ES2215813T3 - Metodo para crear o actualizar un plan de tratamiento de radiaciones. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la confección o actualización de un plano de irradiación para la radioterapia, en el que a lo largo de la duración de una irradiación fraccionada, el paciente es sometido antes de cada fracción de irradiación, a un procedimiento generador de imágenes, preferentemente un procedimiento de registro de imágenes TC o RM y en el que se acomete el cálculo inverso del plano de irradiación actual, usando un nuevo conjunto de datos de una imagen que se confecciona durante su realización, caracterizado porque como valor de las especificaciones para el cálculo inverso del plano de irradiación actual, se usa la distribución de dosis de un plano ya existente, aprobado y más antiguo, confeccionado para el mismo paciente.

Description

Método para crear o actualizar un plan de tratamiento de radiaciones.

La presente invención se refiere al sector de la radioterapia, en especial de la terapia de irradiación y la radiocirugía. Trata sobre todo de la confección o actualización de planos de irradiación y aquí también en particular de planos de irradiación en el marco de la planificación inversa de irradiación.

En la radioterapia con planificación inversa se trabaja de forma asistida por ordenador y se dan especificaciones a un sistema informático respecto a la distribución deseada de la dosis sobre la zona objetivo y sobre los órganos que se han de proteger. Sobre esta base, el sistema debe generar un plano de dosis que garantice el mejor tratamiento posible. Como la terapia del paciente en el área extracraneal suele
fraccionarse por razones médicas, es decir, que se realizan irradiaciones en varias sesiones separadas en el tiempo, no se garantiza que la posición de los órganos internos y de la zona objetivo dentro del paciente concuerden con las posiciones que se constataron durante un examen previo del paciente. Por esta razón, una distribución de la dosis considerada correcta para una sesión anterior, no suele responder a una correcta distribución de la dosis para una sesión posterior.

Sin embargo, la concordancia entre las posiciones del plano con las posiciones durante la irradiación será relativamente buena, si no se cambia de posición al paciente entre el momento en el que es sometido a un procedimiento generador de imágenes y el momento de la irradiación. Sin embargo, si al paciente se le realiza un nuevo escáner antes de cada irradiación, resultan nuevas posiciones para los órganos y el volumen objetivo, de manera que en teoría no puede adoptarse un plano terapéutico anterior.

Pero si, como ha sido habitual hasta ahora, se confecciona un nuevo plano terapéutico para cada
fracción de irradiación, el gasto que esto conlleva resulta problemático para su aplicación clínica. Esto se debe a que la confección inversa de un plano de irradiación conlleva un alto coste de trabajo.

Un plano de irradiación debería llevar en lo posible a que el volumen objetivo quede completamente irradiado con la dosis deseada, pero que la dosis de los órganos que se han de respetar se mantenga baja. Por ello, especialmente en zonas objetivo situadas relativamente cerca de los órganos críticos, el plano calculado siempre será un compromiso entre la distribución de las dosis del volumen objetivo y de los órganos amenazados. El resultado de un cálculo inverso del plano de dosis se valora a partir de los histogramas de dosis-volumen. Estos histogramas indican qué parte porcentual del volumen de una zona objetivo u órgano absorbe qué dosis. Hasta qué punto pueda ser bueno el compromiso resultante, dependerá en lo esencial de la posición relativa del volumen objetivo respecto a los órganos que se han de proteger. Si el plano calculado a la inversa protege más bien los órganos críticos o irradia el volumen objetivo con una dosis casi óptima, dependerá en esencia de las especificaciones que se hagan al programa de planificación.

La Figura 1 muestra una variante de realización para limitaciones de zona en los histogramas de dosis-volumen para el nervio óptico derecho e izquierdo. La curva del plano acabado debe discurrir a la izquierda por debajo de los cuadrados insertados para cumplir con la limitación.

La Figura 2 muestra una variante de realización para limitaciones de zona en los histogramas de dosis-volumen para el volumen objetivo. La curva del plano acabado debe discurrir a la derecha por encima del cuadrado insertado para cumplir con la limitación.

La Figura 3 muestra histogramas de dosis-volumen de un plano calculado a la inversa. Tanto para el volumen objetivo (izquierda) como también para el tronco encefálico (derecha) el trazado de la curva cumple con las especificaciones (rectángulos).

Las especificaciones que se realizan preferentemente como limitaciones de zona para los histogramas de dosis-volumen son esenciales para la calidad del plano resultante y dependen fuertemente de la posición y del tamaño relativos del volumen objetivo y de los órganos que se han de proteger. Por tanto, para la confección de estas especificaciones se necesita el ya mencionado alto coste de trabajo.

Además no es en absoluto seguro, que todas las especificaciones puedan ser realmente cumplidas por el software de planificación. Normalmente, en este caso se propone un compromiso cualquiera. Por ello no es raro que las especificaciones tengan que adaptarse iterativamente al resultado del plano y que después deba calcularse un plano nuevo. El siguiente paso igualmente trabajoso, es la aceptación (autorización) del plano, preferentemente por un médico. Un plano sólo será autorizado, si el médico es de la opinión de que el compromiso encontrado es conveniente y podría llevar a un tratamiento óptimo del paciente. El médico contemplará preferentemente los histogramas de dosis-volumen, ya que éstos proporcionan la mejor visión del compromiso encontrado.

Un punto añadido es que si antes del tratamiento se toma un conjunto de datos más "fresco" del paciente, para el cálculo del nuevo plano se tendrá que dibujar nuevamente el volumen objetivo y los órganos amenazados, ya que el interior del paciente se puede alterar entre las distintas fechas de tratamiento. Pero esta manera de proceder trae problemas consigo, ya que el coste de tiempo y dinero durante la toma de un conjunto de datos es relativamente grande. No sólo hay que registrar el volumen objetivo propiamente dicho, sino también un volumen vecino, ya que el conocimiento de la permeabilidad a las radiaciones de éste será necesario para la planificación de la dosis. En parte también es necesario registrar un volumen mayor para conocer la posición de marcajes que más tarde serán utilizados para colocar al paciente. Aparte de esto, a menudo resulta muy desagradable para un paciente inmovilizado pasar largo tiempo entre la confección de conjunto de datos en imagen y la irradiación, si la nueva planificación dura mucho tiempo.

Si para la toma del nuevo conjunto de datos se utiliza un tomógrafo computerizado u otro procedimiento basado en rayos X, el paciente estará expuesto a una exposición a la radiación que será aproximadamente proporcional al volumen registrado.

Un procedimiento ajustado al preámbulo de la reivindicación 1 es conocido por Di Yan: "On-line Strategy of Daily Dose Prescription in Adaptative Radiotherapy", Proceedings of the 22^{nd} Annual EMBS International Conference, Chicago, julio de 2000, pp. 2145-2148.

En el artículo: Wells y col.: "A medical expert system approach using artificial neural networks for standarized treatment planning", International Journal of Radiation Oncology Biology Physics, vol. 41, nº1, abril de 1998 (1998-04), pp. 173-182, XP001032831, se da a conocer un sistema experto médico para la planificación terapéutica estandarizada. En éste se confecciona de forma estandarizada un plano de irradiación nuevo para un nuevo paciente a partir de planos de irradiación antiguos para otros pacientes.

Es el objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para la confección o actualización de un plano de irradiación que supere las desventajas anteriores. Especialmente se pretende aminorar el coste de la confección del plano. Otro objetivo de la invención es posibilitar la confección diaria de un nuevo conjunto de datos en un espacio de tiempo lo suficientemente breve, para poder dejar al paciente durante este tiempo inmovilizado y fijo sobre una camilla de tratamiento.

Conforme a la invención, este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1. En él se utilizan también para el cálculo, especialmente para el cálculo inverso asistido por ordenador, del nuevo plano terapéutico, aquellas informaciones del plano terapéutico más antiguo adecuadas para su "reutilización", es decir, que puedan facilitar la confección de un nuevo plano terapéutico. Con ello se aparta de la práctica actual, que descarta el plano terapéutico anterior y así se puede poner en práctica sobre todo con un escaso coste de tiempo y trabajo el nuevo cálculo de un plano invertido. Así se utiliza en una configuración ventajosa la distribución de dosis de un plano de irradiación anterior, considerado "OK", elaborado de forma convencional o inversa, como valor para las especificaciones para el nuevo cálculo. Mediante esto se consigue, por un lado, que el plano inverso pueda efectivamente calcularse con una muy alta probabilidad manteniendo todos los valores de las especificaciones, mientras que por otro, la distribución de dosis considerada médicamente adecuada y aprobada por el médico o físico resulta reproducible en la práctica.

Además, el procedimiento inventado proporciona la posibilidad de aprovechar también el conocimiento de la forma aproximada del volumen objetivo y de los órganos para reducir el coste de tiempo que se origina por el dibujo de los contornos.

La tercera ventaja del procedimiento aquí descrito es la reducción del coste de tiempo y dinero que implica la toma de un nuevo conjunto de datos, así como de la exposición del paciente a la radiación.

Las formas de realización preferentes y ventajosas del procedimiento conforme a la invención serán definidas por las reivindicaciones subordinadas.

Los detalles de la realización referidos al procedimiento conforme a la invención se describirán a continuación:

El nuevo cálculo del plano inverso se realizará de manera que, en lugar de dejar, como queda descrito más arriba, que un médico o físico confeccione nuevos parámetros para los histogramas de volumen-dosis, que eventualmente no puedan cumplirse o no conduzcan a un resultado satisfactorio, se adopten los parámetros del último plano satisfactorio, eventualmente con una cierta simplificación de las especificaciones, de manera que quede prácticamente garantizado el éxito de la confección inversa del plano.

Una vez calculado el nuevo plano, se podrá constatar a partir de los histogramas de dosis-volumen en qué medida se diferencia el nuevo plano del plano antiguo. Si las divergencias entre el plano nuevo y el ya aprobado se encuentran dentro de un ámbito de tolerancia previamente definido, puede suprimirse una nueva evaluación y autorización por un médico o físico. Esto lleva por tanto a una notable reducción del coste de trabajo necesario.

Por ello, mediante el procedimiento conforme a la invención se puede reducir considerablemente el tiempo necesario, incluido sobre todo el tiempo de trabajo necesario de personas altamente cualificadas, que se necesita para el cálculo de un nuevo plano de dosis, de manera que esta forma de procedimiento es más adecuada para su aplicación clínica.

El traslado de la forma y posición de volúmenes objetivo y órganos desde un conjunto de datos anterior a un conjunto de datos posterior, se produce superponiendo los datos del conjunto de datos más reciente a los datos del conjunto original utilizado para la confección del primer plano, por ejemplo de forma gráfica mediante fusión de imágenes. Esto se puede realizar mediante algunos programas de planificación de terapias disponibles en el mercado (por ejemplo BrainsSCAN^{TM} de la empresa BrainLAB AG, Heimstetten). Como referencia servirá en ambos conjuntos de datos la estructura ósea visible. Realizado esto, los contornos del volumen objetivo y de los órganos podrán ser adoptados en el nuevo plano. Los posibles desplazamientos de los objetos que resulten visibles en el nuevo conjunto de datos, pueden trasladarse manualmente o de forma automatizada a los correspondientes objetos. Como los desplazamientos relativos a la referencia ósea suelen ser pequeños, esta recolocación de los objetos suele producirse preferentemente mediante una fusión automática, tridimensional de los objetos dibujados sobre los gradientes de los nuevos datos.

Esta fusión se basa preferentemente en una deformación elástica (morphing) de los objetos del nuevo conjunto de datos. Una ventaja crucial de una fusión de este tipo en comparación con una fusión de los datos en bruto, es que los contornos dibujados por un médico se basan en parte sobre conocimientos anatómicos y contienen por ello más informaciones que los datos recogidos en sí.

Si este procedimiento falla en algunos casos, es posible un desplazamiento manual de los objetos. Una ventaja de esta fusión manual o (parcialmente) automática, es que se conserva la asignación entre las limitaciones de zona de los distintos histogramas de dosis-volumen y los órganos correspondientes o el volumen objetivo. Esto ahorra tiempo y además rebaja el riesgo de una asignación equivocada por error humano.

Conforme a la invención también se puede optimizar la recogida de datos de planificación recientes del paciente, recurriendo a datos ya existentes, procedentes de anteriores tratamientos y de registros de aparatos generadores de imágenes.

Para minimizar el tiempo, los costes y la exposición a la radiación por parte del paciente, se abarcará, por tanto, conforme a la invención, sólo la zona del paciente en la que se encuentren el tumor y los órganos amenazados. Esto se puede realizar mediante una colocación apropiada del paciente con relación al aparato generador de imágenes y una sintonización exacta de las capas o secciones de volumen recogidas. Bastan por ejemplo ya unos pocos registros TC de capas para "refrescar" el plano o el conjunto de datos, si se procede de la siguiente manera: Se localiza un plano de toma de imagen de un aparato generador de imágenes con cuya ayuda debe actualizarse el conjunto de datos de planificación, mediante la introducción de una máscara de calibrado (que presente marcajes que sean apreciables tanto durante la toma de la imagen como por un sistema de seguimiento externo) dentro de la zona de toma de imágenes y se confecciona para las imágenes registradas una relación espacial con los marcajes del paciente que no se registren durante este registro de imágenes. La información que falta acerca de los coeficientes de absorción de la radiación (Valores-Houndsfield) de la zona del cuerpo circundante para calcular el plan de dosis, se completará entonces mediante una fusión preferentemente automática de los datos de un conjunto de datos de planificación anterior con el conjunto de datos nuevo. Esto significa que las zonas vacías alrededor del conjunto de datos nuevo se completarán con los datos correspondientes del conjunto de datos antiguo.

Para poder colocar correctamente al paciente para el tratamiento, sin tener que abarcar por ello un gran volumen dentro del conjunto de datos, se combinará, como ya se indicó más arriba, el sistema generador de imágenes preferentemente con un sistema que pueda registrar marcajes externos en el paciente (por ejemplo ExacTrac^{TM} de la compañía BrainLAB AG, Heimstetten). Gracias a esto, los marcajes externos podrán ser registrados también fuera de la zona de registro del sistema generador de imágenes. Es necesario que el sistema que registre los marcajes externos esté calibrado en relación con el sistema generador de imágenes, de manera que se pueda relacionar la posición de los marcadores con referencia a las capas registradas o el volumen registrado. Ya que la distancia entre los marcajes puede ser significativamente mayor (efecto palanca) que la distancia entre los marcajes dentro de la reducida zona de registro del sistema generador de imágenes, el paciente podrá ser colocado seguidamente con gran exactitud mediante un sistema del mismo tipo para el registro de los marcajes externos en el sistema de tratamiento.

A partir de las figuras adjuntas 4 y 5 se ilustrará mejor la calibración y la determinación de la posición para el paciente. Se muestra:

Figura 4 un diagrama para la determinación del plano de registro de imágenes de un tomógrafo computerizado mediante una máscara de calibración; y

Figura 5 un diagrama para la ilustración del registro de la posición del paciente.

En la figura 4 se designa un tomógrafo computerizado con el signo de referencia 2, cuyo plano de registro de imagen está señalado con 3. Dentro del tomógrafo computerizado se ha colocado en su camilla 6 una máscara de calibración 4 con varas de marcaje internas y marcadores externos en forma de puntos 5. Las cámaras de rayos infrarrojos 1 registran la posición espacial de la máscara de calibración 4 a través de los marcadores 5, siendo también conocida la posición de la máscara respecto al tomógrafo computerizado 2 y su plano de registro de imagen 3, ya que los marcajes de la máscara también son visibles en las imágenes de los cortes TC. Si ahora únicamente se registra también la posición del tomógrafo computerizado, por ejemplo también mediante series de marcadores, se podrá determinar en el sistema de navegación, con ayuda de las cámaras 1, la correspondiente posición del plano de registro de imagen 3 después de haber realizado una calibración de este tipo. Esto significa, que se sabe en todo momento durante los registros TC, dónde está la imagen del corte que se acaba de confeccionar y que, por tanto, se puede aprovechar las ventajas ya descritas más arriba, es decir, que el paciente puede ser colocado correctamente sin tener que registrar en el conjunto de datos un gran volumen con muchos marcajes sobre el paciente.

La colocación del paciente se representa a su vez en la figura 5. Mediante el sistema de navegación representado aquí por las cámaras de rayos infrarrojos 1, el paciente 9 sobre la camilla 11 es colocado correctamente junto con ésta. Para ello se utilizan los marcajes sobre el paciente a los que se les ha asignado el signo de referencia 7 y que son registrados posicionalmente por las cámaras de infrarrojos 1. La posición del punto objetivo de la terapia 10 respecto al marcaje 7 es conocida y se encuentra dentro del área de captación del sistema generador de imágenes, que está designado con el signo de referencia 8. Ahora, por ejemplo, se puede registrar la posición del paciente durante o inmediatamente antes de la toma de un primer conjunto de datos del paciente por medio de un tomógrafo computerizado, mediante la localización de los marcajes 7 fuera del área de registro del aparato generador de imágenes. Se colocará entonces al paciente de tal forma, que el área de registro 8 entre dentro del área de registro de imagen del tomógrafo computerizado y gracias a la calibración anteriormente descrita, los marcajes 7 no tendrán que estar necesariamente también dentro del área de captación de imagen o del área de registro para una colocación exacta y no obstante, se podrá realizar una determinación exacta de la posición de las correspondientes imágenes del corte. Como la distancia entre los marcajes puede ser notablemente mayor de lo que sería posible, si estos marcajes se encontraran dentro del área de registro, es posible una colocación altamente exacta.

Claims (11)

1. Procedimiento para la confección o actualización de un plano de irradiación para la radioterapia, en el que a lo largo de la duración de una irradiación fraccionada, el paciente es sometido antes de cada fracción de irradiación, a un procedimiento generador de imágenes, preferentemente un procedimiento de registro de imágenes TC o RM y en el que se acomete el cálculo inverso del plano de irradiación actual, usando un nuevo conjunto de datos de una imagen que se confecciona durante su realización, caracterizado porque como valor de las especificaciones para el cálculo inverso del plano de irradiación actual, se usa la distribución de dosis de un plano ya existente, aprobado y más antiguo, confeccionado para el mismo paciente.

2. Procedimiento según reivindicación 1, en el que se somete al paciente, antes de cada fracción de irradiación, a un procedimiento generador de imágenes en el que solamente se abarca un área específica, demarcada, que engloba el volumen objetivo, de manera que el nuevo conjunto de datos de la imagen registrada abarque un área de registro reducida con respecto a un conjunto de datos de una imagen anterior.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que, durante o inmediatamente antes o después del registro del primer conjunto de datos del paciente por medio de un procedimiento generador de imágenes, preferentemente un procedimiento de registro de imágenes TC o RM, se registra la posición del paciente en relación con el aparato generador de imágenes mediante la localización de marcajes, preferentemente mediante marcadores reflectantes de rayos infrarrojos, fuera de la reducida área de registro del aparato generador de imágenes.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el sistema para la localización de los marcajes se calibra en relación con el sistema generador de imágenes, de manera que la posición de los marcajes pueda ser determinada en relación con los datos registrados.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que un conjunto de datos que abarca el volumen objetivo se completa mediante una fusión automática con datos de un conjunto de datos anterior, de mayor volumen, para obtener todos los datos necesarios para el cálculo de la dosis.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se cuantifica automáticamente la diferencia entre la distribución de dosis de un nuevo plano de irradiación, comparado con un plano anterior y, si la diferencia se encuentra dentro de un área de tolerancia definido con anterioridad, el nuevo plano queda automáticamente calificado como plano aprobado.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que, para trasladar un plano de irradiación a un conjunto de datos de planificación más reciente, se adoptan la posición y la forma de un volumen objetivo y de los órganos que hay que respetar del antiguo plano en el nuevo, de forma completa o parcialmente automatizada.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que las informaciones que se han de adoptar en el nuevo conjunto de datos de planificación se trasladan mediante una fusión tridimensional de los contornos dibujados por un médico a las capas o voxel del nuevo conjunto de datos.

9. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que tiene lugar la calibración mediante una máscara de calibración, que presenta marcajes que sean posibles de registrar, tanto durante el registro de imágenes como por medio de un sistema exterior para la localización de los marcajes.

10. Programa que, si funciona en un ordenador o está cargado en un ordenador, conduce al ordenador a llevar a cabo el procedimiento según las reivindicaciones 1 a 9.

11. Medio para almacenar el programa informático que presenta el programa según la reivindicación 10.