planejamento é uma imagem utilizada para gerar e/ou atualizar um RTP. Tipicamente, as imagens são adquiridas da memória de imagem 104 e/ou das modalidades de formação de imagem 102. Entretanto, as imagens podem ser adquiridas de outras fontes. Ainda, as imagens de planejamento são tipicamente recebidas de maneira eletrônica por meio de uma rede de comunicação. Entretanto, outros meios de recepção de imagens de planejamento são contemplados. Adequadamente, o sistema de planejamento 106 provê funcionalidades de planejamento de tratamento típicas, como ferramentas de segmentação manuais e automáticas, ferramentas de fusão de imagem, ferramentas de planejamento de radioterapia conformal tridimensional (CRT), ferramentas de otimização de terapia de radiação modulada por intensidade inversa (IMRT), ferramentas de cálculo de dose e assim por diante.

[024] Para gerar um RTP para um paciente, o sistema de planejamento 106 recebe uma ou mais imagens de planejamento antes da terapia de radiação. As imagens de planejamento são adequadamente focalizadas em um ou mais tumores ou outros alvos do paciente a ser tratado ou observado. Ainda, as imagens de planejamento são adequadamente tridimensionais e incluem uma pluralidade de fatias (ou imagens bidimensionais).

[025] Mediante a recepção das imagens de planejamento, um contorno (ou trajetória) é identificado ao redor de cada um dos tumores ou outros alvos e um ou mais órgãos em risco (OARs) ou outras regiões. O contorno é utilizado para delinear entre os tumores ou outros alvos e as OARs ou outras regiões e entre as OARs e as outras regiões. Um oncologista ou outro clínico realiza adequadamente o contorno. Entretanto, abordagens automáticas e semi-automáticas são contempladas. Na medida em que um médico realiza ou afirma o contorno, o medico emprega adequadamente um ou mais dispositivos de entrada de usuário 108 para identificar os contornos em uma interface de usuário gráfica apresentada por meio de uma tela 110. Por exemplo, a interface de usuário gráfica pode exibir uma imagem de planejamento e permitir que o médico desenhe ou marque contornos na imagem de planejamento utilizando os dispositivos de entrada de usuário 108.

[026] Além de identificar os contornos, parâmetros de plano de radiação são definidos para as regiões contornadas. Adequadamente, o médico ou oncologista define os parâmetros de plano de radiação por meio da interface de usuário gráfica. Por exemplo, o médico define os parâmetros de plano de radiação utilizando os dispositivos de entrada de usuário 108. Entretanto, como com o contorno, abordagens automáticas são contempladas. Os parâmetros de plano de radiação tipicamente incluem doses mínimas ou alvo a serem liberadas aos tumores ou outros alvos, doses máximas permissíveis para as OARs ou outras regiões e similares.

[027] Os parâmetros de plano de terapia de radiação, junto às informações conhecidas sobre as características de atenuação e absorção de radiação dos diversos tecidos e os tumores contornados ou outros alvos e as OARs contornados ou outras regiões, são utilizados para gerar o RTP. Conforme discutido abaixo, o RTP define trajetórias ao longo das quais os feixes de radiação irradiam os alvos, a projeção espacial de feixe de radiação de cada trajetória de feixe de radiação, a intensidade do feixe de radiação ao longo de cada trajetória, a duração em que os alvos são irradiados ao longo de cada trajetória ou similares. Em determinadas realizações, o RTP é otimizado para o tipo particular de terapia de radiação, como terapia de radiação de feixe externo, terapia de próton, terapia de ablação e terapia de ultrassom focalizado de alta intensidade.

[028] Durante cada sessão de terapia de radiação, a dose cumulativa de radiação liberada aos tumores ou outros alvos e OARs ou outras regiões é determinado. Conforme a sessão de terapia progride, os tumores ou outros alvos tipicamente encolhem e as OARs ou outras regiões tipicamente mudam, causando, possivelmente, erros nos cálculos de dose acumulada e os contornos (ou trajetórias). O RTP e a integração de dose de radiação cumulativa liberada aos tumores ou outros alvos e as OARs ou outras regiões presumem as localizações e tamanhos dos tumores ou outros alvos e as OARs ou outras regiões permanecem como estão nas imagens nas quais o RTP tem base. Se essas localizações ou tamanhos mudarem, as doses de radiação cumulativas terão imprecisões. Portanto, para manter a precisão, o RTP é periodicamente atualizado. Embora os RTPs sejam tipicamente atualizados entre frações de tratamento, contempla-se que os RTPs são atualizados durante frações de tratamento, outros períodos de tempo predeterminados, continuamente e similares.

[029] Por exemplo, durante a sessão de terapia de radiação, a dose é liberada utilizando múltiplos ângulos de gantry (um por vez). A fluência que emana de cada ângulo de gantry é mencionada como um feixe. Cada feixe consiste em múltiplos segmentos, que correspondem a diferentes disposições das posições de lâminas do colimador de múltiplas lâminas (MLC). Cada segmento pode ser adaptado para irradiar uma região em particular do alvo. Os esquemas de computação de dose tradicionais adicionam cumulativamente a dose de cada segmento de cada feixe juntamente, para chegar à distribuição de dose final. O fluxo de trabalho, conforme descrito abaixo, computa e armazena a dose de cada segmento de cada feixe separadamente, além da grade de dose cumulativa. Especificamente, a distribuição de dose pode ser quebrada em seus componentes constituintes com base em fatores adicionais ou outros, como (entre outros) padrões de movimento de lâmina MLC, velocidades de lâmina, caminho de gantry, velocidade angular etc.

[030] Para atualizar um RTP para um paciente, o sistema de planejamento 106 recebe tipicamente uma ou mais imagens de planejamento novas. Por exemplo, o sistema de planejamento 106 recebe imagens de planejamento após cada, ou um número predeterminado de sessões de terapia de radiação (ou frações). Conforme acima, as imagens de planejamento são adequadamente focalizadas em um ou mais tumores ou outros alvos do paciente. Mediante a recepção de uma nova imagem de planejamento ou mediante a recepção de um número predeterminado de novas imagens de planejamento, os contornos (ou trajetórias) e/ou as doses do RTP são tipicamente atualizados por meio de comparação das novas imagens de planejamento às imagens de planejamento utilizadas para gerar o RTP e/ou frações anteriores. De maneira adicional ou alternativa, em determinadas realizações, o RTP é atualizado utilizando um módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 e módulo de análise dosimétrica 114 do sistema de planejamento 106.

[031] O módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 calcula doses realmente liberadas a um paciente (doravante denominadas como distribuições de dose compensada de movimento) durante uma ou mais frações de um RTP com base em dados de movimento de um paciente coletados durante e/ou entre as frações e as métricas de liberação temporal coletadas de cada feixe/segmento em diferentes momentos da liberação de radiação. Um monitor de movimento 118 gera dados de movimento indicativos de movimento dos tumores ou outros alvos e/ou as OARs ou outras regiões, em relação às frações e/ou o RTP anteriores. Nesse aspecto, os dados de movimento são tipicamente definidos no quadro coordenado das imagens de planejamento empregado para gerar a fração e/ou o RTP anterior. Um monitor de liberação de dose 120 gera dados métricos de liberação temporal indicativos das métricas de liberação temporal recebidas de um aparelho de liberação de tratamento, como um acelerador linear (LINAC), de um aparelho de terapia de radiação que detalha o status de cada feixe/segmento em cada momento de liberação de radiação. Além disso, o módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 se relaciona às informações de posição do alvo/tecido normal ao redor durante o tratamento ao componente específico da distribuição de dose do plano utilizando os dados métricos de liberação temporal e utiliza essa relação para calcular a dose realmente liberada ao paciente.

[032] Os dados de movimento são tipicamente recebidos de um ou mais substitutos para os tumores, alvos, ou outros órgãos (doravante denominados como substitutos de alvo). Por exemplo, os dados de movimento são recebidos de três substitutos de alvo dispostos em diferentes localizações dentro do paciente. Em determinadas realizações, os substitutos de alvo são transponders de RF dispostos proximamente adjacentes ao alvo. O monitor de movimento 118, em uma realização, inclui receptores de rádio em cada uma de uma pluralidade de localizações ao redor, que monitoram os sinais dos transponders em relação a trocas de fase e outro indicadores de deslocamento e triangulam a localização de cada transponder. A partir da relação espacial entre os transponders e o alvo, indicada nas imagens de planejamento mais recentes, deslocamento ou uma alteração na forma dos alvos é determinada. Em outras realizações, os substitutos de alvo são marcadores fiduciais implantados no paciente. Em uma realização, o monitor de movimento 118 inclui um dispositivo de formação de imagem, como formação de imagem por ultrassom, formação de imagem de raios X de projeção, formação de imagem de ressonância magnética (RM), formação de imagem por TC ou similares, que opera, por exemplo, em um modo fluoroscópico. O deslocamento aos fiduciais é determinado ao analisar as imagens fluoroscópicas. Em determinadas realizações, substitutos de alvo não são empregados. Ao contrário, rastreamento de movimento com base em imagem é empregado para receber os dados de movimento. Em uma realização, o monitor de movimento 118 inclui um dispositivo de formação de imagem, conforme acima, que facilita o rastreamento de movimento com base em imagem do alvo em tempo real, utilizando, por exemplo, contornos ou estruturas anatômicas.

[033] Os dados de movimento podem ser recebidos continuamente, por demanda, mediante a ocorrência de um evento, como um evento de cronometragem, e assim por diante, mas são tipicamente recebidos de maneira periódica durante terapia de radiação, como em uma frequência em 10 Hz. Quando os dados de movimento forem recebidos continuamente, é adequado quebrá-los em blocos diferentes com base no tempo e um algoritmo de tendência, como mínimo, mediano, máximo, médio e assim por diante, é aplicado aos blocos diferentes.

[034] Os dados métricos de liberação temporal são tipicamente recebidos do monitor de liberação de dose 120 que detalham o status de cada feixe/segmento em momentos diferentes de liberação de radiação, como o padrão e sequenciamento de liberação de radiação. Os dados métricos de liberação temporal incluem a posição angular do gantry em todos os momentos durante aquela fração em pequenos aumentos de tempo, como 10-50 ms, embora qualquer frequência possa ser utilizada, o número dos pontos de controle ou segmentos pertencentes a um feixe em particular que está ativo em qualquer determinado momento e similares. Os dados métricos de liberação temporal podem ser recebidos continuamente, por demanda, mediante a ocorrência de um evento, e assim por diante, mas são tipicamente recebidos periodicamente durante a configuração e liberação de terapia de radiação.

[035] Simultaneamente ou após os dados de movimento serem coletados, o módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 utiliza os dados de movimento do alvo e/ou tecido normal ao redor e os dados métricos de liberação temporal para calcular distribuições de dose compensada de movimento. Especificamente, o módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 correlaciona os dados de movimento indicativos de movimento dos tumores ou outros alvos e/ou as OARs ou outras regiões em cada etapa de tempo aos dados métricos de liberação temporal indicativos das métricas de liberação temporal recebida do aparelho de liberação de tratamento, como o LINAC.

[036] Em determinadas realizações, isso inclui, para cada etapa de tempo (ou amostra) de dados de movimento coletados, a estimativa de movimento rígido ou deformável dos substitutos de alvo em relação à imagem de planejamento mais recente utilizada para gerar o RTP para a fração associada à etapa de tempo. Por exemplo, supõe-se que os dados de movimento para três substitutos de alvo são coletados ao longo do curso de duas frações de tratamento. Uma estimativa de movimento é determinada para o alvo e tecidos de cutícula em relação à imagem de planejamento mais recente utilizada para a primeira fração. A estimativa de movimento apresenta a variação de localizações ao longo das quais o alvo se movimentou e a frequência com a qual o alvo estava em cada localização. Componentes de movimento rígidos incluem translações e rotações. Também pode ser empregado movimento não rígido.

[037] Após determinar as estimativas de movimento, um padrão de movimento cumulativo para o tumor ou outro alvo durante pelo menos uma parte de uma fração é determinado. Especificamente, cada uma das estimativas de movimento correspondentes a uma determinada combinação do segmento ativo e feixe são agrupadas juntamente. Assim, para cada segmento ativo pertencente a um feixe em particular, há um grupo de estimativas de movimento que correspondem ao movimento ao qual o alvo foi submetido naqueles momentos. As estimativas de movimento de cada um são, então agrupadas para todos os voxels de alvo e uma ou mais funções de densidade de probabilidade (PDFs) são criadas para cada um dos tumores ou outros alvos com base nas estimativas de movimento para cada grupo. Essas PDFs representam os padrões de movimento do alvo durante cada combinação de segmento ativo e feixe.

[038] A PDF ou outro modelo de deterioração é criado ao aplicar cada uma das estimativas de movimento e dados métricos de liberação temporal correspondentes, associados à fração de tratamento para o tumor ou outro alvo para gerar uma localização compensada de movimento. O movimento do tumor ou outro alvo e dados métricos de liberação temporal são acumulados em uma PDF para determinar o padrão de movimento cumulativo do tumor ou outro alvo durante A fração. A aplicação de uma estimativa de movimento a um tumor ou outro alvo e dados métricos de liberação temporal apresenta uma parte do tempo durante a irradiação com o feixe de tratamento na qual o alvo estava total ou parcialmente fora do feixe de tratamento e quais partes estavam fora por quanto tempo.

[039] Para cada uma das PDFs, a distribuição de dose planejada correspondente à PDF é convolvida com o PDF para determinar uma distribuição de dose compensada de movimento para a(s) fração(ões) correspondente(s) à PDF. Especificamente, as grades de dose são convolvidas com o grupo adequado de PDFs para gerar os componentes de grade de dose compensada de movimento. A distribuição de dose compensada de movimento final é calculada ao adicionar todas as grades de dose compensada de movimento. As distribuições de dose compensada de movimento para um tumor ou outro alvo podem ser acumuladas até o final de uma parte (ou subconjunto) de uma fração, uma fração ou um subconjunto das frações.

[040] Alternativamente, o movimento de cada amostra ou algumas sub-amostras dos dados de movimento pode ser aplicado diretamente à posição da distribuição de dose para criar uma distribuição de dose compensada de movimento. A distribuição de dose compensada de movimento pode ser ponderada com base na quantidade de tempo que as amostras representam e somada para criar uma distribuição de dose compensada de movimento composta.

[041] O módulo de análise dosimétrica 114 compara as distribuições de dose compensada de movimento dos tumores ou outros alvos às distribuições de dose planejadas correspondentes de maneira qualitativa ou quantitativa. Típica, mas não necessariamente, as distribuições de dose compensadas de movimento são recebidas do módulo de dose compensado de movimento/liberação 112. Em determinadas realizações, se desvios dosimétricos significativos das distribuições de dose planejadas forem detectados, a formação de imagem é realizada utilizando as modalidades de formação de imagem 102 como uma verificação da realidade sobre as distribuições de dose compensada de movimento.

[042] Para comparar qualitativamente uma distribuição de dose compensada de movimento de um tumor ou outro alvo com a distribuição de dose planejada, a distribuição de dose compensada de movimento e a distribuição de dose planejada são graficamente exibidas em uma interface de usuário gráfica apresentada a um oncologista ou outro médico por meio de uma tela 110. Em determinadas realizações, as distribuições de dose são exibidas adjacentes entre si, como lado a lado. Em outras realizações, as distribuições de dose são exibidas sobrepostas uma a outra com transparências variantes. Adequadamente, é empregada cor para identificar intensidade de dose. Por exemplo, um gradiente é empregado para identificar a intensidade relativa, em que quanto mais escura a cor maior a intensidade. Ainda, os contornos (ou trajetórias) podem ser sobrepostos. Utilizando os dispositivos de entrada de usuário 108, o médico pode avançar sequencialmente através das fatias em qualquer dimensão (por exemplo, transversal, sagital, coronal, oblíquo etc.) e observar as distribuições de dose bidimensionais resultantes para uma fatia. As fatias ou projeções transversais a uma ou mais trajetórias de feixe de terapia são contempladas. De maneira vantajosa, isso pode ajudar a identificar diferenças óbvias e/ou em grande escala na dose e suas localizações espaciais. Em outras palavras, isso pode ajudar a identificar pontos quentes e/ou pontos frios. Um ponto quente é uma área na qual mais radiação que o esperado foi recebida, e um ponto frio é uma área na qual menos radiação que o esperado foi recebida. Em determinadas realizações, a comparação qualitativa ainda inclui a recepção de dados de comparação dos dispositivos de entrada de usuário 108, os dados de comparação indicando diferenças dosimétricas entre as distribuições de dose, como o grau de semelhança das distribuições de dose, a localização dos pontos quentes e/ou dos pontos frio e assim por diante.

[043] Para comparar quantitativamente as distribuições de dose, diversas abordagens diferentes são contempladas. Em determinadas realizações, uma diferença entre uma distribuição de dose planejada e uma distribuição de dose compensada de movimento é calculada. A diferença provê informações referentes à presença de pontos frios (ou pontos quentes) em termos de pelo menos uma dentre magnitude, localização e extensão. Limites podem, por exemplo, ser aplicados à diferença para identificar pontos frios e/ou pontos quentes. De maneira adicional ou alternativa, em determinadas realizações, um ou mais dentre histogramas de volume de dose (DVHs), doses máximas, doses médias, doses mínimas, dose em volumes específicos de usuário etc. de ambas as distribuições de dose são comparados. Limites podem, por exemplo, ser aplicados à comparação para simplificar a identidade de diferenças clinicamente significativas. Adicional ou alternativamente, em determinadas realizações, o impacto dosimétrico de movimento é quantificado como uma combinação ponderada dos fatores acima, com as ponderações decididas por um oncologista ou outro médico.

[044] Para realizar uma análise pós-tratamento de um RTP, o sistema de planejamento 106 recebe uma ou mais imagens após o RTP ser concluído e/ou dados de movimento, conforme descrito acima. As imagens são adequadamente focalizadas em um ou mais tumores ou outros alvos do paciente. Ao receber as novas imagens e/ou os dados de movimento, pelo menos um dentre o módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 e o módulo de análise dosimétrica 114 é empregado para analisar o RTP. Os valores de dose cumulativos, corrigidos de movimento são determinados. O RTP é ajustado de acordo com a nova imagem, a dose cumulativa, o modelo de movimento e similares. Por exemplo, o módulo de análise dosimétrica 114 pode ser utilizado para estudar o efeito de movimento no RTP.

[045] O sistema de planejamento 106 inclui adequadamente uma ou mais memórias 140 e um ou mais controladores com base em processador 142. As memórias 140 armazenam instruções executáveis para controlar um processador dos controladores com base em processador 142 para realizar uma ou mais das funções mencionadas acima do sistema de planejamento 106. Ainda, em determinadas realizações, pelo menos um dentre o módulo de dose compensado de movimento/liberação 112 e o módulo de análise dosimétrica 114 é realizado pelas instruções executáveis armazenadas, por exemplo, nas memórias 140. Os controladores com base em processador 142 executam as instruções executáveis armazenadas nas memórias 140 para realizar funções associadas ao sistema de planejamento 106. Quando o sistema de planejamento 106 for operado para realizar pelo menos uma das imagens recebidas de uma rede de comunicação, armazenar RTPs em uma rede de comunicação e receber dados de movimento de uma rede de comunicação, o sistema de planejamento 106 ainda inclui uma ou mais unidades de comunicação 144 que facilitam a comunicação entre os controladores com base em processador 142 e as redes de comunicação.

[046] Os RTPs gerados e/ou atualizados pelo sistema de planejamento 106 são armazenados em uma memória de plano de terapia de radiação 146. Tipicamente, a memória de plano de terapia de radiação 146 é o sistema de armazenamento de registros central. Entretanto, contempla-se que a memória de plano de terapia de radiação 146 é local ao sistema de planejamento 106 ou outro componente do sistema de terapia de radiação 100. Na medida em que a memória de plano de terapia de radiação 146 é remota do sistema de planejamento 106, a memória de plano de terapia de radiação 146 é adequadamente conectada a ele por meio de uma rede de comunicação, como uma rede de área local (LAN).

[047] Em um dia e hora programados para uma sessão de terapia de radiação ou fração de um RTP, um aparelho de terapia de radiação 148 é empregado para liberar radiação terapêutica ao paciente. A radiação pode incluir raios gama, partículas, raios X, prótons, calor, som, e assim por diante, adequados para terapia de radiação, como terapia de radiação de feixe externo, terapia de próton, terapia de ablação e terapia de ultrassom focalizado de alta intensidade. Adequadamente, o aparelho de terapia de radiação 148 é controlado por um sistema de controle de terapia de radiação 150, de acordo com o RTP armazenado na memória de plano de terapia de radiação 146. Por exemplo, na realização ilustrada, o aparelho de liberação de terapia de radiação 148 inclui o acelerador linear (LINAC), e o sistema de controle de terapia de radiação 150 opera colimador de múltiplas lâminas (MLC) ou outro aparelho de formação de perfil de feixe de radiação do LINAC para modular intensidade e perfil de feixe, conforme o acelerados linear é movimentado ou graduado ao redor do indivíduo, de modo a liberar uma distribuição de dose de radiação ao indivíduo, o que provê a dosagem de radiação integrada desejada à característica de alvo, enquanto limita ou restringe adequadamente a exposição à radiação de características críticas sensíveis, de acordo com o RTP.

[048] Com referência à FIGURA 2, um diagrama de blocos de um padrão de liberação de dose é provido. O padrão de liberação de dose 200 inclui uma pluralidade de feixes de radiação 202, 204, 206. Cada um dos feixes 202, 204, 206 ilustrados representa todos os parâmetros pertencentes ao feixe em particular. Cada um dos feixes 202, 204, 206 consiste em um ou mais segmentos 208, 210, 212, 214 e cada um dos segmentos tem uma distribuição de dose 216, 218, 220, 222 e PDF de movimento 224, 226, 228, 230 associada a eles. Conforme ilustrado, toda a estrutura é somente elaborada para Feixe 2, mas contempla-se que Feixe 1 e Feixe ‘n’ teriam estruturas semelhantes. As grades de dose estimadas são adicionadas juntamente 232 para gerar a distribuição de dose contemplada de movimento final 234.

[049] Com referência à FIGURA 3, um diagrama de blocos de um método 300 realizado por um ou mais processadores para gerar tratamento específico por paciente é provido. Um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo do curso de uma ou mais frações de tratamento é gerado ou recebido 302. O RTP inclui uma distribuição de dose planejada para o alvo. Durante pelo menos uma das frações de tratamento, dados de movimento são recebidos 304. Adicionalmente, durante pelo menos uma das frações de tratamento, dados métricos de liberação temporal são recebidos 306. Uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo é calculada 308 utilizando os dados de movimento e dados métricos de liberação temporal e a distribuição de dose planejada. A distribuição de dose compensada de movimento para o alvo utilizando os dados de movimento e dados métricos de liberação temporal para ajustar a distribuição de dose planejada com base nos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal recebidos. Uma vez que a distribuição de dose compensada de movimento é calculada, compara-se 310 à distribuição de dose planejada.

[050] Conforme aqui utilizado, uma memória inclui um ou mais dentre um meio legível por computador não transitório; um disco magnético ou outro meio de armazenamento magnético; um disco óptico ou outro meio de armazenamento óptico; uma memória de acesso aleatório (RAM), memória somente de leitura (ROM) ou outro dispositivo de memória eletrônico ou chip ou conjunto de chips operatoriamente interconectados; um servidor de Internet/Intranet, do qual as instruções armazenadas podem ser recuperadas por meio da Internet/Intranet ou uma rede de área local; ou assim por diante. Ainda, conforme aqui utilizado, um controlador com base em processador inclui um ou mais dentre um microprocessador, a microcontrolador, uma unidade de processamento gráfica (GPU), um circuito integrado específico à aplicação (ASIC), uma matriz de porta de campo programável (FPGA) e similares; um dispositivo de entrada de usuário inclui um ou mais dentre um mouse, um teclado, uma tela sensível ao toque, um ou mais botões, um ou mais alternadores, uma ou mais alavancas articuladas, e similares; e uma tela inclui uma ou mais dentre uma tela LCD, uma tela de LED, uma tela de plasma, uma tela de projeção, uma tela sensível ao toque e similares.

[051] A invenção foi descrita com referência às realizações preferidas. Modificações e alterações podem ocorrer a outros mediante a leitura e entendimento da descrição detalhada anterior. Pretende-se que a invenção seja construída como incluindo todas essas modificações e alterações, na medida em que estejam dentro do escopo das reivindicações anexas ou seus equivalentes.

Claims (18)

1. SISTEMA DE PLANEJAMENTO DE TRATAMENTO (106) DE TERAPIA DE RADIAÇÃO, caracterizado por compreender: um ou mais processadores (142); e um meio de armazenamento não transitório que armazena instruções executáveis que programam um ou mais processadores (142) para: receber um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo de um curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada a ser liberada ao alvo; receber dados de movimento de pelo menos uma parte de um paciente para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP realizada por um aparelho de liberação de tratamento e dados métricos de liberação temporal recebidos do aparelho de liberação de tratamento que detalha o status de cada segmento de cada feixe a cada instante da liberação de radiação; gerar grades de dose estimadas para cada feixe dos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal; cálculo da distribuição de dose compensada de movimento ao somar cada uma das grades de dose estimadas; comparar a distribuição de dose compensada de movimento com a distribuição de dose planejada; ajustar a distribuição de dose planejada, com base na comparação, para gerar um RTP ajustado, incluindo a distribuição da dose planejada ajustada; e armazenar o RTP ajustado em uma memória de plano de terapia de radiação para uso no controle de um aparelho de terapia de radiação (148) para liberar ao alvo a distribuição de dose planejada ajustada.

2. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos dados métricos de liberação temporal incluírem pelo menos uma das posições angulares do gantry em todos os momentos durante aquela fração e os números de segmentos pertencentes a um feixe em particular que está ativo em um determinado momento.

3. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos um ou mais processadores (142) serem programados posteriormente pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para: calcular as distribuições de dose planejadas de cada segmento do feixe; e correlacionar a distribuição de dose planejada aos dados de movimento para estimar a dose compensada de movimento recebida pelo alvo.

4. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para: controlar um dispositivo de terapia de radiação de acordo com o RTP ajustado armazenado na memória de plano de terapia de radiação para liberar ao alvo a distribuição de dose planejada ajustada.

5. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo um ou mais processadores (142) serem programados posteriormente pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para realizar o ajuste após uma ou mais frações de tratamento.

6. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para realizar o ajuste durante uma fração.

7. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para calcular uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo usando os dados de movimento e os dados métricos de liberação temporal através da: criação de uma ou mais funções de densidade de probabilidade (PDFs) dos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal, cada uma das ditas PDFs representando um padrão de liberação e movimento cumulativo de um alvo ou um órgão durante uma ou mais frações de tratamento ou qualquer outro período no qual os dados de movimento são coletados.

8. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para calcular a distribuição da dose compensada de movimento ao alvo através da: convolução das distribuições de dose planejadas com as PDFs para determinar as grades de dose estimadas indicativas de uma dose realmente liberada ao alvo.

9. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 7, ainda incluindo: uma tela (110); caracterizado por um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para comparar a distribuição de dose compensada de movimento à distribuição de dose planejada através de pelo menos um dentre: exibição da distribuição de dose compensada de movimento adjacente à distribuição de dose planejada na tela ; e, exibição da distribuição de dose compensada de movimento sobreposta à distribuição de dose planejada.

10. SISTEMA (106), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo um ou mais processadores (142) serem ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório para: otimizar o RTP para uma de terapia de radiação de feixe externo, terapia de próton, terapia de ablação e terapia de ultrassom focalizado de alta intensidade.

11. SISTEMA DE TERAPIA DE RADIAÇÃO (100), caracterizado por compreender: uma ou mais modalidades de formação de imagem (102) que obtêm uma ou mais imagens de planejamento, as imagens de planejamento sendo imagens de diagnóstico de uma região de um sujeito a ser tratado; um sistema de planejamento de tratamento (106) de terapia de radiação, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, que gera um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo de um curso de uma ou mais frações de tratamento das uma ou mais imagens de planejamento obtidas, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada ao alvo; um aparelho de terapia de radiação (148) configurado para liberar terapia de radiação de acordo com o RTP; um monitor de liberação de dose (120) que gera os dados métricos de liberação temporal indicativos recebidos das métricas de liberação temporal do aparelho de terapia de radiação (148); e, um monitor de movimento (118) que gera os dados de movimento de substitutos de alvo (124) do alvo; em que o um ou mais processadores (142) do sistema de planejamento de tratamento (106) de terapia de radiação são ainda programados pelas instruções executáveis armazenadas no meio de armazenamento não transitório do sistema de planejamento de tratamento de radioterapia para: ajustar o RTP com base nos dados de movimento; e controlar o dispositivo de radioterapia para liberar a RTP ajustada ao paciente.

12. MÉTODO PARA GERAR UM PLANO DE TRATAMENTO DE RADIAÇÃO, caracterizado por compreender: recepção de um plano de tratamento de radiação (RTP) para irradiar um alvo ao longo de um curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada para o alvo; recepção de dados de movimento de pelo menos uma parte de um paciente para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP; geração de grades de doses estimadas para cada feixe a partir dos dados de movimento e dos dados métricos de liberação temporal; cálculo de uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo utilizando os dados de movimento e dados métricos de liberação temporal para ajustar a distribuição de dose planejada ao somar cada uma das grades de dose geradas; comparação da distribuição de dose compensada de movimento com a distribuição de dose planejada; geração de um RTP ajustado a partir da comparação entre a distribuição de dose compensada de movimento e a distribuição de dose planejada; e armazenamento do RTP ajustado em uma memória de plano de terapia de radiação.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela geração do RTP ajustado incluir: ajuste do plano de tratamento de radiação gerado com base em diferenças dosimétricas entre a distribuição de dose compensada de movimento e a distribuição de dose planejada.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado por ainda incluir: geração de grades de dose estimadas para cada feixe dos dados de movimento e dados métricos de liberação temporal; e cálculo de distribuições de dose compensada de movimento ao somar cada uma das grades de dose estimadas.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo cálculo incluir: criação de uma ou mais funções de densidade de probabilidade (PDFs) dos dados de movimento e dos dados métricos de liberação temporal, cada uma das ditas PDFs representando um padrão de movimento cumulativo de um alvo ou um órgão durante a uma ou mais frações de tratamento ou qualquer outro período no qual os dados de movimento são coletados; e convolução de distribuições de dose planejadas com as PDFs para determinar uma ou mais doses compensadas de movimento indicativas de uma dose realmente liberada ao alvo.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo cálculo ainda incluir: acumular as doses compensadas de movimento de pelo menos uma das frações de tratamento.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pela comparação incluir pelo menos uma dentre: exibição da distribuição de dose compensada de movimento adjacente à distribuição de dose planejada; exibição da distribuição de dose compensada de movimento sobreposta à distribuição de dose planejada; e, cálculo de uma diferença entre a distribuição de dose compensada de movimento e a distribuição de dose planejada.

18. SISTEMA DE TERAPIA DE RADIAÇÃO (100), caracterizado por compreender: um aparelho de terapia de radiação (148) configurado para liberar terapia de radiação, de acordo com um plano de tratamento de radiação (RTP); um monitor de movimento (118) que gera dados de movimento de substitutos de alvo (124) de um alvo; um monitor de liberação de dose (120) que gera dados métricos de liberação temporal indicativos das métricas de liberação temporal do aparelho de terapia de radiação (148); e, um ou mais processadores (142) programados para: receber o RTP para irradiar um alvo ao longo de um curso de uma ou mais frações de tratamento, o dito RTP incluindo uma distribuição de dose planejada para o alvo; receber os dados de movimento para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP; receber os dados métricos de liberação temporal para pelo menos uma das frações de tratamento do RTP; geração de grades de dose estimadas para cada feixe a partir dos dados de movimento e dos dados métricos de liberação temporal; calcular uma distribuição de dose compensada de movimento para o alvo ao somar cada uma das grades de dose geradas; e comparar a distribuição de dose compensada de movimento com a distribuição de dose planejada; ajustar o RTP com base na distribuição de dose compensada de movimento comparada à distribuição de dose planejada; e controlar o aparelho de terapia de radiação (148) para fornecer radiação de acordo com o RTP ajustado.

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