BR112020003893A2 - sistema de distribuição de raio-x para radioterapia intraoperatória, e, método para calibrar um sistema de distribuição de raio-x para radioterapia intraoperatória. - Google Patents

Abstract

sistema de distribuição de raio-x que inclui uma unidade base portátil à qual uma primeira extremidade de um braço robótico é montada. uma cabeça de tratamento de raio-x é disposta em uma segunda extremidade do braço robótico. a cabeça de tratamento de raio-x inclui um componente de raio-x configurado para gerar radiação terapêutica na faixa de comprimento de onda de raio-x. um poço de calibração é disposto em uma localização predeterminada na unidade base portátil. o poço de calibração é composto por um recesso no qual a cabeça de tratamento de raio-x pode ser recebida e tendo pelo menos uma porta através da qual a cabeça de tratamento de raio-x pode ser inserida pelo braço robótico para operações de calibração. o poço de calibração inclui uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-x dispostos em locais distribuídos em volta de uma periferia do poço de calibração.

Description

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE RAIO-X PARA RADIOTERAPIA INTRAOPERATÓRIA, E, MÉTODO PARA CALIBRAR UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE RAIO-X PARA RADIOTERAPIA INTRAOPERATÓRIA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Referência Cruzada aos Pedidos Relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório Norte-Americano 62.551.417, depositado em 29 de agosto de 2017.

Declaração do Campo Técnico

[002] As modalidades inventivas referem-se à radioterapia, e mais particularmente a sistemas e métodos para radioterapia intraoperatória.

Descrição da Técnica Relacionada

[003] A cirurgia de câncer pode envolver a remoção de um tumor cancerígeno e de algum tecido normal em tomo do tumor. Por exemplo, a Cirurgia Conservadora de Mama (BCS) é um tipo de cirurgia oncológica na qual um nódulo canceroso e parte do tecido mamário circundante (ao contrário de toda a mama) é removido durante a cirurgia. A cirurgia é geralmente seguida por uma radioterapia de dose moderada que se destina a erradicar quaisquer traços de tecido canceroso de um leito tumoral (tecido vascular e estro3mal que circunda um tumor canceroso). As técnicas de radioterapia podem envolver uma dose de radiação distribuída extemamente usando uma técnica conhecida como radioterapia de feixe externo (EBRT). Porém a EBRT convencional pode aumentar o risco de não tratar um volume alvo pretendido. Para resolver esse problema, às vezes é utilizada radioterapia intraoperatória (IORT). A IORT envolve a aplicação de níveis terapêuticos de radiação a um leito tumoral, enquanto a área é exposta e acessível durante a cirurgia de excisão. O benefício da IORT é que ela permite que uma alta dose de radiação seja distribuída precisamente na área-alvo com exposição mínima

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2/40 aos tecidos vizinhos. A IORT também evita os atrasos habituais que estão associados ao tempo entre a remoção cirúrgica do tecido canceroso e a EBRT. [004] Quando a IORT for apropriada, um cirurgião removerá um tumor canceroso, após o que um oncologista de radiação posicionará um aplicador de radiação ou cabeça de tratamento dentro do paciente, na área onde o tumor estava localizado anteriormente. Tal cabeça de tratamento pode gerar raios-X de baixa energia dentro da cavidade tumoral da qual o tumor canceroso foi removido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] Um sistema de distribuição de raio-X IORT inclui uma unidade base portátil. Uma primeira extremidade de um braço robótico é montada na unidade base e uma cabeça de tratamento de raio-X é colocada em uma segunda extremidade do braço robótico distai da primeira extremidade. A cabeça de tratamento de raio-X compreende pelo menos um componente de raio-X configurado para gerar radiação terapêutica na faixa de comprimento de onda de raio-X. Um poço de calibração é disposto em uma localização predeterminada na unidade base portátil. O poço de calibração é composto por um recesso no qual a cabeça de tratamento de raio-X pode ser recebida. O poço de calibração tem pelo menos uma porta através da qual a cabeça de tratamento de raio-X pode ser inserida pelo braço robótico para operações de calibração. O poço de calibração inclui uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-X (XRSE) dispostos em locais distribuídos em volta de uma periferia do poço de calibração.

[006] O sistema de distribuição de raio-X IORT também inclui um sistema de controle. O sistema de controle é configurado para realizar pelo menos um processo de calibração que envolve uma operação de posicionamento em que o braço robótico é controlado pelo sistema de controle para inserir a cabeça de tratamento de raio-X através da porta para que a cabeça de tratamento de raio-X seja disposta em uma localização de

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3/ 40 calibração predeterminada no interior do poço de calibração. O sistema de controle é adicionalmente configurado para controlar o componente de raio-X para produzir uma emissão de raio-X tendo um padrão de feixe, durante um tempo em que a cabeça de tratamento de raio-X está disposta na localização de calibração predeterminada. O sistema de controle é responsivo à detecção de dados recebidos do XRSE, para determinar pelo menos um dentre uma intensidade medida e um padrão de feixe medido da radiação de raio-X produzida pela cabeça de tratamento de raio-X como resultado da emissão de raio-X.

[007] O sistema de controle compara pelo menos um dentre a intensidade medida e o padrão de feixe medido, respectivamente, a um valor de intensidade especificado e a um padrão de feixe específico. O sistema de controle é configurado para modificar pelo menos um parâmetro de operação do sistema de distribuição de raio-X IORT responsivo à comparação. De acordo com outro aspecto, o parâmetro de operação é uma duração de um tempo de tratamento durante o qual uma dose terapêutica de radiação de raioX é distribuída. De acordo com outro aspecto, o parâmetro de operação é um parâmetro de controle de feixe que determina um padrão ou forma do padrão de feixe.

[008] Em outros cenários, o parâmetro de operação pode incluir um parâmetro de controle do braço robótico. Por exemplo, tal parâmetro de controle pode determinar uma posição estática da cabeça de tratamento de raio-X para ser usada quando a dose terapêutica de radiação de raio-X for aplicada. O parâmetro de operação também pode ser um parâmetro de controle de movimento que define um movimento dinâmico do braço robótico a ser realizado enquanto a dose terapêutica de radiação de raio-X é aplicada. Neste cenário, o movimento dinâmico pode ser um movimento que minimiza variações na dose de raio-X distribuída pela cabeça de tratamento a superfícies de um leito tumoral.

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[009] A solução também diz respeito a um método de calibração de um sistema de distribuição de raio-X IORT. O método pode envolver sustentar uma primeira extremidade de um braço robótico em uma unidade base portátil e sustentar em uma segunda extremidade do braço robótico uma cabeça de tratamento de raio-X, onde a cabeça de tratamento de raio-X inclui pelo menos um componente de raio-X configurado para gerar radiação terapêutica na faixa de comprimento de onda de raio-X. Um sistema de controle faz com que o braço robótico insira a cabeça de tratamento de raio-X em um poço de calibração que é definido por um recesso provido em uma localização predeterminada na unidade base portátil. O sistema de controle irá, então, ativar o componente de raio-X para gerar uma emissão de raio-X a partir da cabeça de tratamento de raio-X enquanto a cabeça de tratamento de raio-X está disposta em uma localização de calibração predeterminada no poço de calibração. Depois disso, o sistema de controle pode receber dados de sensor de uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-X (XRSE) dispostos em locais distribuídos em volta de uma periferia do poço de calibração. Os dados de sensor são usados para determinar pelo menos um dentre uma intensidade e um padrão de feixe de radiação de raio-X produzida pela cabeça de tratamento de raio-X.

[0010] Em alguns cenários, o sistema de controle compara automaticamente pelo menos um dentre a intensidade medida e o padrão de feixe medido, respectivamente, a um valor de intensidade especificado e a um padrão de feixe específico. Em seguida, o sistema de controle pode ser operado de modo a modificar automaticamente pelo menos um parâmetro de operação do sistema de distribuição de raio-X IORT responsivo à comparação. Por exemplo, o parâmetro de operação pode incluir uma duração de um tempo de tratamento durante o qual uma dose terapêutica de radiação de raio-X é distribuída. O parâmetro de operação também pode incluir um parâmetro de controle de feixe que determina um padrão ou forma do padrão

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[0011] Em outros cenários, o parâmetro de operação pode incluir um parâmetro de controle do braço robótico que determina uma posição estática da cabeça de tratamento de raio-X para ser usada quando a dose terapêutica de radiação de raio-X for aplicada. Altemativamente, o parâmetro de operação pode ser escolhido para compreender um parâmetro de controle de movimento. Por exemplo, o parâmetro de controle de movimento pode definir um movimento dinâmico do braço robótico a ser realizado enquanto a dose terapêutica de radiação de raio-X é aplicada. Em alguns cenários, o movimento dinâmico pode ser escolhido de modo a minimizar variações na dose de raio-X distribuída pela cabeça de tratamento a superfícies de um leito tumoral.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A descrição no presente relatório será com referência às seguintes figuras de desenho, nas quais os números semelhantes representam itens semelhantes em todas as figuras, e em que:

a figura 1 é um diagrama de blocos que é útil para entender um sistema de IORT robótico.

[0013] A figura 2 é um diagrama que é útil para entender uma implementação de IORT robótica usando um braço robótico e uma cabeça de tratamento.

[0014] A figura 3 é um diagrama de blocos que é útil para entender um sistema de controle que pode ser usado para facilitar a IORT robótica, conforme descrito no presente relatório.

[0015] A figura 4 é um desenho que é útil para entender um sistema de IORT robótico portátil com um poço de calibração.

[0016] A figura 5 é um desenho que é útil para entender um sistema de IORT robótico portátil com um poço de calibração no qual uma cabeça de tratamento de raio-X é inserida para calibração.

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[0017] A figura 6 é uma vista em corte que mostra certos atributos de um poço de calibração de raio-X.

[0018] A figura 7 mostra o poço de calibração de raio-X da figura 6 com uma cabeça de tratamento de raio-X inserida no mesmo.

[0019] A figura 8 mostra um primeiro padrão de radiação de raio-X exemplificador de uma cabeça de tratamento de raio-X.

[0020] A figura 9 mostra um segundo padrão de radiação de raio-X exemplificador de uma cabeça de tratamento de raio-X.

[0021] A figura 10 mostra um sistema de detecção de posição que pode ser incorporado no poço de calibração.

[0022] A figura 11 mostra um sistema de cobertura que pode ser incluído em uma porta do poço de calibração.

[0023] A figura 12 mostra um tipo de sistema de geração de raio-X que pode ser usado com o sistema de IORT robótico portátil descrito no presente relatório.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] Será facilmente entendido que os componentes dos sistemas e métodos aqui descritos poderíam ser dispostos e projetados em uma ampla variedade de configurações diferentes. Assim, a seguinte descrição mais detalhada, como representada nas figuras, não se destina a limitar o escopo da presente descrição, mas é meramente representativa de certos cenários exemplificativos que são úteis para a compreensão da descrição. Embora os vários aspectos sejam apresentados nos desenhos, estes não são necessariamente representados em escala, a menos que seja especificamente indicado.

[0025] Um sistema de IORT robótico, como descrito no presente relatório, compreende um sistema de geração de raio-X e inclui uma cabeça de tratamento de raio-X que é presa a uma parte da extremidade móvel de um braço robótico. A energia de raio-X é emanada ou irradiada da cabeça de

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7/40 tratamento quando o sistema de geração de raio-X é ativado. Em alguns cenários, a cabeça de tratamento de raio-X pode ser colocada na extremidade da ponta de um corpo aplicador alongado que é fixado ao braço robótico por uma porção de base. Controlando a posição de uma ou mais articulações do braço robótico, o braço robótico pode manter a cabeça de tratamento em uma posição fixa dentro ou fora do paciente para aplicação de terapia de raio-X. Por exemplo, o braço robótico pode controlar uma posição da cabeça de tratamento de raio-X para intervenções relacionadas à IORT. Em alguns cenários, o movimento do braço robótico pode ser sincronizado com os movimentos respiratórios do paciente para que a cabeça de tratamento tenha sempre a mesma posição relativa ao tecido que compõe o leito tumoral. O braço robótico sustenta a cabeça de tratamento de raio-X e pode prover alguns ou todos os canais de utilidade necessários para sustentar as funções e operações de IORT. Por exemplo, o braço robótico pode prover um ou mais canais de líquidos para facilitar a liberação de solução salina a um balão inflável e para drenar a solução salina do balão.

[0026] O sistema descrito acima pode ser usado com qualquer fonte de radiação de raio-X atualmente conhecida, ou conhecida no futuro, desde que a cabeça de tratamento a partir da qual a energia de raio-X é irradiada possa ser apoiada e mantida em uma posição desejada pelo braço robótico. Por exemplo, uma fonte de raio-X miniaturizada poderia ser colocada na cabeça de tratamento que é apoiada pelo braço robótico. No entanto, uma vantagem da disposição citada é que ela facilita o uso de um sistema de geração de raio-X de tamanho relativamente maior para IORT no lugar de uma fonte de raio-X miniaturizada. Um exemplo de tal sistema de geração de raio-X maior é descrito no Pedido de Patente Norte-Americano No. 15/941.547, depositado em 30 de março de 2018 e intitulado ThreeDimensional Beam Forming X-ray Source, cuja totalidade é incorporada no presente relatório por referência. O sistema de geração de raio-X de tamanho

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8/40 maior pode proporcionar todo o benefício de uma fonte de raio-X em miniatura, mas sem o custo adicional associado à fonte de raio-X em miniatura. O resultado funcional para o paciente é o mesmo que com a fonte de raio-X em miniatura colocada em um cateter flexível. A fonte de raio-X em ambos os cenários se moverá com o movimento do tecido corporal. Mas a durabilidade e o menor custo do sistema de geração de raio-X maior reduzirá consideravelmente o custo global do tratamento com IORT.

[0027] O sistema de geração de raio-X, conforme descrito aqui, também pode incluir um balão disposto sobre a cabeça de tratamento que é inserido na cavidade tumoral. O balão pode ser inflado ou esvaziado controlando um fluxo de solução salina para a cavidade interior do balão. Um balão inflável disposto ao redor da cabeça de tratamento de raio-X pode ajudar a garantir que uma dose homogênea de radiação seja aplicada em todas as porções do leito tumoral. Um aspecto do balão conceito é que, quando devidamente inflado, ele pressiona todos os tecidos que compreendem o leito tumoral a se conformarem a uma forma aproximadamente esférica, conforme é definido pelo balão insuflado. Consequentemente, uma fonte de radiação colocada no centro do balão será aproximadamente equidistante de todas as superfícies de tecido que definem o leito tumoral. Se a cabeça de tratamento produzir um padrão de radiação aproximadamente esférico ou isotrópico, o resultado será uma dose de radiação substancialmente homogênea sendo aplicada em todas as porções do leito tumoral.

[0028] Em um sistema de IORT conforme descrito no presente relatório, a quantidade de radiação de raio-X que é aplicada a várias partes do leito tumoral por uma fonte de raio-X deve ser cuidadosamente controlada. Mas o sistema de geração de raio-X, devido ao seu design, um mau funcionamento e/ou degradação funcional ao longo do tempo, pode não produzir um padrão de radiação de raio-X e/ou intensidade esperado. Esse cenário pode fazer com que diferentes porções do leito tumoral recebam

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9/40 níveis de radiação de raio-X que são inconsistentes ou não tencionados.

[0029] Além disso, os recentes desenvolvimentos com fontes de raioX têm o potencial de facilitar a orientação do feixe de raio-X e o formato do feixe dentro da cavidade tumoral. Coletivamente, essa capacidade às vezes é referida no presente relatório como escultura de feixe \beam sculpting). Por exemplo, um sistema de geração de raio-X com capacidade de realizar escultura por feixe é descrito no Pedido de Patente Norte-Americano No. 15/941.547, depositado em 30 de março de 2018, intitulado ThreeDimensional Beam Forming X-ray Source. Embora tal capacidade de escultura por feixe ofereça muitas vantagens em um cenário de IORT, conforme descrito no presente relatório, ele também cria certos desafios de tratamento, pois um especialista em tratamento deve ter certeza de que a forma esculpida do feixe que é realmente produzido é bem definida durante a IORT. A este respeito, atualmente não há um bom método para verificar se uma operação de orientação do feixe ou escultura por feixe ocorreu adequadamente e/ou está fornecendo uma quantidade desejada de radiação de raio-X a uma parte particular de um leito tumoral.

[0030] Assim, a presente solução envolve um sistema para calibrar uma fonte de raio-X para IORT. O sistema de calibração pode garantir que o feixe de raio-X que é produzido seja devidamente esculpido de modo a ser consistente com um plano de tratamento. O sistema de calibração também pode prover uma base para que um plano de tratamento com IORT seja modificado. Por exemplo, tais modificações podem envolver a comparação da forma, direção e intensidade de um feixe medido pelo sistema de calibração, com um feixe de raio-X que é especificado por um plano de tratamento específico. Com base nessa comparação, ajustes podem ser feitos aos parâmetros de controle de escultura por feixe de modo que o feixe de raio-X efetivamente esculpido seja mais estreitamente conformado com um feixe de raio-X especificado por um plano de tratamento. Em outros cenários, o plano

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10/40 de tratamento pode ser modificado para acomodar limitações ou variações no feixe de raio-X que é efetivamente produzido. Por exemplo, isso pode ser feito ajustando uma posição de uma cabeça de tratamento, uma orientação de uma cabeça de tratamento e uma duração do tempo em que o tecido é exposto ao feixe de raio-X.

[0031] Em alguns cenários, a posição ajustada ou modificada da cabeça de tratamento pode ser uma posição estática na qual a cabeça de tratamento não se move durante um momento em que o tratamento de radiação está sendo aplicado. No entanto, o braço robótico também pode facilitar uma ação ou movimento da cabeça de tratamento durante uma sessão de IORT para garantir que todas as porções de um leito tumoral recebam uma quantidade predeterminada de radiação de acordo com um plano de tratamento. Em alguns cenários, o movimento pode ocorrer concomitantemente com a aplicação da radiação de raio-X. Em outros cenários, a aplicação de radiação de raio-X pode ser temporariamente interrompida enquanto o braço robótico reposiciona a cabeça de tratamento. Em alguns cenários, essas técnicas podem ser aplicadas para ajudar a minimizar variações na dose de raio-X distribuída pela cabeça de tratamento a superfícies de um leito tumoral. Por exemplo, tal abordagem pode ser vantajosa quando as limitações em relação à orientação do feixe são tais que a uniformidade, forma ou direção do feixe impedem que um feixe desejado seja alcançado.

[0032] A solução do sistema de IORT pode compreender uma unidade base portátil ou carrinho (por exemplo, um carrinho móvel em rodízios) ao qual um braço robótico está preso. Um sistema de geração de raio-X pode incluir uma cabeça de tratamento que é fixa a uma primeira extremidade do braço robótico distai de uma segunda extremidade do braço robótico que é preso à unidade base portátil. Uma fonte de alimentação e uma unidade de controle para o sistema de IORT (incluindo o braço robótico)

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11/40 podem ser integrados dentro da unidade base.

[0033] A solução aqui descrita envolve ainda o uso de um poço de calibração, que está incluído como parte da unidade base que sustenta o braço robótico. O poço de calibração é montado de forma vantajosa dentro ou na unidade base, de modo que tenha uma posição fixa em relação ao braço robótico. Assim, a posição do poço é sempre conhecida por uma unidade de controle do braço robótico. A posição do poço é selecionada de modo que o braço robótico, quando comandado para fazê-lo, possa mover a cabeça de tratamento de raio-X para uma posição dentro do poço de calibração. Dentro do poço de calibração, uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-X (XRSE) são dispostos para medir uma intensidade e/ou padrão do feixe de raio-X. Os sensores podem ser dispostos para forrar as paredes internas que definem o poço. Um ou mais tipos diferentes de sensores podem ser providos para este propósito (por exemplo, intensidade do feixe absoluto vs. medições de padrões). Os elementos de detecção de posição podem ser dispostos dentro do poço para verificar a presença e/ou posição de uma cabeça de tratamento de raio-X quando ela se moveu para a posição dentro do poço.

[0034] Quando o resultado da cabeça de tratamento de raio-X deve ser avaliado (por exemplo, padrão e/ou intensidade do campo), o braço robótico é controlado pela unidade de controle para mover a cabeça de tratamento de raio-X até uma posição predeterminada no poço. Para efeitos desta descrição, uma cabeça de tratamento de raio-X pode ser entendida como uma parte do sistema de geração de raio-X do qual a radiação de raio-X é efetivamente emanada para fins de tratamento terapêutico. Como o poço é montado em uma posição fixa diretamente dentro ou na unidade base do sistema de raio-X, a unidade de controle saberá uma posição exata onde a cabeça de tratamento de raio-X deve ser posicionada para fins de avaliação. As posições articulares do braço robótico são sempre conhecidas pelo sistema

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12/40 de controle do braço robótico. O braço robótico é montado em uma localização fixa em relação à unidade base. Assim, as posições articulares precisas do braço robótico necessárias para posicionar a cabeça de tratamento dentro do poço serão conhecidas pelo sistema de controle robótico. Assim, uma vantagem de incluir o poço de calibração como parte da unidade base do sistema de IORT é que o padrão de feixe esculpido que é detectado pode ser conhecido e registrado em relação à posição e orientação do braço robótico. Depois de a cabeça de tratamento ser removida do poço de calibração, a posição e orientação relativa da cabeça de tratamento são sempre conhecidas como uma função das posições articulares do braço robótico. Assim, a posição e a orientação exatas do padrão de radiação também podem ser conhecidas. Essas informações podem ser úteis para garantir que as quantidades corretas de radiação de raio-X sejam direcionadas para diferentes locais dentro de uma cavidade tumoral ao realizar uma intervenção de IORT, conforme descrito no presente relatório. O padrão de feixe detectado também pode ser usado como base para ajustar parâmetros de controle de feixe para variar uma direção, forma e/ou intensidade do feixe. Esses parâmetros de controle de feixe variam naturalmente de acordo com o tipo particular de fonte de raio-X que está sendo empregada em um cenário específico. O padrão de feixe detectado também pode ser usado como base para modificar um plano de tratamento. Tais modificações podem envolver mudar uma posição estática de uma cabeça de tratamento dentro de uma cavidade de ferida durante a aplicação da radioterapia, e/ou variar dinamicamente uma posição da cabeça de tratamento durante uma sessão de IORT. Essas modificações também podem envolver uma orientação da cabeça do tratamento durante uma sessão de IORT.

[0035] Os XRSE dispostos dentro do poço são dispostos, vantajosamente, em uma pluralidade de locais predeterminados. Por exemplo, em alguns cenários, esses locais podem ser conhecidos em relação a cada um

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13/40 de uma pluralidade de eixos ortogonais que definem um sistema de coordenadas x, y e z. Quando as operações de calibração devem ser realizadas, a posição da cabeça de tratamento de raio-X pode ser controlada por meio do braço robótico para que a cabeça de tratamento seja colocada precisamente na origem do sistema de coordenadas. Em outros cenários, a origem do sistema de coordenadas x, y e z pode ser determinada dinamicamente de acordo com a posição da cabeça de tratamento. Em qualquer dos cenários, uma pluralidade de XRSE pode ser alinhada com uma pluralidade de pontos dentro do poço que definem uma grade forrando o interior da cavidade. Em alguns cenários, toda a cavidade pode ser forrada com XRSE. No entanto, a solução não é limitada nesse sentido e, em outros cenários, apenas uma parte de toda a cavidade pode ser forrada com os XRSE. Ainda assim, é vantajoso que um número suficiente de XRSE seja disposto de modo a detectar radiação de raio-X em uma pluralidade de diferentes direções que circundam a cabeça de tratamento de raio-X.

[0036] Os XRSE comunicarão o resultado de suas atividades de detecção a um sistema de controle, que monitora a dose de radiação de raio-X detectada por cada um dos sensores. Cada um dos XRSE terá um local conhecido na superfície da cavidade, e este local será conhecido pelo sistema de controle. Consequentemente, o sistema de controle pode determinar a dose exata de raio-X aplicada em direções radiais que se estendem da cabeça do tratamento de raio-X. Comparando-se a intensidade relativa medida pelos vários XRSE, pode-se determinar um padrão de feixe produzido pela cabeça de tratamento de raio-X. Esses resultados podem ser apresentados a um especialista no tratamento em uma tela de computador. Assim, o especialista no tratamento pode observar qualquer variação na quantidade real de radiação de raio-X aplicada por uma fonte de raio-X em relação a um padrão de feixe esperado. Por exemplo, isso pode ser feito comparando o padrão de feixe medido com um padrão de feixe esperado.

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[0037] Em alguns cenários, o padrão de radiação de raio-X medido pode ser usado como base para controlar o sistema gerador de raio-X para que um padrão de feixe real produzido pela cabeça de tratamento corresponda a um padrão de feixe desejado. Por exemplo, isso podería ser feito ajustando pelo menos uma função característica ou de controle do sistema de geração de raio-X para modificar o feixe de raio-X que é produzido. O padrão de radiação detectado e os níveis de intensidade detectados quando a cabeça de tratamento está no poço de calibração também podem ser usados pelo especialista no tratamento para ajudar a posicionar a cabeça de tratamento de raio-X. Por exemplo, em alguns cenários, o especialista no tratamento pode ajustar a posição de uma cabeça de tratamento contendo uma fonte de raio-X para que o mínimo ou máximo de um padrão de radiação de raio-X seja direcionado para um determinado local. Altemativamente, a cabeça de tratamento pode ser posicionada para facilitar maior uniformidade na intensidade do raio-X dentro da cavidade tumoral. Isso podería ser realizado periodicamente variando uma posição da cabeça de tratamento para representar os vários mínimos e máximos associados com o feixe. Estes ajustes podem ser realizados de qualquer forma adequada consistente com o funcionamento de um determinado sistema de geração de raio-X em uso. Como tal, prevê-se que os ajustes dos feixes poderíam ser implementados manualmente, eletromecanicamente, eletronicamente ou por meio do reposicionamento de um braço robótico.

[0038] Os diversos aspectos da presente descrição serão descritos em relação aos desenhos em anexo de um sistema exemplificativo que pode prover ambas as funcionalidades terapêuticas da IORT através de uma única plataforma para melhor atender e beneficiar o médico e o paciente. O sistema exemplificativo pode incluir vários dispositivos de imagem e um dispositivo de radioterapia usado cooperativamente para realizar a IORT de acordo com a presente descrição. Em alguns cenários, o sistema pode envolver o uso de um

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15/40 sistema de IORT robótico.

[0039] Como explicado abaixo em mais detalhes, o sistema de IORT robótico pode usar um braço robótico para ajudar a garantir uma posição consistente de uma cabeça de tratamento de raio-X durante a IORT. O braço robótico pode facilitar o movimento controlado da cabeça de tratamento de raio-X disposta dentro do paciente em resposta aos movimentos autônomos do paciente associados à respiração e afins. Esse controle de movimento pode ser facilitado pelo uso de sensores de força dispostos no braço robótico, ou por meio de marcadores fiduciais dispostos no paciente para rastrear tais movimentos. Esses e outros atributos da presente solução se tomarão evidentes a partir da descrição abaixo.

[0040] Com referência agora à figura 1, é mostrada uma representação de diagrama de blocos de alto nível de um sistema de IORT robótico 100 que é útil para entender a invenção. O sistema exemplificativo 100 pode incluir um sistema de geração de raio-X composto por um componente de radioterapia 102 com tubo de raio-X 101. O sistema também incluirá um componente de ultrassom opcional 104 com um transdutor 106, um componente de imagem óptica (OI) 112 com um dispositivo de captura de imagem associado (ICD) 122. O sistema também inclui um braço robótico 114, sensor de movimento do paciente opcional 116 e um componente de controle de solução salina opcional 108. Em alguns cenários descritos no presente relatório, o componente de controle do sistema 110 guia o braço robótico 114 durante as operações de IORT. Tal orientação pode, em alguns cenários, ter base em imagens e dados obtidos de um ou mais dentre um componente do sensor de movimento do paciente 116, do componente de ultrassom 104, do transdutor 106, do componente de OI 112 e do ICD 122. A energia de raio-X produzida pelo tubo de raio-X 101 pode ser aplicada a um paciente usando um aplicador de raio-X ou cabeça de tratamento (não mostrado na Figura 1), que é fixado a uma extremidade móvel do braço

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16/40 robótico.

[0041] O componente de controle de solução salina 108 pode compreender uma bomba e uma ou mais válvulas seletivamente controladas, todos sob o controle de elementos de software e hardware associados ao componente de controle do sistema. A bomba pode ser conectada a um reservatório ou fonte de solução salina. Como tal, o componente de controle de solução salina pode controlar um fluxo de solução salina para e de um balão (não mostrado na figura 1) que é disposto sobre uma cabeça de tratamento de raio-X. Quando as operações de IORT forem realizadas, a cabeça de tratamento (fechada pelo balão) é inserida em uma cavidade da qual um tumor canceroso foi removido. O balão é, em seguida, inflado com solução salina. Uma vez inflado, o tubo de raio-X 101 e o componente de radioterapia 102 são usados para aplicar radiação às paredes da cavidade formada pelo leito tumoral. Durante a aplicação da radiação, o componente de controle de solução salina pode monitorar e manter a circulação e pressão do fluido dentro do balão. Após a conclusão do tratamento com IORT, o componente de controle de solução salina 108 libera a solução salina para esvaziar o balão, após o que a cabeça de tratamento de raio-X (juntamente com o balão) é retirada da cavidade.

[0042] O braço robótico 114 é selecionado vantajosamente para ser um sistema robótico que provê liberdade de movimento em torno de múltiplos eixos ortogonais (por exemplo., até sete eixos) e inclui sensores leves de força e torque (não mostrados na figura 1) para garantir a operação segura com seres humanos sem a necessidade de uma barreira de segurança. Robôs exemplificadores deste tipo estão disponíveis comercialmente de várias fontes. Por exemplo, KUKA Roboter GmbH de Augsburg, Alemanha (KUKA) fabrica uma linha de robôs leves aptos a realizar a colaboração direta entre seres humanos e robôs (HRC) que são adequados para interação direta entre seres humanos e robôs. Estes robôs incluem o modelo LBR iiwa e/ou o

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17/40 modelo LBR iisy produzido pela KUKA. Os robôs deste tipo são bem adequados para as operações delicadas descritas no presente relatório porque incluem sensores de torque de alto grau de articulação incluídos em todos os seis eixos, que podem detectar a menor das forças externas resultantes do contato com objetos, e podem responder reduzindo imediatamente um nível de força e velocidade associado aos movimentos do robô.

[0043] Se um componente sensor de movimento do paciente 116 for provido, ele pode incluir sensores ópticos, sensores de ultrassom, sensores de pressão, sensores laser ou qualquer outro tipo de sensor que seja útil para monitorar o movimento de um paciente em tratamento de IORT. Por exemplo, tal movimento pode compreender movimento respiratório e/ou movimento do sistema digestivo que ocorre durante a IORT. O componente sensor de movimento do paciente pode ser separado do braço robótico 114 e/ou pode ser integrado ao braço robótico para facilitar essa detecção. Em alguns cenários, dados do componente de ultrassom 104, transdutor 106, componente óptico de captura de imagem 112 e dispositivo de captura de imagem 122 podem ser usados para detecção do movimento do paciente, conforme descrito no presente relatório. As informações desses sensores podem ser usadas em vez de ou em conjunto com os dados detectados adquiridos a partir do componente sensor de movimento do paciente 116.

[0044] Em um cenário onde o componente de controle do sistema 110 recebe dados do sensor de movimento do paciente, essas informações podem ser usadas para controlar o braço robótico 114. Por exemplo, durante as operações de IORT, conforme descrito no presente relatório, um movimento do braço robótico pode ser controlado de acordo com a detecção de dados de movimento do paciente para garantir que a cabeça de tratamento de raio-X se mova em sincronia com o movimento natural do tecido. Esse movimento natural do tecido pode ser devido às funções respiratórias ou corporais. Assim, o braço robótico manterá precisamente uma posição da cabeça de

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18/40 tratamento de raio-X em relação ao leito tumoral que está recebendo radioterapia. O controle preciso sobre o movimento e a posição da cabeça de tratamento de raio-X pode ajudar a garantir que todas as áreas do leito tumoral recebam uma exposição homogênea à radiação aplicada. Para conseguir esse resultado, o braço robótico pode se mover ao longo de múltiplos eixos de movimento (por exemplo, até sete eixos de movimento) para manter uma posição relativa da cabeça de tratamento de raio-X dentro da cavidade da qual o tumor canceroso foi removido.

[0045] O componente de radioterapia IORT 102 pode ser composto por circuitos controladores do tubo de raio-X, fontes de alimentação de alta tensão, circuitos de controle e outros componentes que são necessários para fazer com que um tubo de raio-X 101 gere radiação de raio-X, conforme descrito no presente relatório. Em alguns cenários, partes do componente de radioterapia IORT 102 podem ser colocadas em uma unidade de cabeça que é fixada em uma extremidade móvel do braço robótico. Em alguns cenários, o tubo de raio-X 101 também pode ser colocado em uma extremidade móvel do braço robótico. O componente de radioterapia 102 pode ser configurado para facilitar o tratamento de um leito tumoral de acordo com os métodos de tratamento de IORT que são atualmente conhecidos ou que serão conhecidos no futuro. Em alguns cenários, o tubo de raio-X 101 é configurado de forma vantajosa para facilitar uma fonte isotrópica para partículas de fótons de raioX para realizar IORT de um leito tumoral. Em outros cenários, o tubo de raioX 101 pode ser configurado para facilitar um feixe de raio-X direcional.

[0046] Em alguns cenários, o tubo de raio-X pode ser selecionado de forma vantajosa e propositalmente projetado para que tenha um tamanho relativamente pequeno, de modo que se encaixe dentro de uma cavidade da qual um tumor canceroso foi removido, mas que ainda assim é robusto e grande o suficiente para suportar várias sessões de tratamento sem se esgotar ou falhar. Qualquer fonte de raio-X adequada pode ser usada desde que

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19/40 satisfaça esses requisitos conhecidos de uma fonte de raio-X de IORT. Um exemplo de uma fonte comercialmente disponível desse tipo é o sistema de braquiterapia eletrônica Axxent®, que está disponível junto à Xoft, Inc. de San Jose, CA. Outra fonte de raio-X que é adequada é descrita no Pedido de Patente Norte-Americano No. 15/941.547, depositado em 30 de março de 2018 e intitulado Three-Dimensional Beam Forming X-ray Source, cuja descrição é incorporada no presente relatório por referência.

[0047] O componente de radioterapia 102, que pode ser um componente superficial de radioterapia, e o tubo de raio-X 101, podem incluir juntos circuitos de controle, um ou mais elementos de resfriamento para o tubo de raio-X, fontes de alimentação, um ou mais gerador de alta tensão, um ou mais aplicadores intercambiáveis e um ou mais temporizadores de hardware que trabalham em conjunto com um temporizador de software para fins de redundância e outros propósitos. Contempla-se que o tubo de raio-X aqui utilizado será selecionado para que seja otimizado para interação de IORT com tecido de leito tumoral, e tenha efeitos mínimos em profundidades teciduais mais profundas. Por exemplo, um tipo convencional de radioterapia superficial (SRT) da unidade de raio-X pode ser usado para este fim. Como será notado, um tipo de SRT da unidade de raio-X produz raio-X de baixa energia que é adequado para esta finalidade.

[0048] Em alguns cenários, um componente sensor de feixe de raio-X de estado sólido 103 pode monitorar a saída do feixe do componente de radioterapia 102 e do tubo de raio-x 101, juntamente com a estabilidade e o rendimento do sistema como um todo. O componente sensor de feixe de raioX de estado sólido 103 pode incluir um ou mais XRSE, que são montados dentro de um poço de calibração de raio-X. Como tal, o desempenho do sistema de geração de raio-X pode ser avaliado movendo a cabeça de tratamento para dentro do poço de calibração. Estas operações de calibração podem ser realizadas sempre que o sistema 150 precisa ser testado para fins

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20/40 de controle de qualidade, ou para fins gerais de diagnóstico do sistema 150. No entanto, pode ser vantajoso realizar tais operações de calibração imediatamente antes de iniciar um procedimento de IORT para que uma caracterização precisa e atualizada possa ser determinada para as operações do tubo de raio-X 101 e do feixe de raio-X.

[0049] A presente descrição contempla que, além de ou altemativamente ao uso de uma radioterapia com base em raio-X no sistema 100, qualquer outro tipo de radioterapia pode ser utilizado no sistema 100. Assim, os componentes da radioterapia podem ser selecionados para sustentar a radioterapia com base em fótons (por exemplo, raios-X e raios gama), radioterapia com base em partículas (por exemplo, elétrons, prótons, nêutrons, íons de carbono, partículas alfa e partículas beta), ou quaisquer combinações das mesmas quem pode ser determinadas como sendo adequadas para IORT agora ou no futuro.

[0050] Se um componente de ultrassom 104 for provido, ele pode incluir circuitos de controle, controladores de sistema, software de controle operacional, e um transdutor 104, que pode ser um transdutor ultrassônico de alta frequência, para captura de imagem tecidual do leito tumoral. O componente de ultrassom 104 se comunica com o software do componente de controle do sistema 110 através de um barramento e controladores de sistema. O componente de ultrassom 104 e o transdutor 106 são dispostos no sistema exemplificativo 100 para prover dados estruturais ou anatômicos associados ao leito tumoral sem expor um indivíduo à radiação ionizante. No entanto, a presente descrição contempla que o componente de ultrassom 104 e o transdutor 106 podem ser substituídos ou suplementados no sistema 100 com componentes para sustentar quaisquer outros tipos de técnicas de imagem que também não utilizam radiação ionizante. Por exemplo, a tomografia de coerência óptica ou varredura de alcance a laser (LIDAR), para citar alguns.

[0051] O componente de ultrassom 104 pode ser qualquer dispositivo

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21/40 de ultrassom capaz de operar dentro de uma largura de banda aceitável. Por exemplo, o componente de ultrassom e o transdutor 106 podem operar em uma largura de banda de aproximadamente 2 MHz a aproximadamente 70 MHz, e pode ser implementado com um transdutor eletromecânico, ou um transdutor de estado sólido. O sistema 100 pode prover o componente de ultrassom 104 pelo menos parcialmente integrado dentro de um alojamento do sistema 100 acoplado a um barramento de dados, com uma cabeça transdutora 106 fora do alojamento, como discutido em relação às figuras 2 e 3. O componente de ultrassom 104 e os outros componentes do sistema 100, podem estar em comunicação com um barramento de dados para facilitar a comunicação de dados de imagem ao componente de controle do sistema 110 e/ou ao dispositivo monitor 113. Um padrão de interface adequado pode ser usado para este fim, como interconexão de componentes periféricos (PCI/PCIe), barramento serial universal (USB/USBII/USBIII/USB-C), Ethernet ou Firewire. No entanto, a presente descrição contempla que quaisquer outros padrões de interface e/ou comunicações podem ser usados. [0052] O componente óptico de captura de imagem 112 pode incluir circuitos de controle, controladores de sistema, software de controle operacional e um ou mais dispositivos de captura de imagem 122, para capturar a imagem de um leito tumoral. De acordo com um aspecto, o componente óptico de captura de imagem é um dispositivo de captura de imagem espectroscópico. Por exemplo, o componente óptico de captura de imagem pode compreender um dispositivo de imagem multiespectral que captura dados de imagem em uma pluralidade de frequências ópticas. Esse componente de captura de imagem multiespectral pode ser configurado para utilizar energia óptica da porção visível do espectro de luz para fins de captura de imagem, mas também pode utilizar energia óptica de frequências além da faixa de luz visível (por exemplo, da faixa do infravermelho e ultravioleta próximo). Altemativamente, o componente óptico de captura de

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22/40 imagem pode compreender um dispositivo de imagem hiperespectral em que as informações ópticas são capturadas de todo o espectro eletromagnético em cada pixel na imagem capturada. Como outra alternativa, o dispositivo de captura de imagem espectroscópico pode ser configurado para espectroscopia Raman que captura alterações na frequência dos fótons em luz monocromática, que resultam da interação com o tecido no leito tumoral. Como outra alternativa, o dispositivo de captura de imagem espectroscópico pode ser configurado para captura de imagem fotoacústica, que utiliza pulsos de laser não ionizantes ou uma fonte de luz alternativa para visualizar o tecido residual da cavidade.

[0053] O componente óptico de captura de imagem 112 se comunica com o software do componente de controle do sistema 110 através de um barramento e controladores de sistema. A presente descrição contempla que o componente óptico de captura de imagem 112 e o dispositivo de captura de imagem 122 podem ser substituídos ou complementados no sistema 100 com componentes para suportar quaisquer outros tipos de técnicas de imagem para extrair informações moleculares ou funcionais dos tecidos do leito tumoral. Por exemplo, os biomarcadores podem ser usados para melhorar a utilidade dos métodos ópticos de captura de imagem descritos no presente relatório. Como se sabe, um biomarcador pode envolver uma substância que é introduzida em um tecido para facilitar a identificação de uma doença como o câncer. De acordo com um aspecto, um biomarcador pode incluir qualquer substância introduzida em um tecido do leito tumoral que pode ser usado para induzir alterações visualmente ou opticamente detectáveis que podem facilitar a identificação das células cancerosas. Qualquer biomarcador agora conhecido ou conhecido no futuro pode ser usado em conjunto com o componente óptico de captura de imagem 112 e o um ou mais dispositivos de captura de imagem 122, desde que possa ajudar a facilitar a identificação de dados funcionais relativos ao tecido do leito tumoral sob observação.

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[0054] O componente óptico de captura de imagem 112 pode ser disposto pelo menos parcialmente integrado dentro de um alojamento do sistema 100 acoplado a um barramento de dados com um ou mais dispositivos de captura de imagem 122 localizados fora do alojamento, como mostrado nas figuras 2 e 3. O componente óptico de captura de imagem 112 e outros componentes do sistema 100 podem estar em comunicação com o barramento de dados e os respectivos outros componentes do sistema 100 utilizando padrões de interface, como a interconexão de componentes periféricos (PCI/PCIe), barramento serial universal (USB/USBII/USBIII/USB-C), Ethernet ou Firewire, para citar alguns. No entanto, a presente descrição contempla que quaisquer outros padrões de interface e/ou comunicações podem ser usados.

[0055] Em alguns cenários, o sistema 100 utiliza o componente de ultrassom 104 com um transdutor 106 para escanear e capturar a imagem de um leito tumoral, para obter informações estruturais ou anatômicas sobre a região de interesse. O sistema também pode utilizar o componente óptico de captura de imagem 112 com o dispositivo de captura de imagem 122 para escanear opticamente e capturar a imagem do mesmo volume para obter informações funcionais e/ou metabólicas relativas ao tecido da pele ou porções do mesmo. Conforme utilizado no presente relatório, as informações funcionais e/ou metabólicas aqui mencionadas podem incluir qualquer informação relativa à função biológica, comportamento ou processos em ação em determinada célula ou grupo de células. Os processos de escaneamento por ultrassom e ópticos serão descritos abaixo com mais detalhes. Um processo de registro pode ser usado para facilitar o alinhamento dos dados de imagem adquiridos usando os métodos de escaneamento por ultrassom e ópticos. Após a região de interesse ter sido escaneada e imageada pelo sistema 100, os dados de imagem são processados pelo software do sistema. Os dados de imagem adquiridos usando os métodos de escaneamento por

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24/40 ultrassom e digitalização óptica podem ser registrados e, em seguida, fundidos ou combinados para formar uma única imagem. Na imagem fundida, os dados de imagem adquiridos usando ultrassom são basicamente sobrepostos sobre os dados de imagem adquiridos usando o método de escaneamento óptico descrito no presente relatório. O resultado é uma imagem híbrida que inclui dados anatômicos e/ou estruturais detalhados para o leito tumoral com os dados funcionais para o mesmo volume de tecido sobreposto. Esse processo pode ser usado após a excisão do tumor para ajudar a identificar quaisquer porções do leito tumoral que possam compreender tecido canceroso.

[0056] O sistema 100 é controlado e operado pelo componente de controle do sistema 110, que pode incluir um computador central com uma placa-mãe que executa software operacional e de controle com várias placas paralelas e conectadas que permitem controlar, comunicar e monitorar os vários subcomponentes e módulos do sistema 100. Isso alcança uma funcionalidade harmoniosa entre os três principais componentes clínicos do sistema 100, incluindo o componente de radioterapia 102, o braço robótico 114 e o componente sensor de movimento do paciente. O componente de controle do sistema 110 pode ser conectado comunicativamente com repositórios de dados, incluindo um repositório de dados do paciente 118 e um repositório de dados do sistema 120.

[0057] O software ou as instruções executadas pelo componente de controle do sistema podem controlar as funções do sistema 100, verificar os mecanismos de segurança e as funções de serviço e calibração. O componente do sistema de controle 110 pode estar em comunicação com uma mídia legível por máquina que pode ser memória estática na qual é armazenado um ou mais conjuntos de instruções (por exemplo, software) incorporando qualquer uma ou mais das metodologias ou funções descritas no presente relatório, incluindo esses métodos aqui ilustrados. As instruções também podem residir, total ou parcialmente, dentro do repositório de dados do

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25/40 sistema, da memória estática ou do processador, ou de uma combinação dos mesmos, durante a execução das mesmas pelo sistema 100. O repositório de dados do sistema, o repositório de dados do paciente e o processador também podem constituir meios legíveis por máquina.

[0058] O repositório de dados do paciente 118 e o repositório de dados do sistema 120 podem ser uma unidade de estado sólido, disco rígido ou outro dispositivo de memória. O repositório de dados do paciente 118 pode armazenar dados relacionados ao paciente e parâmetros de tratamento, como prontuários dos pacientes, detalhes da sessão de tratamento e documentação e fotos da doença. O repositório de dados do sistema 120 armazena todos os dados e parâmetros relacionados ao sistema, como o registro do sistema, dados de calibração de raio-X e resultados de diagnósticos do sistema. O repositório de dados do paciente 118 e o repositório de dados do sistema 120 podem ser dispositivos separados ou fisicamente combinados. Uma ou mais partições podem ser usadas se os repositórios 118 e 120 forem combinados, como um único repositório. Ambos os repositórios de dados serão espelhados e copiados para um meio de armazenamento em nuvem protegido e criptografado compatível com HIPAA.

[0059] Um exemplo de um sistema de IORT robótico 200 é mostrado na figura 2. O sistema 200 pode incluir uma unidade base 201 com vários componentes montados nela ou conectados com ela. Esses componentes podem incluir um braço robótico 202, um sistema de geração de raio-X, um reservatório de solução salina 212, um elemento de controle de solução salina 214 e um componente de controle do sistema 210. O sistema de geração de raio-X é composto por um componente de radioterapia IORT, que em alguns cenários pode ser distribuído entre uma porção de unidade base 216 e uma porção de unidade de cabeça 223. A unidade base também pode incluir um componente óptico de captura de imagem 232, um componente de ultrassom 234 e um dispositivo de armazenamento de dados 236 para armazenar dados

Petição 870200045488, de 09/04/2020, pág. 31/64 / 40 do paciente e/ou do sistema. A unidade base 201 é vantajosamente uma unidade compacta como uma com uma pegada de 30 x 30 e pode ser montada em rodízios 211 para facilitar a maneabilidade. A unidade base 201 pode incluir um cabo de alimentação para prover energia opcionalmente a todos os componentes alojados ou conectados à unidade base 201. Nesse sentido, a unidade base 201 pode conter um ou mais computadores 217 para controlar o sistema 200 e/ou analisar e processar os dados obtidos a partir dos componentes do sistema 200. Em alguns cenários, um monitor 218 pode ser montado na unidade base 201 para facilitar uma interface de usuário. Da mesma forma, um terminal ou um dispositivo de alimentação, como um teclado ou mouse, pode ser incluído.

[0060] Um encaixe 203 é provido na unidade base 201 para montar o braço robótico 202 em um local fixo na unidade base. O braço robótico 202 pode ter fixado a ele uma porção de unidade de cabeça 223 do componente de radioterapia IORT. Um corpo aplicador alongado 228 estende-se da parte da unidade de cabeça 223 até a cabeça de tratamento 224. O braço robótico 202 é articulado com articulações robóticas ou membros de articulação apropriados 204 sob o controle do componente de controle do sistema 210. Embora não seja mostrado na figura 2, mais ou menos membros de articulação 204 podem ser dispostos em diferentes pontos do braço robótico 202. Esses membros da articulação 204 podem aumentar ou diminuir vários graus de liberdade 225 de colocação, orientação e movimentação da cabeça de tratamento de raio-X 224. Além disso, o número de membros da articulação ilustrado na figura 2 é apenas para facilitar a ilustração. A presente divulgação contempla que qualquer número de pontos de articulação pode ser provido de modo a proporcionar qualquer número de graus de liberdade no braço robótico 202, conforme pode ser necessário para o posicionamento dinâmico e orientação da cabeça de tratamento de raio-X 224 em relação ao paciente e/ou ao poço de calibração. Em alguns cenários, um canal da solução salina 222 pode facilitar

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27/40 a comunicação da solução salina do reservatório 212 e do componente de controle de solução salina 214 para o sistema de geração de raio-X. Da mesma forma, um ou mais canais de sinais de energia e/ou de controle 220 podem ser providos. O canal de sinal de energia e/ou de controle pode facilitar a comunicação dos sinais de energia e/ou de controle entre a porção da unidade base 216 e a porção da unidade de cabeça 223 do componente de radioterapia IORT. Estes sinais podem ser usados para controlar e facilitar o funcionamento do tubo de raio-X (não mostrado na figura 2). Em alguns cenários, cabos de alta tensão, canais de fluidos e circuitos de controle podem não ser incluídos como parte do braço robótico, mas compreendem um feixe de cabos de controle separados que simplesmente se prende à cabeça de tratamento de raio-X.

[0061] A detecção e o rastreamento do movimento do paciente descritos no presente relatório são implementados de forma vantajosa através da integração de meios de detecção física, meios de detecção óptica ou ambos. Um corpo principal 227 que compreende a parte da unidade de cabeça 223 pode ser montado diretamente sobre ou ligado ao braço robótico 202. Consequentemente, quando o movimento do tecido do paciente produz uma força que é exercida sobre a cabeça de tratamento 224, tal força será comunicada através do corpo aplicador alongado 228 e do corpo principal 227 para o braço robótico 202. Esta força pode ser o resultado de uma pressão física minúscula direta que é exercida sobre a cabeça de tratamento 224 e acoplada através da unidade de cabeça 223 ao braço robótico. Essas forças podem ser definidas por vetores de força associados alinhados com os eixos de coordenadas ortogonais x, y e z. A detecção da força pode ser facilitada pelos sensores físicos 242, 244, 246 e 248 localizados em qualquer uma das várias posições ao longo do braço robótico. Por exemplo, em alguns cenários, os sensores físicos podem ser compostos por sensores de torque associados a cada uma das articulações do braço robô 204. Os sensores físicos podem ser

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28/40 uma combinação de um ou mais dentre vários tipos, como piezoelétricos, giroscópicos, de estado sólido e de outros mecanismos e materiais.

[0062] Para facilitar o rastreamento do movimento do paciente, um ou mais marcadores fiduciais 226 podem ser colocados opcionalmente em partes do corpo do paciente. Em alguns cenários, os marcadores fiduciais podem compreender um tipo óptico de marcadores fiduciais que facilitam o rastreamento óptico da posição associada ao marcador fiducial. O movimento dos marcadores fiduciais pode ser monitorado pelos sensores 228. Os sensores 228 podem ser colocados em uma parte do braço robótico 202 ou em uma estrutura de suporte do sensor 230 que proporciona boa visibilidade do paciente sobre ao qual a IORT deve ser realizada. Os sensores 228 podem compreender qualquer tipo de sensor adequado para monitorar o movimento do paciente. Por exemplo, no caso em que os marcadores fiduciais são de um tipo óptico, os métodos LIDAR podem ser usados para detectar precisamente a localização de cada marcador fiducial. Naturalmente, as modalidades não são limitadas a este respeito e qualquer outro tipo adequado de marcador fiducial e sistema de detecção associado pode ser usado. Os resultados dos sensores são monitoradas pelo componente de controle do sistema 210 e processados por um ou mais componentes de software de análise de movimento (software de rastreamento do sistema).

[0063] O software de rastreamento do sistema será alimentado periodicamente com dados atualizados das informações do sensor físico recebidas dos sensores físicos 242, 244, 246 e 248. Simultaneamente, o software de rastreamento do sistema também é provido de forma vantajosa com informações de posição do marcador fiducial geradas a partir de um ou mais sensores 228. O software de rastreamento do sistema usará as informações recebidas para gerar um comando de atualização de coordenadas x, y, z de correção imediata para o braço robótico que reflete o movimento sutil do tecido do paciente. O braço robótico, posteriormente, deve mover-se

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29/40 para a nova coordenada/localização sincronizada x, y, z para corresponder ao movimento do tecido do paciente. Este mecanismo de correção de movimento funcionará de forma vantajosa em um loop cíclico perpétuo para detectar e acompanhar constantemente o movimento do tecido do paciente gerado pelas funções respiratórias ou outras funções corporais.

[0064] Com base na análise das forças aplicadas ao braço robótico, e nas informações dos sensores físicos 242, 244, 246 e 248, o componente de controle do sistema 210 controla o braço robótico 202 para garantir que a cabeça de tratamento 224 esteja se movendo em sincronização precisa com o movimento do paciente. Por exemplo, a cabeça de tratamento 224 pode subir e descer com a ação respiratória do paciente.

[0065] Com referência agora à figura 3, é provida uma ilustração de um sistema de controle exemplificativo 300 que pode ser usado para controlar um sistema de IORT robótico conforme descrito no presente relatório. O sistema de controle pode incluir, mas não se limita a máquinas (ou dispositivos de computação) executando um sistema operacional Windows (por exemplo, um computador pessoal ou servidor). Tais máquinas (ou dispositivos de computação) são bem conhecidos na técnica, e não serão descritos em detalhes no presente relatório. Além disso, deve-se entender que tais máquinas são modificadas para implementar todos ou uma parte dos métodos aqui descritos. Tais modificações podem incluir modificações de software, modificação de hardware ou uma combinação de ambos.

[0066] O sistema de controle 300 pode incluir mais ou menos componentes do que os mostrados na figura 3. No entanto, os componentes mostrados são suficientes para descrever uma modalidade ilustrativa que implemente a presente solução. A arquitetura de hardware da figura 3 representa uma modalidade de um sistema de controle ou dispositivo informático representativo configurado para facilitar o controle de rastreamento de IORT e as operações de calibração da fonte de raio-X

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30/40 descritas no presente relatório.

[0067] Alguns ou todos os componentes do sistema de controle 300 podem ser implementados como hardware, software e/ou uma combinação de hardware e software. O hardware inclui, mas não se limita, a um ou mais circuitos eletrônicos. Os circuitos eletrônicos podem incluir, mas não se limitam, aos componentes passivos (por exemplo, resistências e capacitores) e/ou aos componentes ativos (por exemplo, amplificadores e/ou microprocessadores). Os componentes passivos e/ou ativos podem ser adaptados, organizados e/ou programados para realizar uma ou mais das metodologias, procedimentos ou funções descritas no presente relatório.

[0068] Conforme ilustrado na figura 3, o sistema de controle 300 compreende uma interface de usuário 302, uma unidade central de processamento (CPU) 306, um barramento de sistema 310, uma memória 312 conectada e a acessível por outras partes do dispositivo informático 300 através do barramento de sistema 310 e entidades de hardware 314 conectadas ao barramento de sistema 310. A interface de usuário pode incluir dispositivos de entrada e dispositivos de saída, que facilitam interações usuário-software para controlar as operações do dispositivo informático 300. Os dispositivos de entrada incluem, mas não se limitam, a um teclado físico e/ou touch 350. Os dispositivos de entrada podem ser conectados ao dispositivos de entrada 300 através de uma conexão com fio ou sem fio (por exemplo, uma conexão Bluetooth®). Os dispositivos de saída incluem, mas não se limitam a, um alto-falante 352, um visor 354 e/ou diodos emissores de luz 356.

[0069] Pelo menos algumas das entidades de hardware 314 realizam ações envolvendo acesso e uso de memória 312, que pode ser uma memória de acesso aleatório (RAM), uma unidade de disco e/ou uma memória somente de leitura de disco compacto (CD-ROM). As entidades de hardware 314 podem incluir uma unidade de disco rígido 316 que compreende um meio de armazenamento legível por computador 318 no qual

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31/40 é armazenado um ou mais conjuntos de instruções 320 (por exemplo, código de software) configurados para implementar uma ou mais das metodologias, procedimentos ou funções descritos no presente relatório. As instruções 320 também podem residir, total ou parcialmente, dentro da memória 312 e/ou dentro da CPU 306 durante a execução das mesmas pelo dispositivo informático 300. A memória 312 e a CPU 306 também podem constituir mídia legível por máquina. O termo mídia legível por máquina, como usado aqui, refere-se a uma única mídia ou a várias mídias (por exemplo, um banco de dados centralizado ou distribuído e/ou caches e servidores associados) que armazenam um ou mais conjuntos de instruções 320. O termo mídia legível por máquina, como usado aqui, também se refere a qualquer mídia capaz de armazenar, codificar ou realizar um conjunto de instruções 320 para execução pelo sistema de controle 300 e que fazem com que o sistema de controle 300 realize qualquer uma ou mais das metodologias da presente descrição.

[0070] Em alguns cenários, as entidades de hardware 314 incluem um circuito eletrônico (por exemplo, um processador) programado para facilitar o controle sobre o braço robótico. Nesse sentido, deve-se entender que o circuito eletrônico pode acessar e executar aplicativo(s) 324 instalados no dispositivo informático 300.

[0071] As figuras 4 e 5 são desenhos que são úteis para entender como um poço de calibração 508 pode ser integrado em ou dentro de um sistema de raio-X de IORT robótica 500. O sistema de raio-X de IORT robótica 500 é semelhante aos sistemas de raio-X de IORT robótica descritos nas figuras 1 a 3. O sistema de raio-X de IORT 500 inclui uma unidade base 501 na qual um braço robótico 502 é montado. O braço robótico inclui uma pluralidade de articulações 504. O sistema também inclui um componente de radioterapia IORT que é composto pela porção de unidade de cabeça 523. A porção de unidade de cabeça é composta por um corpo principal 527, um corpo aplicador alongado 528 e uma cabeça de tratamento 524. Conforme

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32/40 mostrado nas figuras 4 e 5, o sistema de raio-X 500 inclui ainda um poço de calibração 508. Em alguns cenários, o poço de calibração 508 pode se estender em uma direção alinhada com um eixo vertical 516. No entanto, a direção de alinhamento do poço de calibração 508 não é crítica. Assim, o poço de calibração 508 também podería ser alinhado com um eixo que se estende em uma direção diferente e qualquer direção de alinhamento alternativa é contemplada como uma variação aceitável, desde que a localização seja acessível ao braço robótico.

[0072] A localização do poço de calibração 508 e o alinhamento do eixo 516 são escolhidos para que a cabeça de tratamento de raio-X 524 possa ser automaticamente inserida no poço de calibração 508 pelo braço robótico 502. Como tal, o poço de calibração 508 terá vantajosamente uma porta 510 que provê acesso ao interior do poço de calibração. A porta 510 pode estar localizada na superfície superior 511 da unidade base 501, como mostrado, ou em uma parede lateral 514 da unidade base 501. A figura 4 mostra o braço robótico com uma pluralidade de articulações 504 ajustadas de modo que a cabeça de tratamento de raio-X 524 esteja pronta para inserção em uma cavidade de tratamento de um paciente (não mostrado) que deve se submeter ao tratamento de IORT. A figura 5 mostra o braço robótico 502 com a pluralidade das articulações 504 ajustadas de modo que a cabeça de tratamento 524 seja inserida no poço de calibração 508 para determinadas operações de calibração.

[0073] . A figura 6 é uma vista em seção transversal do poço de calibração 508, tomada ao longo da linha 6-6 na figura 4. O poço de calibração 508 é formado a partir de uma estrutura de cavidade de poço 600 que define um interior do poço de calibração. Em alguns cenários, o interior do poço de calibração pode ter uma configuração tubular formada por uma ou mais paredes laterais 610 que se estendem na direção paralela ao eixo 516 a partir da porta 510 até uma parede inferior oposta 612. Um perfil transversal

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33/40 do poço de calibração dependerá do número de paredes laterais 610 que são usadas para formar o poço de calibração. Por exemplo, em alguns cenários, seis paredes laterais podem ser usadas para formar a estrutura de cavidade de poço, de tal forma que o poço de calibração pode ter um perfil transversal hexagonal. O número exato de paredes laterais não é crítico. Mais ou menos paredes laterais podem ser providas de tal forma que o perfil transversal do poço de calibração pode definir um polígono regular, como um triângulo, um quadrado, um pentágono, um hexágono ou um octógono. Em outros cenários, o perfil transversal do poço de calibração pode ser substancialmente circular para que o poço tenha aproximadamente forma cilíndrica. Uma parede inferior 612 pode envolver uma extremidade do poço de calibração oposta à porta 510.

[0074] O poço de calibração 508 compreenderá uma pluralidade de XRSE, que estão dispostos nas faces internas que definem a estrutura de cavidade de poço. O XRSE pode incluir vários tipos diferentes de sensores que são selecionados para medir a intensidade do feixe de raio-X e/ou um padrão de feixe de raio-X produzido por uma cabeça de tratamento de raio-X 524. Por exemplo, em alguns cenários, o XRSE pode incluir uma pluralidade de matrizes de dosímetro termoluminescente (TLD) 602 que estão distribuídas ao redor do interior do poço de calibração. Em alguns cenários, a pluralidade das matrizes de TLD pode ser colocada em uma pluralidade de placas de fiação impressas (PWB) 604. Os TLDs são vantajosos para tais aplicações porque são pequenos e relativamente baratos, e portanto muitos elementos sensoriais tipo TLD podem ser expostos à radiação em uma única exposição.

[0075] As matrizes de TLD 602 são bem conhecidas na técnica e, portanto, não serão descritas aqui em detalhes. No entanto, deve-se entender que cada matriz de TLD 602 é composta por uma pluralidade de elementos sensoriais tipo TLD 606 dispostos em um padrão de grade ou matriz. Os

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34/40 elementos sensoriais tipo TLD 606 medem a exposição à radiação ionizante. Os elementos sensoriais tipo TLD produzem ou emitem energia óptica (por exemplo, luz visível) a partir de um cristal no detector quando o cristal é aquecido. A intensidade da emissão óptica depende da exposição à radiação de raio-X. Cada elemento sensorial pode incluir um fotodetector 610 que mede a intensidade da emissão óptica a partir do elemento sensorial. Em alguns cenários, esses fotodetectores podem ser conectados eletricamente às placas de fiação impressas 604 para que os dados de sensor medidos possam ser atenuados e comunicados a um processador de computador (por exemplo, a um componente de controle do sistema de IORT 110).

[0076] Os resultados de todos os fotodetectores podem ser analisados para obter uma medida instantânea da intensidade do feixe de raio-X em cada direção em relação a um ponto de origem definido pela cabeça de tratamento de raio-X 524. Observe que a presença de elementos de detecção na parede inferior 612 pode facilitar a detecção do feixe nas direções que são axiais em relação ao aplicador de raio-X (ou seja, alinhadas com o eixo 516). As informações de todos os XRSE podem ser úteis para modelar a forma ou padrão relativo do feixe de raio-X produzido por uma cabeça de tratamento 524 que foi colocada no poço de calibração 508 como mostrado na figura 7. Por exemplo, as figuras 8 e 9 mostram dois padrões de feixe diferentes 802, 902 produzidos por uma cabeça de tratamento 524. A forma do padrão e a intensidade ou energia absoluta de cada padrão podem ser medidos usando o poço de calibração.

[0077] Como se sabe, os TLDs não são ideais para medições absolutas de energia. Para facilitar as medições absolutas de energia de raio-X emitida pelo aplicador adicional de raio-X, elementos XRSE, como câmaras de íons 608, podem ser usados. Uma câmara de ionização mede a carga a partir do número de pares de íons criados dentro de um gás causado pela radiação incidente. Quando exposta à radiação de raio-X, uma corrente de

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35/40 ionização pode fluir entre dois eletrodos e uma magnitude dessa corrente de ionização pode ser convertida em dados de sensor. As câmaras de íons são dispositivos de medição muito precisos e exatos. Assim, eles podem ser efetivamente usados para calibração de feixes. A magnitude da corrente de ionização na câmara de íons pode ser determinada pelos circuitos de medição de corrente associados com as placas de fiação impressas 604. Essa magnitude de corrente pode ser convertida em dados digitais e, em seguida, comunicada a um processador de computador (por exemplo, a um componente de controle do sistema de IORT 110). Outros tipos de XRSE podem ser usados no lugar ou além dos sensores de TLD e/ou de câmara de íons descritos acima. Por exemplo, os sistemas de medição de raio-X baseados em diodo também podem ser usados em alguns cenários. Na verdade, qualquer tipo de XRSE atualmente conhecido ou conhecido no futuro pode ser usado no poço de calibração para detectar a energia de raio-X emitida pela cabeça de tratamento.

[0078] As informações do feixe de raio-X detectadas pelo XRSE são comunicadas de volta ao componente de controle do sistema de IORT que usa os dados coletados para gerar um modelo do feixe de raio-X. A direção, forma e intensidade resultantes do feixe de raio-X em cada configuração do sistema podem, assim, ser modeladas pelo sistema de controle imediatamente antes do sistema ser usado para a intervenção de IORT. Com base neste modelo, o sistema de controle pode fazer com que o sistema de geração de raio-X modifique seletivamente as operações do sistema de IORT robótico. Por exemplo, o componente de controle pode controlar seletivamente o sistema gerador de raio-X para que ele gere energia de raio-X em vários níveis de intensidade, e/ou em diferentes configurações de feixe. Em outros cenários, as informações podem ser usadas como base para controlar o braço robótico.

[0079] Com referência agora à figura 10, o interior do poço de

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36/40 calibração é mostrado com certos componentes omitidos para maior clareza. O interior do poço de calibração pode ainda compreender um sistema de sensor que é configurado para detectar uma posição da cabeça de tratamento de raio-X 524 quando disposto dentro do poço de calibração. Por exemplo, os sensores podem compreender uma matriz linear de emissores ópticos 1002 e uma matriz linear oposta de receptores ópticos 1004. Quando a cabeça de tratamento de raio-X 524 não está presente no poço de calibração, cada receptor óptico 1004 pode receber um sinal óptico 1006 de um elemento emissor correspondente 1002. No entanto, quando a cabeça de tratamento de raio-X está presente, o sinal óptico 1008 de um emissor óptico 1002 é bloqueado para que nenhum sinal óptico seja recebido no receptor óptico 1004. Assim, ao detectar quais receptores ópticos estão recebendo um sinal óptico, e quais receptores ópticos não estão recebendo um sinal óptico, a profundidade da cabeça de tratamento de raio-X 524 dentro do poço pode ser detectada. Esta disposição pode servir para verificar a presença da cabeça de tratamento de raio-X no poço antes do início das emissões de raio-X. Ela também pode servir como um meio de verificar se a cabeça de tratamento de raio-X corresponde à posição entendida pelo sistema de controle robótico. Assim, a disposição do emissor/receptor óptico pode servir como uma verificação do sistema para verificar a integridade operacional do sistema de controle robótico, antes de iniciar as operações de IORT. Da mesma forma, selecionando cuidadosamente as localizações dos emissores ópticos e dos receptores ópticos, o feixe óptico pode ser adicionalmente otimizado para facilitar a determinação de que a cabeça de tratamento 524 está devidamente posicionada dentro do poço de calibração.

[0080] Naturalmente, o sistema óptico descrito representa apenas um exemplo possível de um sistema de detecção para detectar a localização do aplicador de raio-X dentro do poço de calibração. Uma grande variedade de outros sistemas de posição são bem conhecidos na técnica e poderíam ser

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37/40 usados para um efeito semelhante. Todos esses sistemas agora conhecidos ou conhecidos no futuro são contemplados para uso na presente descrição.

[0081] A porta do poço de calibração pode ser totalmente aberta, como mostrado nas figuras 6 e 7. No entanto, por razões de segurança, pode ser vantajoso em alguns cenários prover um sistema de cobertura que fecharia a porta parcial ou completamente. Tal sistema de cobertura poderia fechar completamente a porta 510 quando o poço de calibração não estiver em uso, mas poderia ser totalmente ou parcialmente aberto quando as operações de calibração estiverem em andamento. Como exemplo, a figura 11 mostra uma vista em plano de uma cobertura 1100, como vista a partir do interior do poço de calibração 508. A cobertura 1100 pode compreender uma porta 1106 que é selada por uma pluralidade de abas elastoméricas flexíveis 1108. O aplicador de raio-X pode ser inserido no poço de calibração empurrando contra as abas elastoméricas, fazendo com que eles flexionem e permitam que o aplicador de raio-X entre no poço de calibração. Uma pluralidade de elementos XRSE podem ser colocados em tomo de uma periferia da porta 1106. Estes XRSE podem incluir uma ou mais matrizes de TLD 1102, câmaras de íons 1110 e/ou qualquer outro tipo adequado de elemento de detecção.

[0082] Passando agora para a figura 12, há um tipo alternativo de fonte de raio-X de IORT 1200 que pode ser usado com o sistema de IORT robótico descrito no presente relatório. Este tipo de fonte de raio-X é descrito em detalhes no Pedido de Patente Norte-Americano No. 15/941.547, depositado em 30 de março de 2018 e intitulado Three-Dimensional Beam Forming X-ray Source, cuja descrição é incorporada no presente relatório por referência. Resumidamente, o sistema compreende uma arma de feixe de elétrons (EBG) 1202 e um tubo de derivação 1204 que é apoiado em uma extremidade do braço robótico distai da base. Um elemento gerador de raio-X de IORT 1222 reside na extremidade do tubo de derivação 1204, distai da EBG. Em alguns cenários, a EBG 1202 pode residir em uma porção de

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38/40 unidade de cabeça 223, 523 de um componente de radioterapia IORT, como descrito nas figuras 1 a 5. Por exemplo, a EBG pode residir em um corpo principal 227, 527 da unidade de cabeça, ligada a um braço robótico 202, 502. Nesse cenário, o corpo aplicador alongado 228, 528 pode ser composto pelo tubo de derivação 1204. Além disso, a cabeça de tratamento 224, 524 pode ser composta pelo elemento gerador de raio-X de IORT 1222.

[0083] O tubo de derivação 1204 é composto por um material condutor, como o aço inoxidável. Altemativamente, o tubo de derivação pode ser composto por um material cerâmico como alumina ou nitreto de alumínio com um revestimento interno condutor. A porção interna oca do tubo de derivação é mantida a uma pressão de vácuo (por exemplo, uma pressão de vácuo adequada para fins das modalidades descritas no presente relatório pode estar na faixa abaixo de cerca de 10 a 5 torr ou particularmente entre cerca de 10 a 9 torr a 10 a 7 torr).

[0084] Na fonte de raio-X mostrada na figura 12, os elétrons e compreendendo um feixe de elétrons são acelerados pela EBG em direção a um alvo de raio-X 1218. Estes elétrons terão um momento significativo quando chegarem à abertura de entrada do tubo de derivação. O interior oco do tubo de derivação é mantido a uma pressão de vácuo e pelo menos o revestimento interno do tubo é mantido no potencial da terra. Assim, o momento transmitido aos elétrons pela EBG 1202 continuará a transportar balisticamente os elétrons pelo comprimento do tubo de derivação em uma velocidade muito alta (por exemplo, a uma velocidade que se aproxima da velocidade da luz) em direção ao alvo de raio-X 1218. Será notado que, como os elétrons estão se deslocando ao longo do comprimento do tubo de derivação 1204, eles não são mais acelerados eletrostaticamente. Quando os elétrons impactam no alvo de raio-X 1218, raios-X são gerados. Os detalhes da direção e escultura do feixe estão além do escopo desta descrição. No entanto, nota-se que a direção e a forma do feixe de raio-X podem ser

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39/40 esculpidas ou variadas usando bobinas de indução eletromagnéticas 1205 para variar qual porção do alvo de raio-X 1218 é impactada pelos elétrons que compõem o feixe de elétrons. Este processo de direção pode ser facilitado por um elemento cetro 1219 que é colocado adjacente ao alvo de raio-X 1218.

[0085] O alvo de raio-X 1218 é composto por um elemento em forma de disco que é colocado transversalmente à direção do deslocamento do feixe de elétrons. Por exemplo, o elemento em forma de disco pode ser colocado em um plano que é aproximadamente ortogonal à direção do deslocamento do feixe de elétrons. Em algumas modalidades, o alvo de raio-X 1218 pode envolver uma parte da extremidade do tubo de derivação distai da EBG 1202 para facilitar a manutenção da pressão de vácuo dentro do tubo de derivação. O alvo de raio-X 1218 pode ser quase qualquer material, porém é vantajosamente composto por um material como molibdênio, ouro ou tungstênio que tem um alto número atômico de modo a facilitar a produção de raios-X com eficiência relativamente alta quando bombardeado com elétrons.

[0086] Um espaço intersticial entre o elemento gerador de raio-X 1222 e uma cavidade da ferida definida por uma parede de tecido 1230 pode ser preenchido com fluido salino 1226 colocado dentro de uma bexiga fluida 1224. A bexiga fluida pode ser um membro elástico parecido com um balão que é inflado com o fluido 1226 de modo a preencher um espaço intersticial 1228 entre a fonte de raio-X e uma parede de tecido 1230 (por exemplo, uma parede de tecido que compreende um leito tumoral). Os canais de fluidos 1210, 1212 dispostos dentro ou no braço robótico podem facilitar um fluxo de fluido de e para o interior da bexiga fluida. Tal disposição pode ajudar a aumentar a uniformidade da irradiação do leito tumoral, posicionando toda a parede de tecido a uma distância uniforme da fonte de raio-X para facilitar uma exposição mais consistente à radiação. A geração de raio-X no alvo de raio-X 1218 pode gerar quantidades substanciais de calor. Assim, além do fluido 1226 que preenche o espaço intersticial, um fluxo separado de agente

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40/40 refrigerante pode ser provido à cabeça de tratamento através dos canais de agente refrigerante 1206.

[0087] Os vários componentes que compreendem a fonte de raio-X 1200 (por exemplo, EBG 1202, o tubo de derivação 1204 e a cabeça de tratamento 1222) podem ser montados no braço robótico, como mostrado nas figuras 4 e 5. A posição da fonte de raio-X pode ser controlada pelo braço robótico para que o movimento da fonte de raio-X seja coordenado com o movimento natural do corpo (por exemplo, com o movimento respiratório) do paciente em tratamento.

[0088] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita com relação a uma ou mais implementações, alterações e modificações equivalentes ocorrerão a outras pessoas versadas na técnica por meio da leitura e compreensão deste relatório descritivo e dos desenhos em anexo. Além disso, embora um recurso específico da invenção possa ter sido descrito em relação a apenas uma das várias implementações, tal recurso pode ser combinado com um ou mais outros recursos das outras implementações, como pode ser desejado e vantajoso para qualquer aplicação dada ou particular.

Claims (20)

1. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT), caracterizado pelo fato de que compreende:

uma unidade base portátil;

um braço robótico;

uma primeira extremidade do braço robótico montado na unidade base;

uma cabeça de tratamento de raio-X disposta em uma segunda extremidade do braço robótico distai da primeira extremidade;

a cabeça de tratamento de raio-X compreendendo pelo menos um componente de raio-X configurado para gerar radiação terapêutica na faixa de comprimento de onda de raio-X;

um poço de calibração disposto em uma localização predeterminada na unidade base portátil, o poço de calibração composto por um recesso no qual a cabeça de tratamento de raio-X pode ser recebida e tendo pelo menos uma porta através da qual a cabeça de tratamento de raio-X pode ser inserida pelo braço robótico para operações de calibração; e em que o poço de calibração inclui uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-X (XRSE) dispostos em locais distribuídos em volta de uma periferia do poço de calibração.

2. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema de controle configurado para realizar pelo menos um processo de calibração incluindo uma operação de posicionamento em que o braço robótico é controlado pelo sistema de controle para inserir a cabeça de tratamento de raio-X através da pelo menos uma porta para que a cabeça de tratamento de raio-X seja disposta em uma localização de calibração predeterminada no interior do poço de calibração.

3. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia

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2/5 intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle é configurado para controlar o componente de raio-X para produzir uma emissão de raio-X tendo um padrão de feixe, durante um tempo em que a cabeça de tratamento de raio-X está disposta na localização de calibração predeterminada.

4. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle é responsivo à detecção de dados recebidos do XRSE, para determinar pelo menos um dentre uma intensidade medida e um padrão de feixe medido da radiação de raio-X produzida pela cabeça de tratamento de raio-X como resultado da emissão de raio-X.

5. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que sistema de controle é configurado para comparar o padrão de feixe medido a um padrão de feixe especificado.

6. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que sistema de controle é configurado para modificar pelo menos um parâmetro de operação do sistema de distribuição de raio-X IORT responsivo à comparação pelo sistema de controle do padrão de feixe medido com o padrão de feixe especificado.

7. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro de operação é uma duração de um tempo de tratamento durante o qual uma dose terapêutica de radiação de raioX é distribuída.

8. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um parâmetro de operação é um parâmetro de

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3/5 controle de feixe que determina pelo menos um dentre uma direção principal de feixe, uma intensidade e uma forma do padrão de feixe.

9. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de operação é um parâmetro de controle do braço robótico que determina uma posição estática da cabeça de tratamento de raioX para ser usada quando a dose terapêutica de radiação de raio-X for aplicada.

10. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o parâmetro de operação é um parâmetro de controle de movimento que define um movimento dinâmico do braço robótico a ser realizado quando a dose terapêutica de radiação de raio-X for aplicada.

11. Sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o movimento dinâmico é um movimento ou uma mudança de orientação que minimiza variações na dose de raio-X distribuída pela cabeça de tratamento a superfícies de um leito tumoral.

12. Método para calibrar um sistema de distribuição de raio-X para radioterapia intraoperatória (IORT), caracterizado pelo fato de que compreende:

suportar uma primeira extremidade de um braço robótico em uma unidade base portátil;

suportar, em uma segunda extremidade do braço robótico, uma cabeça de tratamento de raio-X compreendendo pelo menos um componente de raio-X configurado para gerar radiação terapêutica na faixa de comprimento de onda de raio-X;

usar um sistema de controle para:

fazer com que o braço robótico insira a cabeça de tratamento de raio-X em um poço de calibração que é definido por um recesso provido

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4/5 em uma localização predeterminada na unidade base portátil;

ativar o pelo menos um componente de raio-X para gerar uma emissão de raio-X a partir da cabeça de tratamento de raio-X enquanto a cabeça de tratamento de raio-X está disposta em uma localização de calibração predeterminada no poço de calibração;

receber dados de sensor de uma pluralidade de elementos sensores de radiação de raio-X (XRSE) dispostos em locais distribuídos em volta de uma periferia do poço de calibração; e usar os dados de sensor para determinar pelo menos um dentre uma intensidade e um padrão de feixe de radiação de raio-X produzida pela cabeça de tratamento de raio-X.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente usar o sistema de controle para automaticamente comparar o padrão de feixe medido a um padrão de feixe específico.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente operar o sistema de controle para automaticamente modificar o pelo menos um parâmetro de operação do sistema de distribuição de raio-X IORT responsivo à comparação pelo sistema de controle do padrão de feixe determinado com o padrão de feixe especificado.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente selecionar o pelo menos um parâmetro de operação para incluir uma duração de um tempo de tratamento durante o qual uma dose terapêutica de radiação de raio-X é distribuída.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente selecionar o pelo menos um parâmetro de operação para incluir um parâmetro de controle de feixe que determina pelo menos uma dentre uma direção principal de feixe, uma

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5/5 intensidade principal de feixe e uma forma do padrão de feixe.

17. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente selecionar o pelo menos um parâmetro de operação para incluir um parâmetro de controle do braço robótico que determina uma posição estática da cabeça de tratamento de raioX para ser usada quando a dose terapêutica de radiação de raio-X for aplicada.

18. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente selecionar o parâmetro de operação para incluir um parâmetro de controle de movimento que define um movimento dinâmico do braço robótico a ser realizado enquanto a dose terapêutica de radiação de raio-X é aplicada.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o movimento dinâmico minimiza variações na dose terapêutica distribuída pela cabeça de tratamento a superfícies de um leito tumoral.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o movimento dinâmico é selecionado para alterar uma orientação da cabeça de tratamento.