ES2253997B1 - Sistema digital para realizar biopsia estereotaxica. - Google Patents
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Abstract
Sistema (1) digital para realizar biopsias estereotáxicas con una aguja de biopsia, comprendiendo dicho sistema (1) una serie de dispositivos para: emitir rayos X, detectar y transformar fotones de rayos X en señales eléctricas, posicionar una muestra de tejido entre la fuente de rayos X y el detector, procesar las señales eléctricas y generar imágenes. El sistema bien puede disponer de una serie de dispositivos complementarios a los mencionados, bien puede disponer de unos medios de posicionamiento para situar en dos posiciones los dispositivos mencionados y obtener imágenes según dos orientaciones.
Description
Sistema digital para realizar biopsia
estereotáxica.
La invención consiste en un sistema digital para
el guiado del proceso de toma de muestras biópsicas mediante imagen
de rayos X.
Los aparatos actuales de biopsia se basan en
imágenes estáticas que se calculan de forma diferida y obligan a
colocar la aguja de biopsia a ciegas y después comprobar que la
aguja ha sido correctamente insertada; en el caso de que la
inserción no sea correcta hace falta un nuevo cálculo para corregir
la posición y una nueva imagen o imágenes de comprobación.
El estado de la técnica más cercano lo
constituyen sistemas para realizar radiografías que emplean
detectores basados en CCD.
Los sistemas actuales de biopsia se basan en un
sistema de dos imágenes estáticas tomadas a diferentes ángulos, a
partir de las cuales se pueden calcular las coordenadas
tridimensionales de la lesión que se quiere analizar o extraer. Los
sistemas actuales no son capaces de proporcionar información sobre
la posición del dispositivo durante la inserción del mismo que
permita su recolocación para alcanzar la lesión sin errores, sino
que obligan a calcularla tras la inserción completa; es decir
conforme se guía la aguja de toma de muestras, se van tomando
diferentes imágenes estáticas para comprobar la posición de la
aguja. Por lo tanto estos sistemas no proporcionan una imagen en
tiempo real de la aguja y la muestra y no tienen en cuenta la
elasticidad de los tejidos ni los cambios de posición por las tomas
de biopsia previas, esto conlleva una pérdida de precisión de las
tomas de biopsia, que pueden comprometer el resultado
final.
final.
Mediante las imágenes así obtenidas se puede
aplicar la técnica estereotáxica; Estereotaxia (del griego:
stereo, tridimensional; taxis, posicionamiento):
técnica quirúrgica que permite la localización y acceso preciso a
estructuras internas a través de un pequeño orificio mediante el
uso de coordenadas tridimensionales obtenidas a partir de dos
imágenes radiológicas tomadas según proyecciones a dos ángulos,
tomografía axial o resonancia magnética.
Los problemas a solucionar por la presente
invención comprenden:
- -
- permitir a los especialistas que realizan biopsias guiar la aguja de toma de muestras en tiempo real, con mayor precisión, más fiabilidad, más rapidez y menos trauma para el paciente, haciendo que el proceso de toma de muestras biópsicas sea más efectivo en términos de coste.
- -
- proporcionar un sistema rápido y en tiempo real que permita a los doctores el uso de contrastes o marcadores de vida corta para realzar la imagen.
- -
- tomar muestras de lesiones muy pequeñas o de bajo contraste.
A continuación incluimos una serie de
definiciones de conceptos empleados a lo largo de la descripción de
la presente invención:
Conversión indirecta: procedimiento de
captura de rayos X por el que los fotones de rayos X se convierten
en fotones visibles, siendo entonces detectados mediante una cámara
de vídeo o circuito similar, donde son convertidos en señal
eléctrica.
Conversión directa: procedimiento de
captura de rayos X por el que los fotones de rayos X se convierten
en carga eléctrica que es recogida en un circuito electrónico
adecuado.
Conteo de fotones: Modo de lectura de la
señal del detector de rayos X por la que cada fotón se convierte en
un pulso de corriente. Si la amplitud del pulso supera un valor
umbral preestablecido, la circuitería incrementa en una unidad el
conteo del número de fotones. Si el ruido electrónico está por
debajo del umbral inferior de conteo, no afectará al resultado
final.
Integración de carga: Modo de lectura de
la señal del detector de rayos X por la que cada fotón se convierte
en una cierta cantidad de carga eléctrica, proporcional a su
energía, que es almacenada en un condensador. Cada vez que llega un
nuevo fotón, la carga se incrementa. Además, la carga almacenada se
va incrementando constantemente debido al ruido electrónico, por lo
que periódicamente es necesario poner a cero el condensador. En
este caso, puede resultar más conveniente optar por la solución del
conteo de fotones.
Detector de tipo pixel: detector formado
por unidades detectoras elementales dispuestas en forma de matriz
bidimensional que formarán cada uno de los elementos de la imagen
final.
Un primer aspecto de la invención se refiere a
un sistema digital para realizar biopsias estereotáxicas con una
aguja de biopsia, comprendiendo dicho sistema:
una primera fuente de rayos X;
- un primer detector de tipo pixel para transformar fotones de rayos X emitidos por la primera fuente de rayos X en primeras señales eléctricas;
- primeros medios de posicionamiento para situar una muestra de tejido entre la primera fuente de rayos X y el primer detector,
- primeros medios de procesado para procesar las primeras señales eléctricas del primer detector y producir primeras señales procesadas;
- primeros medios de generación de imagen para generar una primera imagen a partir de las primeras señales procesadas, y
una segunda fuente de rayos X;
- un segundo detector de tipo pixel para transformar fotones,de rayos X emitidos por la segunda fuente de rayos X en segundas señales eléctricas;
- segundos medios de posicionamiento para situar una muestra de tejido entre la segunda fuente de rayos X y el segundo detector,
- segundos medios de procesado para procesar las segundas señales eléctricas del segundo detector y producir segundas señales procesadas;
- segundos medios de generación de imagen para generar una segunda imagen a partir de las segundas señales procesadas.
El sistema de acuerdo con el primer aspecto de
la invención está caracterizado porque:
dicho primer detector comprende primeros medios
de conversión para llevar a cabo una conversión directa de fotones
de rayos X en carga eléctrica;
dicho segundo detector comprende segundos medios
de conversión para llevar a cabo una conversión directa de fotones
de rayos X en carga eléctrica;
el primer detector y la primera fuente de rayos
X están alineados según un primer eje;
el segundo detector y la segunda fuente de rayos
X están alineados según un segundo eje;
dicho segundo eje forma con el primer eje un
ángulo \alpha; comprendiendo el sistema medios para establecer el
ángulo \alpha por parte de un usuario;
una representación gráfica de las imágenes es
obtenida y presentada en tiempo real.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a
un sistema digital para realizar biopsias estereotáxicas con una
aguja de biopsia, comprendiendo dicho sistema:
una primera fuente de rayos X;
un primer detector de tipo pixel para
transformar fotones de rayos X emitidos por la primera fuente de
rayos X en primeras señales eléctricas;
primeros medios de posicionamiento para situar
una muestra de tejido entre la primera fuente de rayos X y el primer
detector;
primeros medios de procesado para procesar las
primeras señales eléctricas del primer detector y producir primeras
señales procesadas;
primeros medios de generación de imagen para
generar una primera imagen a partir de las primeras señales
procesadas.
El sistema de acuerdo con el segundo aspecto de
la invención está caracterizado porque
dicho primer detector comprende primeros medios
de conversión para llevar a cabo una conversión directa de fotones
de rayos X en carga eléctrica;
el primer detector y la primera fuente de rayos
X están alineados según un primer eje;
los primeros medios de posicionamiento están
configurados para permitir desplazar el primer eje entre:
- una primera posición según una primera dirección; y
- una segunda posición según una segunda dirección;
- que forma con la primera dirección un ángulo \alpha;
- comprendiendo el sistema medios para establecer el ángulo \alpha por parte de un usuario para que en dicha segunda dirección:
- el primer detector de tipo pixel transforme fotones de rayos X emitidos por la primera fuente de rayos X en segundas señales eléctricas;
- los primeros medios de procesado procesen las segundas señales eléctricas del primer detector y produzcan segundas señales procesadas;
- los primeros medios de generación de imagen generen una segunda imagen a partir de las segundas señales procesadas por los primeros medios de procesado;
una representación gráfica de las imágenes es
obtenida y presentada en tiempo real.
Gracias al empleo de una conversión directa en
la presente invención, se evita realizar una transformación en la
longitud de onda de los fotones: no es necesario pasar de fotones
de rayos X a fotones dentro del espectro visible. Por medio del
sistema de la invención descrito anteriormente se consigue
solucionar los problemas existentes en el estado de la técnica:
- -
- permitiendo a los especialistas que realizan biopsias guiar la aguja de toma de muestras en tiempo real, con mayor precisión, más fiabilidad, más rapidez y menos trauma para el paciente, haciendo que el proceso de toma de muestras biópsicas sea más efectivo en términos de coste;
- -
- proporcionando Un sistema rápido y en tiempo real que permita a los doctores el uso de contrastes o marcadores de vida corta para realzar la imagen;
- -
- tomar muestras de lesiones muy pequeñas o de bajo contraste.
El sistema de la invención proporciona una
imagen en tiempo real de la aguja y la muestra, teniendo en cuenta
la elasticidad de los tejidos y los cambios de posición por las
tomas de biopsia previas.
De acuerdo con una primera realización de la
invención 0 \leq \alpha \leq 180º. En concreto, en una
realización preferida
\alpha = 30º.
\alpha = 30º.
De acuerdo con una segunda realización de la
invención, el sistema comprende medios de visualización para ver
imágenes tridimensionales creadas a partir de dos imágenes
seleccionados entre:
monitor con dos proyecciones ortogonales;
reconstrucción 3D;
gafas estereoscópicas;
y combinaciones de los
mismos.
De acuerdo con una tercera realización de la
invención, el sistema comprende medios de generación 3D para
reconstruir estereotácticamente a partir de dos imágenes una
trayectoria de la aguja y posición de una lesión para permitir
garantizar que la posición de la lesión va a ser intersectada por
la trayectoria de la aguja.
De acuerdo con una cuarta realización de la
invención, la intersección de la trayectoria con la lesión es
indicada a través de medios indicadores visuales.
\newpage
De acuerdo con una quinta realización de la
invención, se generan dos proyecciones ortogonales a partir de dos
imágenes.
De acuerdo con una sexta realización de la
invención, una representación gráfica de las imágenes es obtenida y
presentada con una frecuencia de refresco mínima de al menos una
imagen por segundo.
De acuerdo con una séptima realización de la
invención, al menos una fuente de rayos X comprende medios
generadores de pulsos para trabajar en modo pulsado con un periodo
de exposición menor que la mitad de la frecuencia de refresco de la
imagen.
De acuerdo con una octava realización de la
invención, al menos los medios de procesado comprenden medios de
lectura de las señales eléctricas mediante conteo de fotones.
De acuerdo con una novena realización de la
invención, al menos los medios de procesado comprenden medios de
lectura de las señales eléctricas mediante integración de
carga.
De acuerdo con una décima realización de la
invención, al menos los medios de conversión comprenden un
dispositivo semiconductor.
De acuerdo con una undécima realización de la
invención, el dispositivo semiconductor es operable a temperatura
ambiente.
De acuerdo con una duodécima realización de la
invención, el dispositivo semiconductor comprende un electrodo
superior, electrodos inferiores, un material semiconductor entre el
electrodo superior y el electrodo inferior, y elementos
electrónicos de lectura.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La figura 1 muestra un esquema general del
sistema de la invención provisto de primeros y segundos medios,
detectores y fuentes.
La figura 2 es un esquema general del sistema de
la invención provisto de primeros medios, detectores y fuentes. La
figura muestra los componentes en una primera posición y en una
segunda posición.
La figura 3 muestra los componentes de los
medios de conversión.
La figura 4 muestra medios de lectura mediante
conteo de fotones.
La figura 5 muestra medios de lectura mediante
integración de carga.
La figura 6 muestra una imagen estática de
granos de sal dentro de un cassette de patología.
El sistema de la invención es de especial
aplicación en mamografías, donde hay una mayor dificultad por
tratarse de un tejido blando y móvil.
Aunque los sistemas del estado de la técnica más
cercano afirman proporcionar una imagen en tiempo real, tienen
limitaciones en la adquisición de las imágenes y en la calidad de
imágenes por segundo, ya que sólo son capaces de obtener una imagen
cada 2 segundos, además de que la eficiencia en la detección de las
lesiones es cuestionable por el tipo de detector que emplean, que
está basado en CCD. Con detectores CCD (conversión indirecta), el
gran inconveniente es el número de imágenes por segundo que pueden
obtenerse, puesto que el máximo alcanzable es muy bajo. Para poder
incrementar este número de imágenes por segundo, es necesario
aumentar la radiación, lo que resulta perjudicial para la salud del
paciente, puesto que la dosis de radiación a la que va a ser
sometido es demasiado
elevada.
elevada.
Una realización preferida de la invención
propone un detector con la posibilidad de trabajar a temperatura
ambiente, detector de estado sólido acoplado a un sistema de
lectura electrónica que permite leer alrededor de hasta 100 imágenes
por segundo. Este dispositivo puede tener la capacidad de detectar
cualquier fotón, hecho que permite trabajar a bajas dosis de
radiación. El tipo de electrónica utilizada tiene un ruido mínimo
proporcionado una gran calidad de imagen. El sistema puede
expandirse utilizando más de una fuente de radiación para obtener
una imagen real en 3D, que puede necesitarse para algunas
aplicaciones especiales (biopsias del SNC (Sistema Nervioso Central)
u otros territorios del cuerpo humano). Un test practicado
utilizando el sistema de biopsia de Lorad (Stereolock) como
plataforma mecánica y utilizando un detector basado en CdTe
(Cadmio/Telurio) comercial (DIC100) ha permitido obtener imágenes de
calidad superior a las convencionales utilizando exposiciones de 20
mSec y reduciendo el flujo de rayos X con un filtro de l mm de
aluminio (Al).
El principio de funcionamiento se basa en los
principios de la escopia radiológica utilizada en otras
aplicaciones estando en el caso de la presente invención
especialmente dedicada a áreas pequeñas que precisan la mayor
resolución necesaria en la imagen radiológica como son las lesiones
mamarias. Esto es posible utilizando tecnología en detectores de
estado sólido a temperatura ambiente y tecnología en
electrónica.
El sistema de la presente invención es
suficientemente simple para poder añadirlo a cualquier máquina de
biopsia ya existente y los medios para controlarlo pueden adaptarse
a los sistemas conocidos para controlar la fuente de rayos X y la
captura de las imágenes.
Las partes de una realización preferida de la
invención comprenden:
- -
- Un detector de 50 x 50 mm. montado en una tarjeta que se adapta a todos los tipos de máquinas de biopsia.
- -
- Medios de comunicación para enviar los datos del detector a la máquina que controla el sistema de biopsia existente controlado por los medios de control específicos, para sincronizar el sistema de rayos X y el detector.
Como se ha mencionado en el párrafo anterior, el
sistema permite ser incorporado de la forma más sencilla a las
máquinas existentes. De acuerdo con otra realización preferida de
la invención, el sistema incorpora múltiples fuentes de radiación
que permiten un sistema real de imagen tridimensional para poderse
aplicar a otros tipos de biopsias o aplicaciones médicas.
En el momento de la biopsia por las
características del tejido o de la propia lesión hacen que el
objetivo se mueva. Con los sistemas conocidos esto sólo es posible
saberlo tomando imágenes después de la introducción final o en
algunos casos con el informe de la biopsia por el patólogo que
muestra un resultado no concluyente.
El sistema de la presente invención permite
tomar la biopsia al primer intento asegurando la toma de la muestra
y evitando las repeticiones o por mal posicionamiento o por toma
inadecuada de la muestra, permitiendo acortar los tiempos de
biopsia, hacerla más eficiente y permitiendo poder realizar mas en
un tiempo razonable.
Mediante el sistema de la presente invención, la
dosis de radiación utilizada en todo el procedimiento es
equivalente a la utilizada en una imagen estática. Esta ventaja se
ilustra en la figura 6 donde se muestra una imagen estática de
granos de sal dentro de un cassette de patología. Dicha figura
demuestra la resolución a baja dosis, que está estimada equivalente
a 0.3 mAs; en cambio, una imagen estática mediante los sistemas
conocidos se obtiene con una exposición mínima de 80 mAs, lo que
implica que la reducción de dosis utilizando el sistema de la
presente invención es de 250 veces.
Claims (15)
1. Un sistema (1) digital para realizar biopsias
estereotáxicas con una aguja de biopsia, comprendiendo dicho
sistema (1):
una primera fuente (100) de rayos X;
- un primer detector (110) de tipo pixel para transformar fotones (1000) de rayos X emitidos por la primera fuente (100) de rayos X en primeras señales eléctricas (120);
- primeros medios de posicionamiento (130) para situar une muestra de tejido (3) entre la primera fuente, (100) de rayos X y el primer detector (110);
- primeros medios de procesado (140) para procesar las primeras señales eléctricas (120) del primer detector (110) y producir primeras señales procesadas;
- primeros medios de generación de imagen (150) para generar una primera imagen (160) a partir de las primeras señales procesadas, y
una segunda fuente (200) de rayos X;
- un segundo detector (210) de tipo pixel para transformar fotones (1000) de rayos X emitidos por la segunda fuente (200) de rayos X en segundas señales eléctricas (220);
- segundos medios de posicionamiento (230) para situar una muestra de tejido (3) entre la segunda fuente (200) de rayos X y el segundo detector (210);
- segundos medios de procesado (240) para procesar las segundas señales eléctricas (220) del segundo detector (210) y producir segundas señales procesadas;
- segundos medios de generación de imagen (250) para generar una segunda imagen (260) a partir de las segundas señales procesadas (240);
caracterizado
porque:
dicho primer detector (110) comprende primeros
medios de conversión (170) para llevar a cabo una conversión
directa de fotones de rayos X en carga eléctrica;
dicho segundo detector (210) comprende segundos
medios de conversión (270) para llevar a cabo una conversión
directa de fotones de rayos X en carga eléctrica;
el primer detector (110) y la primera fuente
(100) de rayos X están alineados según un primer eje (190);
el segundo detector (210) y la segunda fuente
(200) de rayos X están alineados según un segundo eje (290);
dicho segundo eje (290) forma con el primer eje
(190) un ángulo \alpha; comprendiendo el sistema (1) medios para
establecer el ángulo \alpha por parte de un usuario;
una representación gráfica de las imágenes (160,
260) es obtenida y presentada en tiempo real.
2. Un sistema (1) digital para realizar biopsias
estereotáxicas con una aguja de biopsia, comprendiendo dicho
sistema (1):
una primera fuente (100) de rayos X;
- un primer detector (110) de tipo pixel para transformar fotones (1000) de rayos X emitidos por la primera fuente (100) de rayos X en primeras señales eléctricas (120);
- primeros medios de posicionamiento (130) para situar una muestra de tejido (3) entre la primera fuente (100) de rayos X y el primer detector (110);
- primeros medios de procesado (140) para procesar las primeras señales eléctricas (120) del primer detector (110) y producir primeras señales procesadas;
- primeros medios de generación de imagen (150) para generar una primera imagen (160) a partir de las primeras señales procesadas;
caracterizado
porque
dicho primer detector (110) comprende primeros
medios de conversión (170) para llevar a cabo una conversión directa
de fotones de rayos X en carga eléctrica;
el primer detector (110) y la primera fuente
(100) de rayos X están alineados según un primer eje (190);
los primeros medios de posicionamiento (130)
están configurados para permitir desplazar el primer eje (190)
entre:
- una primera posición según una primera dirección (1a); y
- una segunda posición según una segunda dirección (1b);
- que forma con la primera dirección (1a) un ángulo \alpha;
- comprendiendo el sistema (1) medios para establecer el ángulo \alpha por parte de un usuario para que en dicha segunda dirección (1b):
- el primer detector (110) de tipo pixel transforme fotones (1000) de rayos X emitidos por la primera fuente (100) de rayos X en segundas señales eléctricas (220);
- los primeros medios de procesado (140) procesen las segundas señales eléctricas (220) del primer detector (110) y produzcan segundas señales procesadas;
- los primeros medios de generación de imagen (150) generen una segunda imagen (260) a partir de las segundas señales procesadas por los primeros medios de procesado (140);
una representación gráfica de las imágenes (160,
260) es obtenida y presentada en tiempo real.
3. El sistema (1) según las reivindicaciones 1 y
2 caracterizado porque 0 \leq \alpha \leq 180º.
4. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque \alpha =
30º.
5. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende
medios de visualización (300) para ver imágenes tridimensionales
creadas a partir de dos imágenes (160, 260) seleccionados entre:
monitor con dos proyecciones ortogonales;
reconstrucción 3D;
gafas estereoscópicas;
y combinaciones de los
mismos.
6. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende
medios de generación 3D para reconstruir estereotácticamente a
partir de dos imágenes (160, 260) una trayectoria de la aguja y
posición de una lesión para permitir garantizar que la posición de
la lesión va a ser intersectada por la trayectoria de la aguja.
7. El sistema (1) según la reivindicación 6
caracterizado porque la intersección de la trayectoria con
la lesión es indicada a través de medios indicadores visuales.
8. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque se generan
dos proyecciones ortogonales a partir de dos imágenes (160,
260).
9. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque una
representación gráfica de las imágenes (160, 260) es obtenida y
presentada con una frecuencia de refresco mínima de al menos una
imagen por segundo.
10. El sistema (1) según la reivindicación 9
caracterizado porque al menos una fuente (100, 200) de rayos
X comprende medios generadores de pulsos para trabajar en modo
pulsado con un periodo de exposición menor que la mitad de la
frecuencia de refresco de la imagen.
11. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos
los medios de procesado (140, 240) comprenden medios de lectura
(1410, 2410) de las señales eléctricas (120, 220) mediante conteo de
fotones (1000).
12. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos
los medios de procesado (140, 240) comprenden medios de lectura
(1410, 2410) de las señales eléctricas (120, 220) mediante
integración de carga.
13. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque al menos
los medios de conversión (170, 270) comprenden un dispositivo
semiconductor (180).
14. El sistema (1) según la reivindicación 13
caracterizado porque el dispositivo semiconductor (180) es
operable a temperatura ambiente.
15. El sistema (1) según cualquiera de las
reivindicaciones 13-14 caracterizado porque
el dispositivo semiconductor (180) comprende un electrodo superior
(1810), electrodos inferiores (1830), un material semiconductor
(1820) entre el electrodo superior (1810) y el electrodo inferior
(1830), y elementos electrónicos de lectura (1840).
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
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