ES2256974T3

ES2256974T3 - Sistema de posicionamiento quirurgico.

Info

Publication number: ES2256974T3
Application number: ES98962860T
Authority: ES
Inventors: Eric Richard Cosman
Original assignee: Sherwood Service AG
Current assignee: Covidien AG
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2006-07-16
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: DE69833881D1; WO1999027839A3; CA2320230A1; EP1041918B1; AU1800999A; WO1999027839A2; DE69833881T2; EP1642545A1; WO1999027839A9; EP1041918A2; US6405072B1; US6662036B2; US20040122311A1; US20020065461A1; US20020188194A1

Abstract

Un sistema para la ubicación del cuerpo de un paciente con puntos espaciales en un aparato de tratamiento o de diagnóstico en coincidencia con datos de imagen procedentes de un escáner de imagen, cuyo escáner de imagen tiene un marco de coordenadas de escáner y proporciona los datos de imagen de al menos una parte de dicho cuerpo del paciente explorado por dicho escáner de imagen a un sistema de ordenador para generar unas coordenadas de marcador de escáner en el marco de coordenadas de escáner de los marcadores de referencia de escáner situados en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, y para generar unas coordenadas de diana de escáner en dicho marco de coordenadas de escáner de al menos una diana en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente.

Description

Sistema de posicionamiento quirúrgico.

Antecedentes y sumario del invento

Las técnicas estereotácticas sin marco se usan ampliamente en el campo de la neurocirugía. Estas técnicas implican la determinación cuantitativa de posiciones anatómicas basadas en datos de exploración tomados de procedimientos de tomografía computerizada (en adelante CT), tomografía por de resonancia magnética nuclear (en adelante MRI) u otros procedimientos de exploración para obtener datos de exploración tridimensionales. Típicamente, los datos de exploración de imagen se introducen en un ordenador para proporcionar una base de datos tridimensionales que se pueda usar en diversas ocasiones para proveer información gráfica. Esencialmente, dicha información es útil en los procedimientos quirúrgicos y hace posible la visión de la anatomía de un paciente en una presentación visual gráfica.

Es común el uso de marcos estereotácticos de cabeza; por ejemplo, véase la patente de EE.UU. Nº 4.608.977 (expedida el 2 de septiembre de 1986 y titulada, "Sistema que usa la tomografía computerizada para el tratamiento selectivo del cuerpo". Dichas estructuras emplean un dispositivo de fijación de cabeza típicamente con alguna forma de indización para adquirir datos referenciados representativos de cortes de exploración a través de la cabeza. Los datos de exploración así adquiridos se cuantifican con respecto al marco de cabeza para identificar cortes individuales. Se han empleado datos de exploración tridimensionales para relacionar las posiciones de la anatomía de un paciente con a otras estructuras con el fin de proporcionar una presentación visual gráfica compuesta. Por ejemplo, se podría dirigir un puntero espacial (análogo a un lápiz) en la anatomía de un paciente y cuantificarse su posición con respecto a los datos de exploración estereotáctica. El puntero espacial se podría orientar para que apuntase a una diana anatómica y presentarse visualmente de esa manera usando técnicas de gráficos de ordenador. Se ha propuesto este tipo de aparato, usando un puntero espacial articulado con una articulación mecánica. En ese sentido, véase un artículo titulado "Un sistema de neuronavegación articulado usando imágenes de CT y de MRI", Memorias del Instituto de Ingenieros eléctricos y electrónicos (en adelante IEEE) sobre ingeniería biomédica, volumen 35, Nº 2, febrero 1988 (Kosugi y colaboradores).

El documento WO 97/40766 describe de forma combinada las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Además de las anteriores consideraciones, surge la necesidad de relacionar los aparatos de tratamiento externo con una diana específica en varios aspectos. Por ejemplo, se plantea la necesidad en relación con el tratamiento de dianas anatómicas internas, específicamente para posicionar y mantener dichas dianas con respecto a un haz o isocentro de una máquina de tratamiento por rayos X de acelerador lineal (en adelante LINAC). Por tanto, existe una necesidad de métodos de alinear haces, tales como los de una máquina LINAC, para impactar con dianas específicas.

De acuerdo con el presente invento, en una primera forma se provee un sistema para la ubicación del cuerpo de un paciente con puntos espaciales sobre un aparato de tratamiento o de diagnóstico en coincidencia con datos de imagen procedentes de un escáner de imagen, cuyo escáner de imagen tiene un marco de coordenadas de escáner y proporciona los datos de imagen de al menos una parte de dicho cuerpo de paciente explorado por dicho escáner de imagen a un sistema de ordenador para generar marcadores de referencia de escáner en el marco de coordenadas de escáner de los marcadores de referencia de escáner situadas en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, y para generar coordenadas de diana de escáner en dicho marco de coordenadas de escáner de al menos una diana en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, cuyo sistema comprende:

un sistema de ordenador para tratar los datos de cámara y los datos de imagen procedentes del escáner de imagen;

un sistema de cámaras (C) que comprende dos o más cámaras, cada una de las cuales tiene un campo de visión que comprende al menos una parte del cuerpo del paciente en el aparato de tratamiento o de diagnóstico, indizando dicho sistema de cámaras posiciones de los puntos espaciales dentro del campo de visión, que tienen al menos un punto de referencia en una posición conocida con respecto a dicho aparato de tratamiento o de diagnóstico con coordenadas de referencia que son conocidas en dicho sistema de cámaras, cuyo sistema de cámara proporciona datos de cámara al sistema de ordenador para generar coordenadas de marcador óptico en el marco de coordenadas de cámara de los marcadores de referencia óptico detectables por dicho sistema de cámara en el campo de visión y situadas en la misma posición sobre dicho cuerpo de paciente que dichos marcadores ópticos de referencia de escáner, y por el cual dichas posiciones de dichos marcadores ópticos de referencia son conocidas con respecto a dicho al menos un punto de referencia;

medios de conversión asociados con dicho sistema de ordenador para convertir dichas coordenadas de marcador de escáner a dichas coordenadas de marcador óptico, y por los cuales dichas coordenadas de diana de escáner se convierten en coordenadas de diana de cámara de tal manera que la posición de dicha a menos una posición de diana se determina con respecto a dicho al menos un punto de referencia de dicho aparato de tratamiento o diagnóstico, caracterizado porque:

dichos marcadores ópticos de referencia son objetos con modelos geométricos que son detectables por dicho sistema de cámaras para proporcionar coordenadas de marcador de cámara.

En general, de acuerdo con lo expuesto anteriormente, un aparato de cámara óptica funciona en cooperación con una máquina de LINAC y un ordenador para habilitar el tratamiento de un paciente con un haz que esté situado y mantenido sobre una diana específica en el cuerpo de un paciente. En una realización, el sistema de cámara está situado en una posición conocida con respecto a la máquina de LINAC y para detectar marcadores de referencia en lugares específicos sobre el cuerpo de un paciente. Los marcadores empleados durante los procesos de exploración de imagen se correlacionan con los puntos de referencia para los datos de exploración. De ese modo, por correlación, las dianas anatómicas en el cuerpo, identificadas en los datos de exploración de imagen, se sitúan de un modo efectivo con respecto al haz de tratamiento procedente de la máquina de LINAC identificado por los datos de cámara. Esencialmente, las operaciones de acumulación, conversión y tratamiento de datos sirven para correlacionar datos de exploración con datos de cámara y de ese modo habilitar las relaciones posicionales deseadas para el tratamiento del paciente, así como para proporcionar una presentación visual efectiva de gráficos.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos, que constituyen una parte de la memoria descriptiva, se han indicado realizaciones ejemplares que presentan diversos objetivos y características de los mismos. Específicamente:

La Figura 1 es una vista en perspectiva y diagramática de un sistema compuesto mostrado con referencia a un paciente;

La Figura 2 es una vista en perspectiva de los componentes algo similar a los de la Figura 1, mostrados con más o menos detalle para explicaciones posteriores;

Las Figuras 3A, 3B y 3C son vistas en perspectiva que muestran marcadores de referencia;

La Figura 4 es un diagrama de flujo que describe un proceso mostrado en relación con un paciente;

La Figura 5 es una vista lateral que muestra el aparato de ubicación en relación con un paciente;

La Figura 6 es una vista lateral de otro sistema para ubicación de paciente generalmente de acuerdo con el sistema de la Figura 1;

La Figura 7 es una vista lateral de un sistema de posicionamiento óptico y por ultrasonidos en una máquina de tratamiento mostrada en relación con un paciente;

La Figura 8 es una vista en perspectiva y diagramática que muestra un sistema de posicionamiento de vídeo en relación con un paciente;

La Figura 9 es una serie de vistas 9A, 9B y 9C que ilustran la fusión de la reconstrucción gráfica y de vídeo en relación con un paciente;

La Figura 10 es una vista en perspectiva y diagramática que muestra un aparato para calibrar o alinear cámaras ópticas con respecto a una máquina de tratamiento; y

La Figura 11 es una vista en perspectiva que muestra otra realización involucrada con la navegación estereotáctica sin marco en un aparato de máquina de exploración de imagen y mostrada en relación con un paciente.

Descripción de las realizaciones ilustrativas

Las realizaciones siguientes ilustran y ejemplifican el presente invento y los conceptos del mismo, y todavía en ese sentido, se considera que proporcionan las realizaciones óptimas para los fines de descripción y que proveen una base para las reivindicaciones contenidas en la presente memoria que definen el alcance del presente invento.

En general, la realización de la Figura 1 cumple la ubicación óptica y/o la localización por rayos X de la anatomía de un paciente para su tratamiento. Una máquina de terapia por radiación de rayos X con acelerador lineal (en adelante LINAC), situada generalmente en L (parte superior izquierda de la Figura 1) proporciona un haz B (generalmente radiación con un isocentro) para tratar a un paciente P (mostrado reclinado sobre una plataforma o mesa F). Típicamente, el haz B tiene un eje principal que coincide en un lugar específico (isocentro) y está situado en una diana en o sobre el paciente P.

Básicamente, los datos de exploración se guardan para especificar la situación de una diana en el cuerpo de un paciente, en general definida en un espacio de exploración tridimensional (como datos de corte) con respecto a referencias. Los datos de exploración se guardan en un sistema T de proceso de tratamiento que recibe más datos de un sistema C de cámaras. Específicamente, el sistema C de cámaras detecta la posición instantánea del paciente P y el haz B (en el espacio de la cámara) basándose en ubicaciones de marcador sobre el paciente P y la máquina L. Mediante el uso de ubicaciones similares o relacionadas de referencia, se correlacionan el espacio de exploración y el espacio de la cámara y los datos se convierten a un espacio común de coordenadas. De acuerdo con ello, el haz B se relaciona y presenta visualmente con respecto al paciente P. Por consiguiente, el haz B se puede situar y mantener para colimar en la diana deseada. Nótese que tanto la máquina L como la mesa F que soporta al paciente se pueden desplazar para satisfacer y mantener unas relaciones posicionales deseadas entre el haz B y el paciente P según se describe con mayor detalle más adelante.

La máquina del LINAC L está fijada en un suelo 3 e incluye un pórtico 1 que gira alrededor de un eje horizontal 2, indicándose el ángulo de rotación mediante una flecha con dos puntas 2A. El pórtico 1 está de ese modo soportado a rotación sobre una columna o estructura 4 de soporte fijadas en el suelo que incluye un panel 4A para el control manual directo. El control se puede realizar también desde el sistema T de proceso de tratamiento.

En un lugar distante de la estructura 4 de soporte, el pórtico 1 lleva una fuente de radiación R (no mostrada) algo alineada con un colimador 5 que da forma a la radiación de rayos X de la fuente R para que pase generalmente a lo largo del eje como se indica para el haz B. Se pueden emplear estructuras bien conocidas como la fuente de radiación R y el colimador 5. Específicamente, el colimador 5 podría ser un colimador circular multilámina, un bloque cortado, u otro tipo de abertura para rayos X. Las máquinas de LINAC típicas, como las conocidas actualmente, se podrían usar para la máquina de LINAC L funcionando para establecer un punto de isocentro 7 (mostrado en el abdomen del paciente P) cuyo punto 7 es el punto de convergencia de la radiación central de rayos X (haz B para la representación) y está situado en el eje 2 de rotación.

Como se ha indicado anteriormente, el paciente P está echado en la mesa F y se le muestra específicamente reclinándose en la parte superior de la mesa 11. La parte superior de la mesa 11 es móvil; es decir, se puede desplazar en movimientos de traslación cartesianos según lo indican las flechas de dos puntas X, Y y Z. Estos desplazamientos se realizan mediante un mecanismo 10, mostrado con líneas de trazos dentro de la mesa F. El control manual directo se puede realizar desde el panel 4A con datos de control procedentes del sistema T de proceso de tratamiento. Nótese que la mesa F gira también alrededor de un eje vertical 12 (articulación mecánica) según se indica por una flecha de dos puntas 12A. Se ha indicado un tercer eje ortogonal 14 (lateral al paciente) que pasa a través del punto isocentro 7 según se describe detalladamente más adelante.

El sistema C de cámaras comprende tres cámaras 17, 18 y 19 que podrían tener la forma de cámaras de vídeo, cámaras con filtro de infrarrojos, cámaras CCD lineales (con sensibilidad por infrarrojos o por n-infrarrojos), todas ellas bien conocidas, u otras cámaras de diseño aceptable para resolver el contenido de un espacio. Las cámaras 17, 18 y 19 están fijadas sobre un bastidor 6 junto con una fuente luminosa 16, y están orientadas para ver el espacio o campo de tratamiento de la mesa F, el pórtico 1 y el paciente P. De ese modo, el sistema C de cámaras detecta el contenido de un volumen ocupado por los elementos anteriormente descritos Se podrían emplazar cámaras adicionales en otras posiciones dentro del compartimento de tratamientos, por ejemplo, fijadas a los techos o a las paredes.

Reconociendo que se se pueden usar varias formas de marcadores, si los marcadores de referencia son del tipo reflectante, se podría usar una fuente luminosa 16 (de infrarrojos) para producir luz reflejada como se ha indicado mediante las flechas de líneas de trazos 26. Aunque la fuente luminosa 16 podría no ser siempre necesaria, puede aumentar la relación señal/ruido de la luz reflejada de los marcadores de referencia con relación al fondo. Nótese que para el mismo fin se podrían fijar una fuentes luminosas adicionales similares en el bastidor 6, por ejemplo cerca de las cámaras 17 y 19.

En funcionamiento, el sistema C de cámaras detecta varios marcadores que indican ubicaciones específicas de referencia o puntos de referencia. Específicamente, los puntos de referencia se detectan según lo indicado por los marcadores 20, 21, 23 y 24 que están sobre el paciente P, situados, por ejemplo, sobre o cerca de la piel del paciente. Como se ha indicado, los marcadores 20, 21, 23 y 24 pueden adoptar una variedad de formas, por ejemplo, diodos electroluminiscentes (en adelante LED), reflectores de luz, esferas reflectantes, puntos luminosos reflectantes u otros diversos dispositivos que puedan ser seguidos por el sistema C de cámaras en el espacio tridimensional. Asimismo, se pueden adherir a la piel círculos radio-opacos en puntos identificados como por un tatuaje o una marca de tinta. Se pueden instalar también marcadores reflectantes sobre tatuajes o marcas de tinta en la piel del paciente.

Los marcadores de referencia 20, 21, 23 y 24 proporcionan referencias para convertir los datos de exploración de imagen (guardados inicialmente) al espacio de coordenadas de la máquina de LINAC L, según son detectados por el sistema C de cámaras. Es decir, los datos de exploración tridimensionales tomados durante un procedimiento preliminar se guardan en el sistema T de proceso de tratamiento y se correlacionan con datos provistos desde el sistema C de cámaras mediante el uso de puntos comunes que podrían definirse mediante los marcadores 20, 21, 23 y 24. Los datos combinados acomodan la posición y orientación deseadas de la mesa F y/o la orientación y colimación del haz B para hacer impacto en la diana deseada en el paciente sujeto P. La operación de control se describe con mayor detalle más adelante junto con la correlación de datos para proporcionar una presentación visual compuesta del paciente P a la estructura de tratamiento de la Figura 1.

En relación con el sistema C de cámaras, las cámaras ópticas individuales 17, 18 y 19 "miran" esencialmente a la posición y orientación del paciente P, es decir, viendo el volumen que contiene al paciente P y a los aparatos anteriormente explicados. Los marcadores 20, 21, 23 y 24 pueden ser "vistos" por las cámaras para seguir posiciones de marcador relativas al punto de isocentro 7 y al haz B. A título de referencia descriptiva, véase la patente de EE.UU. Nº 5.446.548, titulada "Sistema de posicionamiento y monitorización de pacientes" concedida a L.H. Garrick y S.F. El-Hakim, expedida el 29 de agosto de 1995; así como un sistema operativo identificado como el Sistema de seguimiento óptico (en adelante OTS) producido por Radionics, Inc. de Burlington, Massachussets, o un sistema de seguimiento de movimiento que vende Oxford Metronics, Oxford, Inglaterra.

Según se ha indicado, las salidas de señal óptica de las cámaras 17, 18 y 19 se suministran a un procesador 34 de seguimiento de imagen óptica (Figura 1, parte superior derecha) como es bien conocido en el campo de aplicación de este invento. En el funcionamiento del procesador 34, las señales de datos de cada cámara individual se convierten en datos de posición tridimensionales (en el espacio de coordenadas de cámara) con respecto a objetos situados en el campo colector de visión de las cámaras e incluyendo los marcadores de referencia de identificación 20, 21, 23 y 24. Los datos de posición resultantes definen la posición del paciente P con respecto a los objetos situados en el campo de visión del sistema C de cámaras (en el espacio de coordenadas de cámara).

Otro conjunto de marcadores, 30, 31 y 32 está fijado a la mesa F, mostrados dispuestos en diversos puntos sobre la parte superior de la mesa 11. Los marcadores 30, 31 y 32 son detectados también por el sistema C de cámaras para determinar la orientación de la mesa F con respecto al sistema C de cámaras. De ese modo, mediante el uso de las salidas del sistema C de cámaras, el procesador 34 proporciona también datos indicativos de la posición de la mesa F en el espacio de cámaras. Utilizando dichos datos, el procesador 34 trabaja con otros componentes del sistema T de proceso de tratamiento para coordinar datos y cumplir las funciones anteriormente descritas. Otros componentes del sistema T de proceso de tratamiento incluyen un aparato 35 generador de imágenes, un sistema 36 de planificación y tratamiento, un comparador/ordenador 37, un controlador 38 y una unidad 39 de presentación visual de interfaz. El funcionamiento detallado del sistema T de proceso de tratamiento se describe más adelante.

Todavía otro conjunto de marcadores de referencia 40, 41 y 42 está fijado sobre el pórtico 1, también para indicar posiciones en el espacio de cámara. Además, unos marcadores 43 están fijados sobre el colimador 5 (extremo del pórtico 1) específicamente para permitir el seguimiento tridimensional del pórtico y del haz B con respecto al paciente P y a la mesa F. De ese modo, el sistema C de cámara proporciona datos para coordinar la máquina L de tratamiento, y el haz B con respecto al paciente P, y alinear una diana anatómica con el haz B en el punto de isocentro 7, u otro foco de radiación.

A título de una primera recapitulación, se entenderá que, según se ha explicado anteriormente, durante un procedimiento inicial, se toman del paciente unos datos de exploración, como mediante un escáner de CT o un escáner de MRI y se guardan en el aparato 35 de generador de imágenes. De acuerdo con un formato operativo, los datos de exploración podrían comprender datos de corte, que representen tridimensionalmente una parte del paciente P en el espacio de datos de exploración. Por supuesto, el espacio de datos de exploración es distinto del espacio de datos de cámara, obteniéndose su compatibilidad mediante la conversión a un espacio común de coordenadas. Las conversiones, usando técnicas bien conocidas en la técnica, se identifican haciendo referencia a determinados marcadores, por ejemplo, a los marcadores 20, 21, 23 y 24 que están situados en el paciente P e identificando puntos s de referencia en ambas coordenadas espaciales.

Según se ha indicado, durante el proceso de exploración, se determinan las posiciones de los marcadores de referencia 20, 21, 23 y 24 situados sobre el paciente P en el espacio de coordenadas del escáner (espacio de exploración del escáner de CT o de MRI) empleado para generar los datos de exploración de imagen. Por ejemplo, para la exploración con CT, los marcadores gráficos de referencia pueden ser marcadores radio-opacos situados sobre la piel en las posiciones indicadas por los marcadores de referencia 20, 21, 23 y 24. Estos marcadores podrían ser, por ejemplo, círculos radio-opacos pegados a la piel en los puntos donde se ha hecho un tatuaje o una marca con tinta. Conociendo las coordenadas en el espacio de exploración, y las localizaciones de las coordenadas de objetos anatómicos con respecto a ellas (marcadores 20, 21, 23 y 24) se determinan los emplazamientos de diana a irradiar con respecto a los puntos de referencia definidos por los marcadores 20, 21, 23 y 24. Según se ha indicado, los datos de exploración de imagen para las posiciones marcadas con referencia se guardan en la memoria 35 de datos de imagen para su uso por el sistema de planificación 36 y el ordenador 37.

En el ordenador 36 de planificación de tratamiento, se determinan las posiciones para los marcadores 20, 21, 23 y 24, relativas a la anatomía del paciente P y las dianas anatómicas internas seleccionadas. De acuerdo con ello, se descomponen las coordenadas de diana dentro de un volumen en el sistema de coordenadas de datos de exploración.

Las ubicaciones específicas de los puntos identificados por los marcadores 20, 21, 23 y 24 se determinan también en el espacio de cámara mediante el sistema C de cámaras mientras el paciente está en la mesa F. De ese modo, se proveen ubicaciones idénticas de referencia en los dos sistemas de coordenadas (de exploración y de cámara) que permiten las conversiones de datos como es bien sabido en el campo de los gráficos de ordenador. Específicamente, el sistema C de cámaras detecta los puntos de referencia. Esto se puede lograr, por ejemplo, mediante la colocación de LED o de marcadores reflectantes en las posiciones de los marcadores de referencia según sean indicadas por marcas de tatuaje o puntos de tinta usados durante la exploración de imagen como se ha descrito anteriormente. De ese modo se determinan las posiciones de marcador en el espacio tridimensional con respecto al sistema de cámaras. Adicionalmente, las posiciones de marcador sobre el cuerpo del paciente se determinan también con respecto a los marcadores sobre el propio LINAC tales como 30, 31, 32 en la mesa 11 ó 40A, 40B y 40C en el pórtico 1. Los datos procedentes del sistema C de cámara se suministran desde el procesador 34 al ordenador/comparador 37, en el que se comparan las ubicaciones de marcador de referencia con las posiciones de marcador determinadas a partir de datos de imagen para satisfacer un "ajuste óptimo" como es bien conocido. De acuerdo con ello, los datos de imagen que definen al paciente se convierten al espacio de cámara. De ese modo, se determina una coordenada de diana a partir del sistema 36 de planificación de tratamiento que implica la ubicación explícita de la diana en relación a objetos del campo de visión de la cámara incluyendo el colimador 5 y de acuerdo con ello el haz B.

La posición tridimensional del punto de isocentro 7 (en el espacio de cámara) del LINAC L se determina a partir de un procedimiento de calibración según se describe más adelante. De ese modo, se determina una posición interna seleccionada de diana a partir de la conversión a espacio de coordenadas de cámara con respecto a la mesa F, al pórtico 1, al haz B y al punto isocentro 7. Dicha información se suministra al controlador 38 para situar el pórtico 1 y la mesa F y de ese modo, controlar el tratamiento. La unidad de presentación visual 39 indica luego dinámicamente las relaciones de posición con una imagen gráfica.

Específicamente, el controlador 18 controla los ángulos y formas de los haces B de radiación determinados por el sistema 36 de planificación de tratamiento. De nuevo en este caso, las características del haz se pueden convertir por medio del ordenador/comparador 37 para situar al colimador 7 de pórtico y a la mesa F (accionado por el controlador 38). El controlador 38 puede incorporar también la estructura para grabar y verificar las relaciones de posiciones incluyendo las del haz B y del paciente P, así como controlar el estado del haz B (conectado o desconectado) y las tasas de dosis durante el tratamiento.

Para un ejemplo de un controlador 38 y un sistema 36 de planificación de tratamiento, (ambos del tipo estándar) como podrían usarse en el sistema, véase el Mevaron Linac suministrado por Siemens Oncology Care Systems Inc., así como el producto, XKnife Treatment Planning System que vende Radionics, Inc. Una presentación visual típica de información relevante en cada punto en un proceso de tratamiento se indica mediante una interfaz y la imagen de la unidad de presentación visual 39.

Después de determinar la posición de la diana de tratamiento deseada en el paciente usando el espacio de coordenadas del sistema C de cámaras y también de determinar la posición relativa y la distancia de esa diana desde el punto isocentro 7, también en el espacio de cámara, la mesa F se mueve para acceder a la diana deseada con el punto isocentro 7. En esa configuración, el haz B se dirige desde el colimador 5 a la diana. El proceso se puede automatizar, con una secuenciación apropiada mediante el controlador 38 para impulsar de forma correctora a la mesa F.

De acuerdo con ello, el haz B se mantiene con el punto isocentro 7 sobre la diana deseada.

El sistema C de cámara puede monitorizar el proceso según se ha descrito anteriormente y suministrar una señal de realimentación para accionar automáticamente la mesa F. Las posiciones del haz y las tasas de dosis medidas en las unidades del monitor a través del colimador 5 se pueden también planificar previamente y activar por control manual de operador (panel 4A) o bien automáticamente por medio del controlador 38.

Si se van a irradiar dianas múltiples o un campo de diana ancha, o si se especifica intensidad de modulación de haces, el controlador 38 se puede mover secuencialmente a diferentes posiciones de diana dentro de un volumen de diana generalizado, por ejemplo, alcanzando posiciones secuenciales, definidas en las coordenadas X, Y y Z, así como tasas de dosis, todas obtenidas para efectuar un modelo deseado de radiación.

En un modo dinámico del sistema, se pueden proporcionar correcciones para movimiento del paciente durante el tratamiento junto con una confirmación continua de la posición del cuerpo del paciente con respecto a la máquina de LINAC. Si existe un movimiento respiratorio del cuerpo del paciente P, como ocurriría típicamente en la región del torso, el movimiento de subida y bajada se puede observar mediante el sistema C de cámara siguiendo a los marcadores de referencia 20, 21, 23 y 24. La sincronización de la radiación desde la máquina L de LINAC puede asegurar que la diana anatómica ha sido impactada por el haz B incluso aunque los órganos internos del paciente se estén moviendo. Esto también se puede controlar mediante el controlador 38 con realimentación al procesador 34 de seguimiento óptico a través del comparador 37. Por consiguiente, el comparador 37 permite hacer más eficientes ciertos procedimientos complejos e incluso procedimientos de rutina, comparado con etapas estándar actuales de radioterapia que se basan principalmente en luces de láser asociadas con una máquina de radiación y marcas de tatuaje sobre el paciente.

La Figura 2 es una vista fragmentaria que muestra ciertos componentes del sistema de la Figura 1, totales o fragmentados y que en general tiene números de referencia similares, no obstante, modificados en algunos aspectos para ilustrar otras realizaciones del presente invento. Nótese que en general el colimador 5 es representativo de la máquina L de LINAC para tratar al paciente P situado en la superficie o parte superior 11 de la mesa 10. La totalidad del sistema T1 de proceso de la Figura 2 podría incorporar los elementos descritos con referencia a la Figura 1 y se ha realizado en una unidad 39A que incorpora una presentación visual de gráficos.

Un sistema C1 de cámaras (Figura 2) comprende dos cámaras, 17, 18, que están sujetas de forma estable (indicado simbólicamente), en cuanto al techo del compartimento de tratamiento. Las cámaras 17 y 18 están dotadas de aros anulares 17A y 18A, respectivamente, cada uno de los cuales contiene un conjunto ordenado circular de múltiples fuentes luminosas 17B y 18B respectivamente. Las fuentes luminosas 17B y 18B podrían ser diodos emisores de luz (en adelante LED) para iluminar los marcadores sobre el paciente P y la máquina L de LINAC como se ha representado simbólicamente por el colimador 5A. La luz de las fuentes 17B y 18B se refleja según se ha indicado por líneas de trazos y flechas 17C y 18C que se extienden desde las fuentes 17B y 18B y se reflejan hacia atrás a las cámaras 17 y 18.

Como se ha ilustrado, un inmovilizador estereotáctico 42 recibe al paciente P y puede tomar la forma de una bolsa evacuada como la que se usa comúnmente en la terapia de radiación para inmovilizar al paciente una vez que se ha establecido una configuración correcta. Alternativamente, el inmovilizador 42 podría ser una bandeja preformada o cuna alfa para definir un contorno firme del cuerpo del paciente con el fin de adoptar posiciones repetitivas.

Los marcadores de referencia 20, 21, 23 y 24 están fijados sobre el paciente como se ha descrito anteriormente con referencia a la Figura 1. Recuérdese que estos marcadores identifican ubicaciones marcadas mediante marcadores de referencia radio-opacos o detectables por resonancia magnética (en adelante MR) fijados en el paciente P en el momento de la exploración por CT o MRI. La disposición de la Figura 2 podría aplicarse sobre la parte superior de la mesa 11 para simular un plan previo de la configuración de tratamiento, o bien se podría aplicar sobre la mesa para radioterapia como, por ejemplo, una mesa de LINAC. Los marcadores de referencia radio-opacos o detectables por MR usados durante la fase de escáner de CT o MR se pueden sustituir en la disposición de la Figura 2 por marcadores de referencia detectables por cámara colocados en las mismas ubicaciones sobre el paciente. En el contexto de la Figura 2, el sistema C1 de cámaras determina la posición tridimensional de los marcadores de referencia con respecto al sistema de coordenadas de cámara, como se ha expuesto anteriormente.

En el contexto de la Figura 2, con los datos de exploración grabados y las configuraciones de posición siendo detectadas por el sistema C1 de cámaras, se establece una diana P1 dentro del paciente P dentro de un volumen P2 de tratamiento. La diana P1 podría ser el foco nominal de radiación del colimador 5A, y el contorno de la dosis de rayos X procedente de la máquina de LINAC se podría destinar a inundar el volumen P2 de diana. En ciertas aplicaciones, es conveniente mover la diana hasta un isocentro 7 (Figura 1) para establecer la convergencia de los haces de radiación al volumen P2 de diana. De acuerdo con ello, como se ha indicado anteriormente, la mesa 11 se podría mover para satisfacer la coincidencia deseada.

Asimismo como se ha hecho notar, la unidad terminal 39A incorpora la posibilidad de controlar y presentar visualmente datos posicionales. Específicamente, según se ha indicado, un panel 39B de presentación visual indica, en coordenadas X, Y y Z, la posición del isocentro relativa a una diana en tiempo real, es decir, actualmente, así como los ángulos C, G y A (correspondientes a los ángulos 12A de LINAC para rotaciones de mesa, 2A para rotaciones de pórtico, y A para rotaciones de colimador según se ha indicado por las flechas en la Figura 1) en relación con el haz 6 en el sistema de coordenadas de la anatomía del paciente en espacio de datos de exploración según se han obtenido del ordenador de planificación de tratamiento realizado en la unidad 39.

Según se ha descrito anteriormente con detalle, la mesa 11 de tratamiento lleva unos marcadores de referencia 30, 31 y 32 que son seguidos por el sistema C1 de cámaras para indicar la posición instantánea de la mesa 11 a lo largo del procedimiento. Como los ángulos C, G y A se varían durante el tratamiento, se puede mantener la posición de las dianas anatómicas planificadas en el isocentro 7. En este sentido, se puede conectar un controlador de realimentación desde el sistema C1 de cámaras al sistema T1 de proceso de tratamiento para enclavar automáticamente la diana con el isocentro. Por ejemplo, la operación podría implicar un proceso automatizado e integrado de seguimiento óptico sin marco para satisfacer los parámetros deseados de planificación de tratamiento y los controles de la máquina de LINAC para el posicionamiento del paciente.

La Figura 2 muestra también tipos alternativos de marcadores de referencia, por ejemplo, el marcador 50 tiene un modelo geométrico reconocible por máquina y detectable por el sistema C1 de cámara para determinar la orientación y el posicionamiento de la parte superior de la mesa 11. Dichos marcadores podrían adoptar la forma de gráficos de barras, formas geométricas (por ejemplo triángulos), líneas, figuras geométricas bidimensionales, etc., cualquiera de las cuales se puede detectar por el sistema C1 de cámara con las posiciones determinadas por el sistema T1 de proceso de tratamiento. La detección y el proceso de dichas formas geométricas son bien conocidos en el campo de la tecnología de seguimiento óptico, y de acuerdo con ello, es digno de notarse que los puntos de referencia discretos, según son indicados por los marcadores 30, 31 y 32 sobre la parte superior de la mesa 11 se podrían sustituir por modelos geométricos. Nótese también que los marcadores de referencia 51, 52 y 53 están fijados sobre la bandeja de inmovilización 42. Podrían ser LED, superficies esféricas reflectoras, usados como redundancia de aumento de los marcadores de referencia sobre el cuerpo del paciente y/o la parte superior de la mesa.

Una estructura de placa 55 ilustra otra forma geométrica alternativa que incluye específicamente una placa triangular que lleva una pluralidad de esferas en relieve 56 junto con unas tiras lineales 57. La placa 55 se podría adherir al paciente P indizada por tatuajes u otras marcas. Por ejemplo, se podría dibujar una línea 58 sobre el paciente P durante el proceso de exploración por CT como una referencia. En resumen, nótese que la estructura de la placa proporciona un carácter considerable para indicar la orientación del cuerpo del paciente.

Todavía otra forma de indicador o marcador se ejemplifica por una tira 60 de cinta reflectora sujeta de forma adhesiva al paciente P. De nuevo en este caso, dicho marcador se puede usar como una referencia relativa a los datos de exploración. Nótese que, mediante el uso de un algoritmo comparador para comparar objetos geométricos curvilíneos entre el procedimiento de formación de imágenes (recogida de datos de exploración) y la fase de tratamiento (espacio de cámara) se puede determinar una indicación de la orientación del cuerpo del paciente y gestionarse la coordinación de las posiciones de la diana.

Las Figuras 3A, 3B y 3C muestran otras formas ejemplares de marcadores como los introducidos con carácter general en la Figura 2 que se pueden usar para seguimiento de acuerdo con el presente invento. La Figura 3A muestra un tatuaje 60 que se podría haber hecho en la piel de un paciente en la fase preparatoria para la exploración porn CT. La ubicación indicada correspondería, por ejemplo, a la posición de emplazamiento deseada para un disco radio-opaco con abertura o marcador detectable durante la exploración. Posteriormente, como preparación para el tratamiento, se aplica con precisión al paciente un disco retrorreflector 61 con abertura según se indica por el tatuaje 60. En el centro del disco 61 se ha practicado una abertura u orificio 61A para coincidencia con el tatuaje 60. En una forma alternativa, el disco 61 podría definir una cúpula reflectante o una superficie esférica de naturaleza reflectante para una detección eficaz por la cámara.

En la Figura 3B, una placa geométrica reflectante 62 de configuración triangular se ha fijado con adhesivo a la placa 55 considerada con referencia a la Figura 2. La placa 62 define unos orificios 63 y 64 para permitir el emplazamiento preciso con referencia a las ubicaciones marcadas en la piel del paciente P.

En la Figura 3C se muestra otra forma alternativa de marcador que incluye un conjunto ordenado de esferas reflectantes espaciadas 66A, 66B y 66C fijadas a un eje o barra 65 que define una extremidad distal roscada 67. En uso, el marcador está acoplado en forma roscable con un hueso B debajo de la piel del paciente P. Un ejemplo del uso del marcador sería para determinar la orientación en forma repetida de una ubicación de pelvis para irradiación de próstata o ginecológica. Dichos marcadores se podrían fijar por vía percutánea en el hueso de cresta iliaco de la pelvis en una o más ubicaciones y permanecer en dicha posición por la duración del tratamiento. El marcador se podría colocar también en el momento de la exploración de imagen para producir datos de exploración. El conjunto ordenado de esferas se podría fijar luego a una sección de taco emergente del paciente P, por ejemplo, en el momento del tratamiento para proporcionar una superficie reflectora. Se podrían fijar grupos o tríadas de esferas reflectantes o de otros objetos geométricos a un adaptador de tubo roscado para proporcionar información de posición y orientación con respecto a la pelvis. Las esferas se podrían fijar y retirar en repetidas ocasiones del tubo para reubicaciones repetidas

Nótese que, en general, el material retrorreflector como el que podría usarse en los diversos marcadores descritos en la presente memoria es bien conocido, teniendo una propiedad característica de reflejar la iluminación sustancialmente hacia atrás en la dirección recibida. Se podrían usar alternativamente superficies brillantes, lustrosas o coloreadas para ajustarse a las necesidades de detección de la cámara o para discriminar una marca de otra. Dichas superficies son particularmente útiles en algunas aplicaciones del mismo.

Adicionalmente y con respecto al uso de los marcadores descritos en la presente memoria, se podrían fijar marcadores en la forma de objetos geométricos para indicar las posiciones de acuerdo con las necesidades de los diversos procedimientos incluyendo exploración de imagen, planificación y tratamiento con simulador. A menudo son ventajosas las ubicaciones de paciente tales como las partes lateral o anterior de la piel que son visibles a la cámara. La orientación de placas, esferas, discos, cúpulas, etc., que sean detectables se puede determinar basándose en ángulos de visión de un sistema de cámaras para visibilidad óptica. Incidentalmente, los marcadores con modelos lineales coincidentes con la alineación de generadores de láser u otros elementos podrían ser ventajosos en ejemplificar la configuración y reubicación de un paciente sobre una mesa de tratamiento.

Refiriéndose ahora a la Figura 4, considérese un proceso que involucra los sistemas de las Figuras 1 y 2. Una etapa inicial, ilustrada por el bloque 70, es explorar al paciente por CT, MR, ultrasonidos con rayos X, tomografía por emisión de positrones (en adelante PET), o cualquier otra modalidad o mediante el uso de simuladores para obtener datos tridimensionales. Un simulador es un dispositivo de exploración por CT o rayos X que tiene una mesa similar a la de la Figura 1, en el que los datos de imagen tomográfica o de rayos X permiten a un médico de clínica establecer dianas dentro del cuerpo relativas a marcas de referencia anatómicas externas o internas. Los datos de imagen y la información sobre dianas deseadas se obtienen según se ha ilustrado por el bloque 71 (Figura 4). Dichos datos se pueden tomar con marcadores de confianza, según se ha descrito anteriormente y en casos análogos, para registrar los datos en coordenadas de escáner o estereotácticas. Estos datos se introducen como entrada a un ordenador de planificación de tratamiento (por ejemplo, el sistema 36, Figura 1) para establecer el plan de tratamiento ilustrado por el bloque 72 (Figura 4). Los datos de posición de diana, junto con los datos de posición de volumen de diana y de haz se determinan por el médico de clínica de acuerdo con las necesidades clínicas.

Después de la planificación de tratamiento, se coloca al paciente en la mesa F con una configuración apropiada según se ha ilustrado por la etapa del bloque 73. Alternativamente, durante la etapa del bloque 73, se podría colocar al paciente en un aparato de diagnóstico tal como un escáner interoperativo de CT o de MRI. Mediante el uso de un sistema de seguimiento óptico, según se ha descrito anteriormente, se toman datos adicionales de referencia en la máquina de tratamiento, por ejemplo, la máquina L (Figura 1) en una etapa ilustrada por el bloque 74 (Figura 4). También dentro de la etapa, se puede realizar una conversión por medio de un ordenador o de un comparador (por ejemplo, el comparador 37, Figura 1) para establecer la posición de las dianas del plan de tratamiento con respecto al espacio de coordenadas del sistema de cámara.

A continuación, se establece la distancia o diferencia en posición de la diana de paciente desde el LINAC (punto isocentro 7, Figura 1) y se mueve al paciente P para alinear la diana o dianas con el isocentro del haz B. La etapa se ha ilustrado mediante el bloque 75 (Figura 4). Además, se pueden establecer las posiciones del haz y formas del colimador (colimador 5, Figura 1) y también configurarse en la máquina L de LINAC como se ha indicado por el bloque 76 (Figura 4).

Se puede obtener un refinamiento adicional del posicionamiento de dianas internas con respecto a un isocentro mediante la generación de imágenes por rayos X. Como ejemplo, refiriéndose a la Figura 1, los componentes de la máquina de rayos X 80 y 81 se alinean con los ejes 14 (horizontal) y 12 (vertical), respectivamente, y la pantalla 84 de rayos X para la máquina 80 de rayos X puede determinar de ese modo una imagen digital de los rayos X a través del cuerpo del paciente. Una pantalla similar (no mostrada) funciona con la máquina de rayos X 81. Adicionalmente, un aparato 85 generador de imágenes portal (un dispositivo común en los LINAC modernos) puede proporcionar una imagen digital de los rayos X de alta energía emitidos desde el colimador 5. De ese modo, los rayos X para diagnóstico procedentes de las máquinas 80 ú 81 o los rayos X de alta energía para formación de imágenes portal se pueden usar para visualizar anatomía interna tal como marcadores de referencia de huesos y/o radio-opacos colocados en la piel o implantados en huesos o tejido dentro del paciente antes del tratamiento.

Una vez que se han hecho las conversiones de posición de paciente descritas anteriormente (basadas en marcas externas), entonces se puede usar la anatomía interna, que podría representarse con más aproximación, por ejemplo, por las estructuras de hueso dentro del cuerpo, adicionalmente para ajustar y/o calificar la posición de una diana interna deseada con respecto al isocentro. Para este fin, el ordenador de planificación de tratamiento podría proporcionar vistas simuladas o reconstruidas de película de puerto o radiogramas digitales reconstruidos (en adelante DRR) para simular dichas imágenes de rayos X de alta energía o de rayos X para diagnóstico a través del paciente. Estas imágenes se comparan por análisis de superposición, fusión de imagen, u otros métodos comparativos teóricos de ordenador con las películas de puerto real o las instantáneas de rayos X, según se ha ilustrado por el bloque 84 de la Figura 4. Basándose en las imágenes comparativas de dichas vistas de rayos X reconstruidas y reales, se puede realizar o planificar un incremento adicional del movimiento según los ejes X, Y, Z de la mesa. Esto se realiza según se ha ilustrado por la etapa 85. De nuevo esto se podría hacer automáticamente con un sistema de realimentación para comparación rápida por fusión de imagen de vistas simuladas de rayos X.

Otra realización del presente invento podría incluir un aparato de diagnóstico. Por ejemplo, podría desearse ubicar a un paciente en una máquina de CT, de MRI, en un simulador, una máquina de rayos X, una máquina de TEP, u otra máquina de generación de imágenes de una manera análoga al ejemplo anterior de situar a un paciente en un LINAC. Para un escáner interoperativo de CT o de MRI, podría necesitarse mover una diana desde un episodio histórico de exploración de imagen hasta el plano (o planos) de corte de exploración del escáner interoperativo de imagen para determinar el grado de tumor residual durante la resección operativa. Por tanto, el presente invento incluye el uso de un aparato de diagnóstico sustituido en los ejemplos dados, por ejemplo los LINAC.

Con referencia a la Figura 5, se ilustra una realización del presente invento para uso en una aplicación craneal, de cabeza y cuello, de torso, o de pelvis. El cráneo del paciente P se estabiliza mediante una estructura 86 de brazo (izquierda) que lleva fijados unos marcadores de referencia 87 y 88 para la detección por un sistema C2 de cámaras. Se han mostrado a título ilustrativo varios marcadores de referencia en la cabeza del paciente (89), en la barbilla (90), en la garganta (91), en el torso superior (92) y en el torso (93), dependiendo de la aplicación clínica y de la región a tratar. Estos marcadores indican la orientación de la anatomía del paciente, y permiten establecer una comparación de esa orientación con la posición del paciente durante la fase de exploración de imagen. Como se ha explicado anteriormente, estas marcas de referencia podrían estar en la misma ubicación que marcadores de referencia visibles de imagen colocados en el cuerpo durante la fase de exploración. Alternativamente, los marcadores de referencia podrían ubicarse o situarse aleatoriamente en posición para ajustarse a la configuración del tratamiento. En ese caso, la coincidencia desde el espacio de cámara al espacio de exploración de imagen se puede realizar por ajuste de superficie, óptima conjugación de los puntos de referencia a los contornos de superficie, u otros procedimientos similares que utilicen posiciones de marcador de referencia y contornos de superficie de datos de exploración y datos de cámara.

Como se muestra en la Figura 5, la mesa 11 de LINAC o de tratamiento tiene unos marcadores de referencia 31, 32, y posiblemente más que no se han mostrado. Para ayudar a orientar localmente los movimientos de traslación y los movimientos angulares del torso, y además para facilitar los posibles movimientos de la mesa, se coloca debajo del paciente P una placa denominada "placa tectónica" 100. Esta placa se puede mover en el plano de la parte superior de la mesa 11 según se describe en una aplicación análoga. Puede también proporcionar movimientos de elevación que se realizan mediante un cojín inflado 102 entre una placa superior 101 y una placa inferior 100. La inflación del cojín se puede activar mediante un mecanismo de inflación 103, que podría ser manual o electrónico. De ese modo, por ejemplo, se pueden realizar ajustes finos de la altura del torso con respecto a la cabeza. La monitorización de la posición del torso con respecto a la cabeza se podría realizar mediante el sistema C2 de cámaras observando la posición tridimensional de marcadores de referencia tales como el marcador 92 comparada con los marcadores instalados en el cráneo como los marcadores 89 y 90.

Un medio alternativo de determinar la orientación con respecto al LINAC de la pelvis o de otra parte del cuerpo se obtiene mediante una estructura de cinturón 104 que se puede colocar sobre la pelvis en repetidas ocasiones en una posición similar. Esto se puede conseguir pegando el cinturón o fijándolo a lo largo de una línea de referencia tal como una línea 105 que se marca con una pluma en la piel del paciente en el momento de la exploración o de la planificación con simulador. El cinturón 104 podría tener una multiplicidad de marcadores físicos tal como el marcador 106, de tal manera que el sistema C2 de cámara puede determinar la orientación del cinturón 104 y por tanto la orientación de la región pélvica con respecto a la mesa del LINAC y con respecto al isocentro del LINAC. De este modo, las dianas internas tales como el punto de diana 107 (en el cuello) o un punto de diana en la región pélvica tal como la próstata o el cuello uterino 108 se podrían "impulsar" o mover hasta la posición del isocentro ilustrada por el punto 109 por medio de traslaciones X, Y, Z de la mesa 11, según se ha descrito anteriormente. Se ha mostrado también en la Figura 5 una representación esquemática del colimador 5 con sus marcadores de referencia de seguimiento 43A, etc., de tal manera que se pueda seguir mediante las cámaras 16 del sistema C2 de cámaras la correlación de haz y las posiciones del cuerpo.

Refiriéndose a la Figura 6, se muestra otra realización del presente invento en la que los contornos naturales de la superficie se han fundido con los contornos reconstruidos para situar al paciente P en la parte superior de la mesa 11 del LINAC. Un sistema C3 de cámaras puede ser un sistema de cámaras de vídeo para visualizar la escena visual real del paciente P en la parte superior de la mesa 11 y la máquina de LINAC representada por el colimador 5. En este caso, las cámaras podrían ser unas cámaras CCD sin filtro, bidimensionales, que se hayan calibrado para visión estereoscópica. Se pueden usar dos, tres, o más cámaras. Algunas pueden ser con filtro para visión reflectora de infrarrojos y otras pueden ser sin filtro para formación de imágenes directas de vídeo. Se pueden fijar en el techo de la sala del LINAC (no se ha mostrado la fijación). Alternativamente, las cámaras del sistema C3 podrían ser individuales y separadas, cada una situada por ejemplo en las paredes o en el techo de la sala del LINAC.

Se ha representado también un sistema de iluminación 115 que proyecta una rejilla de luz sobre el paciente P, ilustrada por las líneas de la superficie 117. Esta podría ser un dibujo de luz estructurada con áreas de luz y oscuridad y agrupaciones lineales de luz en dos dimensiones proyectadas sobre la superficie del cuerpo del paciente. Dicha agrupación de luces se podría reconocer y registrar mediante algoritmos de reconocimiento de dibujo en una escena de vídeo. El sistema VISLAN desarrollado por A. Colchester ilustra métodos de dicha reconstrucción de superficie, según se describe en un artículo titulado "Desarrollo y evaluación preliminar del VISLAN, una agrupación de sistemas para guiado y planificación quirúrgicos con formación de imágenes operativas de vídeo"; A. C. F. Colchester y colaboradores, Análisis médico de imágenes, Volumen 1, páginas 1-18, Oxford University Press, 1996.

La información del sistema C3 de cámaras se representa mediante señales aplicadas a un procesador de vídeo 112 para capturar el campo de visión de vídeo y para reducir el foco de puntos de luz estructurada sobre la superficie 117 a un conjunto de puntos tridimensionales en el espacio con respecto a la coordenada 118 de cámara. De ese modo, se puede hacer una reproducción de una parte de la superficie del cuerpo del paciente. La luz fundida podría ser por proyección de láser o de dibujo y tener diferentes intervalos de frecuencia (visibles o infrarrojas) así como diferentes colores y dibujos para diferenciar mejor los dibujos y los fondos,

Los datos de exploración de imagen, suministrados por un ordenador de datos representado por un bloque 35, se pueden segmentar también para reproducir la superficie reconstruida de la piel del paciente P. Véase, como referencia, el sistema XKnife de Radionics, Inc., Burlington, Massachussets. Esto proporcionaría una reproducción gráfica análoga de ordenador de la misma información de superficie que en el procesador de vídeo 112. Estos dos conjuntos de datos de superficie se pueden introducir como entrada a un ordenador 114 de imagen por fusión que implementa un algoritmo de fusión de imágenes para fundir la superficie de vídeo y las superficies reconstruidas de base de imagen anteriormente descritas. Esto puede realizarse mediante un algoritmo de chaflán, un ejemplo del cual se realiza en los algoritmos de fusión de imagen de Radionics, Inc., Burlington, Massachussets. Esta fusión de imágenes de superficies proporciona una coincidencia del conjunto de datos tridimensionales de la exploración de imagen con el sistema de coordenadas del procesador de vídeo. Es ésta una conversión del conjunto de datos de imagen estereotáctico del escáner de imagen al sistema de coordenadas tridimensionales del espacio 16 de cámara. Como la cámara está en coincidencia también con respecto al aparato externo del LINC, a su mesa, pórtico, y colimador, esto proporciona una conversión del conjunto de datos de imagen al espacio de coordenadas del LINAC.

Como se ha ilustrado en la Figura 6, en el proceso de planificación de tratamiento, se determinan una posición 44 de diana y un volumen 45 de diana en el cuerpo y se entregan en los datos de exploración de imagen del ordenador 35. Las coordenadas de estas estructuras se convierten a su vez según se acaba de describir al sistema de coordenadas del espacio de cámara. Por tanto, la posición del punto de diana 44 en el espacio de cámara es "conocida" por el sistema de cámara su procesador asociado 112 de memoria de ordenador y de proceso óptico.

La salida del procesador de vídeo 112 y los datos de imagen más los datos de planificación de tratamiento procedentes del generador 35 de imágenes entran al ordenador 114 de fusión de imágenes. Después de la fusión de imágenes de la superficie reconstruida de datos de imagen y de la superficie detectada por vídeo, las coordenadas de diana y la información de volumen de diana procedentes del ordenador 114 se envían a los controles 38 del controlador del LINAC. Esto permitirá, o bien el posicionamiento manual de la diana anatómica 44 al punto isocentro 7 del LINAC, o bien accionar los controles automáticos para hacer lo mismo. El sistema 39 de presentación visual e interfaz de usuario permite al médico de clínica asimilar visualmente toda esta información y accionar el movimiento de la mesa 11 para la traslación que se acaba de describir. Estos movimientos se indican mediante dos de las coordenadas, Y y Z de la Figura 6.

Se han mostrado también en la mesa 11 varias estructuras de referencia 120 y 122 geométricamente detectables, que se pueden detectar mediante el sistema C3 de cámaras de vídeo y determinar su posición en el espacio tridimensional. Con ello se monitoriza y controla la posición y se controla el movimiento de la mesa durante los cambios por correcciones. Se ha mostrado también un cojín de inmovilización 121 que puede ayudar en determinadas situaciones clínicas a impedir el movimiento del paciente.

Se ha mostrado también en la Figura 6 un sistema 85 de generación de imágenes portal. Estos detectores digitalizados de generación de imágenes portal son hoy comunes en los LINAc comercialmente disponibles. Un haz procedente del colimador 5 (que representa el LINAC) se envía generalmente en la dirección del eje principal 6 a través de la anatomía del paciente y pasando por el punto isocentro 7. Las estructuras de hueso situadas dentro de la anatomía del paciente se verán en la imagen portal digital. Una vez que el cuerpo del paciente se ha trasladado a la posición deseada mediante el sistema de seguimiento por vídeo anteriormente descrito, dicha imagen portal se puede tomar en posiciones particulares de pórtico, mesa y haz. A partir de los datos de imagen tridimensional, se puede generar también una imagen portal proyectada reconstruida para reproducir los detalles del esqueleto dentro del cuerpo con el fin de simular la misma dirección del haz en el espacio físico. Una correlación o diferencia en el posicionamiento de la imagen portal comparadas con la imagen portal reconstruida dará también información sobre las correcciones de traslación y rotación para el posicionamiento del paciente en la mesa 11 con respecto a la máquina del LINAC (colimador 5) con objeto de llevar a estas dos vistas de imagen portal a una coincidencia más exacta. Esto puede dar valores incrementales de X, Y, y Z para ajustar adicionalmente el punto luminoso de diana deseado al isocentro. A título de referencia, véase el artículo titulado "Inspección automática en línea de configuración de paciente en terapia de radiación usando imágenes portal", por Gulhuijs, K.G.A., y VanHerk, M., Med. Phys., 20 (3) mayo/junio 1993.

Se ha mostrado también en la Figura 6 el sistema electrónico y ordenador para el proceso de imagen portal indicado como un bloque 124. Este procesador desarrolla datos del detector 85 de imagen portal para entregar vistas proyectadas bidimensionales a través de la anatomía del paciente. Estos datos, con información de imagen, se suministran entonces al ordenador 114 de fusión de imagen para permitir la correlación de imagen con respecto a las imágenes portal reconstruidas del ordenador 35 de datos de imagen. Con la determinación de la fusión de imagen en el ordenador 114 se obtienen de ese modo parámetros de control que se envían al bloque 38 para activar el movimiento ajustado del paciente.

Refiriéndose a la Figura 7, se muestra en ella otra realización de acuerdo con el presente invento para proporcionar posicionamiento de diana y de paciente. Un detector ultrasónico 130 (centro) crea datos de imagen ultrasónica dentro de un campo de imagen indicado por las líneas de trazos 133A y 133B. Dentro de este campo se detecta una imagen de anatomía interna y se procesa mediante un correspondiente procesador ultrasónico 135. Esto puede incluir una presentación visual de la imagen real. Dichas imágenes ultrasónicas se usan comúnmente en equipos clínicos, por ejemplo en el equipo fabricado por Aloka Coreporation de Wallingford, Connecticut.

Los marcadores de referencia 131A, 131B y 131C se han fijado al escáner ultrasónico 130 para que el sistema C4 de cámaras pueda detectar en tres dimensiones la orientación de la unidad ultrasónica con respecto al paciente P. Se pueden instalar otros marcadores de referencia en el cuerpo del paciente tal como el marcador 20 para que también coincida la anatomía del cuerpo. De ese modo se puede identificar un punto 44 de diana, y como su posición es conocida en el espacio de coordenadas de la memoria 130 de imágenes ultrasónicas, y dado que la posición de la memoria 130 de imágenes ultrasónicas es conocida en el espacio de coordenadas de la cámara 16, entonces se puede conocer la posición del punto 44 de diana mediante la conversión apropiada en el espacio de coordenadas de la cámara 64.

Se puede determinar también un volumen 45 de diana mediante el detector ultrasónico 130. Por tanto, se podría determinar también su posición tridimensional en el espacio de coordenadas tridimensionales del sistema C4 de cámaras. Esto, entonces, ilustra un ejemplo de un escáner de imágenes en tiempo real para proporcionar un posicionamiento actualizado de órganos y tumores internos. El uso en tejidos blandos tales como los de la próstata, la mama, la cabeza y el cuello, la laringe, el hígado, etc., puede permitir la realización de correcciones a la desviación de un órgano que podría producirse a partir de una exploración inicial por CT, MR u otro tipo. El ordenador 136 puede comparar o fundir imágenes de las imágenes actuales ultrasónicas procedentes del procesador 135 a datos históricos de exploración y/o datos de posición de cámara para realizar correcciones de posición del cuerpo. Las correcciones de posición y la presentación visual de interfaz por los controles 38 del LINAC y la presentación visual 39 son similares a los ejemplos dados anteriormente para trasladar la diana 44 al isocentro 7 del haz 6 del colimador 5 del LINAC. Un ejemplo similar a éste podría sustituir a un escáner interoperativo de CT o MR para la imagen ultrasónica, con los marcadores ópticos de referencia fijados análogamente al escáner interoperativo de CT o MR.

Con referencia a la Figura 8, otra realización de acuerdo con el presente invento ilustra el uso de múltiples cámaras de vídeo para reposicionar el cuerpo sobre una mesa de tratamiento por radiación o una mesa con simulador. Las cámaras 140A, 140B, 140C, y 140D ven el cuerpo del paciente desde una variedad de orientaciones. En esta realización podrían existir más o menos cámaras de vídeo. En una disposición particular, las cámaras 140B y 140D son colineales y opuestas, viendo a lo largo de un eje central 142. La cámara 140A ve a lo largo de un eje principal separado 143, que podría ser ortogonal al eje 142. La cámara 140C podría estar viendo desde un eje oblicuo 144. Los ejes 142, 143, y 144 podrían prealinearse para intersecar en un punto 141. Por ejemplo, el punto 141 se podría precalibrar al isocentro del LINAC.

El colimador 5 tiene un eje central 6 (haz) que también puede atravesar el punto 141 como el isocentro del haz de radiación así como las vistas de la cámara. No es necesario que todos los ejes de las cámaras tengan ejes coincidentes. Se podrían ajustar en direcciones arbitrarias y calibrar con respecto al espacio de coordenadas de la máquina de tratamiento o del escáner de una manera descrita en relación con la Figura 10 que se describe más adelante. Mediante la precalibración, la posición del isocentro 141 se podría conocer virtualmente en el espacio de coordenadas de cámara de cada una de las cámaras y en cada una de las vistas de las cámaras. Esto podría ser conveniente, dependiendo de los ajustes clínicos y de la configuración del tratamiento y del paciente. Una de las cámaras podría también estar siguiendo la posición de la mesa 11 y otra cámara podría seguir la geometría del colimador 5 y las especificaciones del espacio y compartimento del LINAC. Las cámaras podrían tener una calibración conocida en el espacio tridimensional del compartimento. A continuación se muestra un ejemplo de un procedimiento y sistema de calibración.

En la Figura 8 se muestran también las posiciones de marcador de referencia 20, 21, 23, 145, 146, y la línea de referencia 60. Similarmente a la descripción anterior, estos marcadores podrían ser marcadores radio-opacos o marcadores visibles de MR que pueden "ver" en los datos de exploración de imagen. Su posición se podría referenciar sobre el cuerpo mediante marcas de tinta, tatuajes, o líneas que fuesen visibles por las cámaras de vídeo 140A, 140B, 140C, y 140D. Los marcadores de referencia 20, 21 y 23 podrían ser objetos discretos o geométricos similares a los descritos anteriormente colocados en posiciones sobre la superficie superior o anterior del cuerpo. Los marcadores 145 y 146 podrían ser marcadores múltiples sobre la parte lateral del cuerpo. Similarmente, objetos geométricos tales como tiras, triángulos, o dibujos reconocibles de líneas o formas, ilustrados en la presente memoria a título de ejemplo como objetos lineales 60, se podrían colocar análogamente de tal manera que fuesen visibles a una o más de las cámaras al mismo tiempo. Estos marcadores se podrían usar según se describe más adelante para proporcionar puntos de referencia con el fin de correlacionar las imágenes reales de vídeo del cuerpo con representaciones o simulaciones reconstruidas de vídeo del cuerpo basadas en datos de exploración de imagen.

La señal electrónica de salida de las cámaras 140 se podría procesar por sistemas electrónicos de vídeo, indicado por el procesador del bloque 34 en la Figura 8. El procesador 34 proporciona señales de alimentación de energía y señales estroboscópicas a las cámaras de vídeo. Los datos de salida de las cámaras de vídeo generan señales electrónicas para una unidad de presentación visual 150 que incluye un comparador, software de presentación visual y un dispositivo de presentación visual. tal como un tubo de rayos catódicos (en adelante TRC). Las vistas reales de vídeo del cuerpo del paciente sobre la parte superior de la mesa 11 de tratamiento se pueden reducir a presentaciones visuales digitales en una relación calibrada en función de su amplificación, de la relación con el punto isocentro 141, y de la relación con otros puntos del espacio tridimensional del compartimento de tratamiento/diagnóstico.

El bloque 35 de la Figura 8 proporciona los datos de exploración de imagen tomados de CT, MR, ultrasonidos, rayos X, PET, simulador, u otras modalidades. Estos datos se introducen como entrada en un ordenador de planificación 36 y se usan para determinar dianas, haces, etc., según se ha descrito anteriormente. La anatomía externa del cuerpo del paciente, es decir, la piel, se puede reproducir como una superficie tridimensional en el espacio de los datos de imagen mediante el ordenador 36 (véase por ejemplo el sistema de planificación XKnife de Radionics, Inc., Burlington, Massachussets). Los datos de exploración de imagen pueden incluir también tanto ubicaciones de los puntos de marca 20, 21, 23, 145, 146, como objetos de marca tales como 60 mediante el uso de marcadores apropiados de referencia visibles en la exploración colocados en estas posiciones durante la exploración de imágenes. Asimismo, se pueden desarrollar vistas proyectadas o vistas reconstruidas simuladas de dichas reproducciones tridimensionales mediante el ordenador de planificación 36 para simular vistas de vídeo desde cualquier dirección. Similarmente, se pueden desarrollar en el ordenador 36 posiciones proyectadas de los marcadores de referencia de escáner sobre las vistas reconstruidas bidimensionales para cada cámara de vídeo. Dichas vistas reconstruidas de vídeo en las direcciones de los ejes 142, 143, y 144 se crean mediante el ordenador 36 basándose en los datos de exploración de imagen en coordenadas de exploración de imagen.

El punto seleccionado (o puntos seleccionados) de diana tal como el 44 o un volumen 45 de diana se contornea y segmenta por el médico de clínica en el ordenador 36. Las vistas de vídeo proyectadas reconstruidas en dos dimensiones, que incluyen posiciones proyectadas de diana para la diana 44 y el volumen 45 de los datos de imagen tridimensionales se pueden introducir como entrada en un sistema comparador 150, que podría ser el mismo ordenador 36 o un ordenador separado con medios de presentación visual gráfica. Así, en el ordenador/comparador 150, los datos de entrada de las vistas reales de vídeo y los datos de vistas de vídeo reconstruidas se pueden comparar, mezclar, realizar la fusión de imágenes, o reproducir en forma contemporánea. De este modo, se podría ver la posición del punto de diana 44 o del volumen 45 del espacio de exploración de imagen con respecto al espacio de coordenadas de las vistas de cámara. Asimismo, la vista proyectada del isocentro 141 se puede presentar visualmente en cada vista de vídeo de tal manera que el operador pueda determinar la traslación (o traslaciones) de la mesa o del paciente dentro de cada una de las vistas para llevar al punto de diana 44 seleccionado a la coincidencia con el punto isocentro 141. Dichas traslaciones se pueden representar como salida del sistema comparador 150 al, por ejemplo, sistema 38 de control de LINAC o de diagnóstico. Los controles del LINAC/escáner pueden proporcionar señales al sistema 151 de motor de mesa para permitir la traslación en las direcciones X, Y, Z de la mesa con el fin de mover la diana 44 a la coincidencia física con el haz de rayos X o con el isocentro 141 de imagen. Cuando se ha hecho así, los haces de rayos X procedentes del colimador 5 convergerán en el isocentro, y por tanto en el punto de diana. Para un LINAC, se puede descargar la dosimetría desde el ordenador de planificación 36 por medio de la orientación y forma de colimador apropiadas del colimador de LINAC 5. El control de la posición de la mesa, movimiento del pórtico, configuración del haz (por ejemplo un colimador multilámina o un colimador de haz conformado), así como los datos para grabar y verificar el sistema, se pueden entregar como salida del sistema 38 de control de LINAC. El proceso de posicionamiento de paciente, monitorización, realimentación de posición, descarga de dosis, y desplazamiento angular de los haces se puede realizar manualmente o por control automático.

Refiriéndose a la Figura 9, se muestran imágenes ejemplares que se podrían entregar desde el ordenador comparador y medios 150 de presentación visual y software. Estas podrían ser vistas en una pantalla de gráficos de ordenador, TRC, pantalla de cristal líquido, u otros medios de presentación visual o, alternativamente, entregar como salida gráfica por impresión. En la Figura 9A, la línea llena 154 representa el contorno proyectado del torso del paciente, visto, por ejemplo, por la cámara 140A de la Figura 8. Podría representar la imagen directa de vídeo del cuerpo del paciente sobre la mesa 11. Se podría mejorar mediante iluminación apropiada, exploración estructurada de luz, haz de láser pasado sobre la superficie, iluminación con infrarrojos, o simplemente iluminación natural. El punto 158 podría representar la posición del isocentro 141 de haz según se ha proyectado en el plano de visión de la cámara 140A. Las cámaras se podrían precalibrar antes de la configuración de tal manera que la posición proyectada del punto isocentro 158 se pueda calibrar dentro de este campo de visión de la cámara 140A.

La línea de trazos 155 representa el límite del contorno externo del cuerpo desde la vista proyectada reconstruida obtenida a partir de los datos anteriores de exploración de imagen a lo largo de un eje paralelo al eje 143. Las líneas de trazos 155 representan entonces un contorno generado por ordenador de la proyección externa del cuerpo del paciente para simular la línea de límite real 154 de vídeo. La no coincidencia de la línea de trazos 155 comparada con la línea llena 154 de la Figura 9A representa el grado de cambio en traslación o de movimiento de cuerpo necesario para llevar a las líneas a su coincidencia. La posición proyectada 156 de diana y el contorno 157 del volumen se muestran en las vistas de vídeo reconstruidas basándose en datos de generación de imágenes.

En la Figura 9A se muestran también las posiciones 220, 221, 223, y 260 de marcadores ópticos geométricos discretos de referencia detectables por la cámara 140A que están situados en las posiciones correspondientes a los marcadores 20, 21, 23 y 60 de la Figura 8. Estas pueden ser las posiciones de los marcadores discretos geométricos de escáner de referencia colocados en el cuerpo durante la fase de exploración y la recogida de datos de imagen. En la vista reconstruida de los datos de exploración de imagen de acuerdo con la dirección de la cámara 140A, las posiciones de los objetos 230, 231, 233 y 270 corresponden a las vistas proyectadas reconstruidas de los marcadores de referencia de escáner, como se ve en los datos de imagen. Para lograr una alineación correcta de las proyecciones reconstruidas de exploración de imagen con las proyecciones de vídeo actuales, los marcadores 230, 231, 233 y 270 deberían coincidir en el espacio de coordenadas de cámara con las coordenadas de marcador de cámara correspondientes a los marcadores ópticos de referencia 220, 221, 223 y 260.

La Figura 9B ilustra el resultado de una traslación por ordenador de la línea de trazos 155 hasta coincidir con la línea llena 154 de la Figura 9A. En la Figura 9B, la línea de trazos 155A (que es el elemento analógico trasladado y/o girado de la línea de contorno externo 154 de la Figura 9A) está situada ahora muy cerca de la línea de contorno llena de imagen de vídeo de la superficie externa 154. La operación de llevar a coincidir a las dos líneas 154A y 155A puede hacerla manualmente el operador mediante el manejo de la presentación visual en 150, o bien puede hacerse automáticamente mediante un algoritmo matemático en 150 que reconoce las dos líneas y funde sus imágenes mediante una aproximación de minimización de línea, un algoritmo de chaflán, o un proceso de ajuste de curvas. Esto daría lugar, por tanto, a un posicionamiento virtual del punto de diana 156A y del contorno de volumen 157A seleccionados con respecto a la línea real 154 de proyección de vídeo. Una vez realizada esta coincidencia, se pueden determinar entonces las desviaciones correspondientes de traslación \DeltaX y \DeltaZ, como se muestra en la Figura 9B, a partir de la presentación visual o de la salida de ordenador de 150. De ese modo, \DeltaX y \DeltaZ corresponden a las traslaciones de la mesa 11 de la Figura 8 requeridas para llevar al punto de diana seleccionado 156A a la coincidencia con el punto isocentro 158 visto en la proyección paralela al eje 143. En este ejemplo, el paciente yace en una posición sustancialmente horizontal sobre la parte superior de la mesa 11 en una posición similar a la orientación del paciente sobre una mesa de TC, por ejemplo, donde se ha establecido una horizontal. De lo contrario, se puede establecer matemáticamente una secuencia de rotaciones y traslaciones para establecer una coincidencia similar de punto de diana con el punto isocentro para vistas de múltiples cámaras.

En la situación en la que se usen marcadores de referencia no naturales de escáner, tales como los elementos 20, 21, 23 y 60 de la Figura 8, podría ser conveniente usar las coordenadas de marcador de cámara en las vistas bidimensionales proyectadas para estos elementos, como se muestra en la Figura 9A, para producir la traslación y/o la rotación del cuerpo del paciente de tal manera que coincidan la imagen de vídeo y la imagen de vídeo reconstruida (a partir de los datos de imagen). En la Figura 9B se muestra la coincidencia resultante de las coordenadas reconstruidas de marcador de escáner como proyectadas en las vistas de cámara de vídeo con las coordenadas de marcador de cámara de los marcadores ópticos de referencia detectadas por las propias cámaras. En este caso la traslación y/o rotación del cuerpo es tal que las coordenadas 220, 221, 223, y 260 de marcador de cámara coinciden con las posiciones reconstruidas de los marcadores 230A, 231A, 233A y 270A de referencia de escáner. El uso de dichos objetos geométricos podría tener ciertas ventajas cuando los niveles y circunstancias de iluminación hacen difícil la visualización de los límites externos de la anatomía del paciente para la fusión de imágenes a los límites externos reconstruidos, como se ha descrito anteriormente. Se podría usar cualquiera de los dos métodos que resulte ventajoso de acuerdo con una situación clínica determinada.

Con referencia a la Figura 9C, una vista proyectada del contorno 160 de superficie de vídeo según se ve desde la cámara de vídeo 140B se lleva a coincidir con una vista reconstruida de vídeo desde la dirección 142 según se ha determinado en el ordenador 36 de planificación de tratamiento. El contorno externo del cuerpo del paciente se ha indicado por la línea de trazos 161. La desviación matemática apropiada del contorno externo de planificación de tratamiento se ha hecho en 150 con el fin de llevar a coincidir estos contornos proyectados de superficie, según se ha expuesto en relación con las Figuras 9A y 9B. Además, la posición de diana 162 y el volumen 164 de diana para tratamiento se pueden reproducir en la vista bidimensional proyectada de los datos tridimensionales a partir de la exploración de imagen, y éstos se muestran también en la Figura 9C en relación con el contorno real 160 de vídeo. Las distancias de componentes

\DeltaX y \DeltaZ corresponden similarmente a las traslaciones de mesa para hacer que el punto de diana 162 coincida con el punto isocentro proyectado 159.

Como una alternativa, o adicionalmente, se han mostrado también en la Figura 9C los marcadores ópticos de referencia 245 y 246 correspondientes a los marcadores de referencia de escáner colocados en las ubicaciones 145 y 146 mostradas en la Figura 8. Las coordenadas de marcador de escáner para estos marcadores de referencia de escáner se pueden desarrollar en datos de exploración de imagen, según se ha expuesto anteriormente, y entregarse desde el ordenador de tratamiento de datos o de planificación de tratamiento como coordenadas reconstruidas de marcador de escáner o como conjunto de coordenadas, según se ha ilustrado por los círculos 255 y 256, mostrados en coincidencia en la Figura 9C con las posiciones 245 y 246 de marcador de referencia óptico. Se puede ver que, para las diversas vistas de las cámaras 140A, 140B, 140C, y 140D del ejemplo de la Figura 8, la ubicación de dichos marcadores de referencia ópticos correspondientes a posiciones de marcador de referencia de escáner se puede situar convenientemente en las superficies frontal, lateral u oblicua de la anatomía de un paciente para este fin.

Nótese que, en algunas circunstancias, dichos marcadores de referencia de escáner y dichas posiciones de marcador de referencia óptico podrían ser convenientes para el reposicionamiento de vídeo en tiempo real del cuerpo de un paciente, como se ha ilustrado en el ejemplo de la Figura 8 y de la Figura 9. Esto podría ser una alternativa a - o un aumento de - un contorno puramente externo o proyección bidimensional de contorno de superficie o de un acoplamiento de contorno de superficie tridimensional de marcas anatómicas naturales.

El ejemplo de las Figuras 8 y 9 ilustra un aparato y método que está de acuerdo con el presente invento que no requiere que se coloquen marcadores predeterminados de confianza en la anatomía externa o el uso de iluminación con luz estructurada. En la situación en la que no se usen marcadores de referencia de escáner, el sistema y el método del presente invento pueden basarse en marcas naturales tales como contornos de superficie o bordes de superficies externas del cuerpo para llevarlos a coincidir en una vista virtual de datos de imagen comparada con una vista real de vídeo de la escena real. El aumento en el número de cámaras desde muchos ángulos de visión tales como la cámara 140C en un ángulo 144 de visión oblicua aumenta los datos de entrada sobre la superficie externa real. La conjugación correspondiente o fusión de superficies de la superficie reconstruida de los datos de exploración de imagen a los datos sobre la superficie de vistas de cámaras múltiples mejora con el aumento en el número y vistas de cámara. El número de cámaras y el grado de dicha coincidencia podrían depender de las circunstancias clínicas y de la región particular del cuerpo que se esté tratando. Dicha coincidencia podría tener aplicación en el cráneo, cabeza y cuello, torso, abdomen, y pelvis, o incluso en el extremo de una extremidad para tratamiento usando irradiación de haz externo o para diagnóstico usando un escáner de CT, de MRI, u otro tipo de escáner. En este sentido, se hace referencia al uso de cámaras de vídeo en un compartimento de planificación de tratamiento en la comunicación realizada por B.D. Milliken, y colaboradores, titulada "Prestaciones de un sistema posicionador de pacientes basado en sustracción de imagen", Int. J. Radiation Oncology Biol.. Phys., Volumen 38, páginas 855-866,
1997.

Refiriéndose a la Figura 10, se muestra un aparato para calibrar un sistema de cámaras a la posición del isocentro y ejes principales de una máquina de planificación de tratamiento, un escáner de imagen, o un simulador. El sistema C4 de cámaras está situado para ver el campo de tratamiento o de formación de imágenes. Los generadores de láser 160A, 161 y 162 están situados para enviar haces de láser 160A, 161A, 162A para converger en un punto común. Este punto, por ejemplo, podría ser el isocentro de un LINAC. Alternativamente, los generadores de láser podrían lanzar láminas de luz en planos que incluyen al isocentro. En el isocentro está situado un objeto marcador 170, que podría ser una fuente de luz, una luz emisora de globo, una fuente luminosa de LED, una esfera retrorreflectante, un objeto geométrico reflectante, un objeto con un modelo geométrico específico de líneas, cruces, rombos, otros objetos, etc., que indicarían la posición de la intersección de los haces de láser y por tanto la posición del isocentro. El sistema C4 de cámaras detecta el campo que incluye al objeto 170. Como esto se puede registrar en los datos de salida de las cámaras de vídeo, lo cual se procesa mediante una cámara CCD o un sistema electrónico que procese cámaras de vídeo y el ordenador 177, entonces se determinan de ese modo los datos electrónicos correspondientes a la posición tridimensional del objeto 170. El procesador 177 de cámara puede guardar esa posición, y cuando se quita el objeto 170 y en su lugar se coloca al paciente, el procesador 177 puede referir todos los demás puntos tridimensionales en el espacio con referencia a él. De este modo, el sistema 16 de cámaras se calibra con respecto a su espacio de coordenadas tridimensionales y con respecto al punto correspondiente al isocentro donde está colocado el objeto 170. El objeto 170 podría pre-alinearse y calibrarse con los haces de láser 160A, 161A, 162A mediante una serie de medidas de detección de luz antes de la calibración de la cámara. (Como referencia, véase la Norma mecánica de Isocentro MIS del sistema XKnife por Radionics, Inc., Burlington, Massachussets).

En la Figura 10 se muestran también las cámaras de vídeo 140A, 140B, y 140D, que son análogas a las usadas en la realización de la Figura 8 de acuerdo con el presente invento. Estas cámaras podrían constituir una alternativa o una amplificación del sistema 16 de cámaras de acuerdo con las necesidades clínicas. Las cámaras 140A, 140B y 140D se muestran en este ejemplo colineales con los generadores de láser 160, 161 y 162 sólo a título ilustrativo. De hecho, las cámaras de vídeo y los generadores de láser podrían estar muy próximos entre sí, o bien los generadores de láser se podrían descargar colinealmente con las cámaras por medio de prismas escindidos o espejos de división de haz de tal manera que los generadores de láser por sí mismos no obstruyan la vista de las cámaras. La estructura 174 de calibración podría tener marcadores adicionales visibles en vistas laterales tales como 172, 173, y 175 para dar una perspectiva y calibración de amplificación para las cámaras laterales 140B y 140D. Las cámaras de vídeo 140A, 140B y 140D se podrían usar para reposicionar contornos laterales del paciente o para desarrollar datos de vídeo de marcadores de referencia ópticos con el fin de producir coordenadas de marcador de acuerdo con la descripción anterior. Con tres o más puntos no colineales en cualquier proyección de cámara, se puede desarrollar el uso en perspectiva de las cámaras, por lo que se podría hacer la calibración de las cámaras con respecto a, por ejemplo, el isocentro de un acelerador lineal e introducirse en el ordenador 178 de posicionamiento de la Figura 10.

Asimismo, para calibrar los ejes de láser en el espacio de coordenadas de las cámaras, se colocan otros objetos tales como 171, 172 y 173 en posiciones conocidas con respecto a estos ejes, y también son detectados por el sistema C4 de cámaras. De nuevo el procesador 177 de cámara puede registrar estos datos y determinar en su marco estereoscópico de coordenadas tridimensionales la posición de los puntos de eje 171, 172 y 173 así como el punto origen 170. De este modo, el sistema de coordenadas tridimensionales asociado con una máquina de exploración de imágenes, un simulador o una máquina de tratamiento, se puede calibrar y convertir al sistema de coordenadas tridimensionales de la cámara 16.

Se podría conectar también un ordenador 178 de proceso al procesador 177 de cámara con el fin de guardar dicha información espacial y para registrar otros puntos tridimensionales que podrían entrar en el campo de visión de las cámaras con respecto al sistema convertido de coordenadas como se ha descrito anteriormente. Cuando se coloca a un paciente en una mesa de tratamiento de LINAC con un conjunto 16 de cámaras calibradas y con un registro apropiado o unos marcadores de referencia sobre el paciente y el aparato de LINAC, entonces todos los objetos físicos tales como el cuerpo del paciente, la mesa de tratamiento, y el colimador 5 del LINAC se pueden detectar y representar gráficamente en el sistema de coordenadas definido por el isocentro y los ejes de láser. El uso de generadores de láser ortogonales es común en las configuraciones modernas de tratamiento con LINAC.

La Figura 11 ilustra otra realización de acuerdo con el presente invento en la que el uso del seguimiento de cámaras del paciente y de los aparatos está asociado con un aparato de exploración de imagen según se ha descrito anteriormente. Lo mismo que en la descripción anterior en relación con las figuras precedentes, el paciente P está encima de una parte superior de mesa 11. La parte superior de mesa 11 puede tener movimiento en las direcciones X, Y y Z, o bien, en el caso de algunas cámaras de TC solamente, movimiento en las direcciones vertical y longitudinal, Y y Z. La parte superior de mesa 11 tiene marcadores ópticos de referencia, dibujos, objetos geométricos, u otras estructuras identificables indicadas por 30, 31 y 32. El aparato asociado 191 se ha mostrado como un escáner toroidal como por ejemplo un escáner de TC, MRI, o PET. Este podría ser un imán de MRI en forma de C u otra configuración de dispositivo de exploración de imagen. Típicamente, se usan campos de rayos X o campos electromagnéticos que emanen del aparato 191 para exploración por TC o MRI para realizar una exploración volumétrica o tomográfica en el paciente. Estos campos se han ilustrado esquemáticamente mediante la línea de trazos tal como la 192. De acuerdo con la descripción anterior, los marcadores ópticos de referencia o los puntos de confianza, ilustrados por ejemplo mediante los objetos 20, 21 y 23, se colocan sobre o próximos a la piel del paciente. Como se ha expuesto anteriormente, estos objetos podrían ser marcas naturales, o bien otros objetos geométricos tales como esferas, discos, placas de modelo, etc. Son visibles cuando el paciente está en posiciones determinadas con respecto al campo de visión de la cámara 16. En la Figura 11, solamente se ha mostrado un sistema C5 de dos cámaras que incluye las cámaras 17 y 18. Existe un aro anular 17A y 17B emisor de luz alrededor de las cámaras en el caso de que se usen marcadores reflectantes de referencia óptica en el paciente o en el aparato. En los escáner de TC, MR, PET o en el aparato 191 son los marcadores de referencia 40A, 40B, y 40C, y podrían ser más según se necesite. Son también "visibles" para el sistema C5 de cámaras. Por tanto, la ubicación del aparato de generación de imágenes con respecto al paciente se puede determinar en el espacio de coordenadas tridimensionales del sistema C5 de cámaras. El procesador 177 de vídeo o de cámara está integrado con el controlador 178 de sistema comparador o de mesa y/o acoplado a un sistema 36 de planificación de tratamiento de acuerdo con la descripción anterior. A partir de datos anteriores de exploración de imagen, se podría haber identificado una diana 44 en el cuerpo del paciente. Podría desearse, de acuerdo con las necesidades clínicas, que fuese necesaria una nueva exploración por ejemplo en la sala de operaciones o en el compartimento de tratamiento para establecer el volumen de tejido próximo a la diana 44 determinada históricamente. La máquina de exploración de imagen podría tener un punto de referencia indicado en la Figura 11 por el punto 187. Éste podría ser, por ejemplo, el punto de convergencia nominal de los rayos X en un escáner de TC o algún punto geométrico calibrado en el espacio de un volumen de reconstrucción de un escáner de MRI. Alternativamente, podría ser simplemente un punto arbitrario que se determinase mediante un proceso de calibración dentro del espacio de coordenadas del escáner de imagen o sobre el escáner de imagen. Se puede precalibrar o determinar una relación entre este punto de referencia 187 y el aparato externo 191 y sus correspondientes puntos de referencia óptica 44A, 44B y 44C, y por tanto el sistema 16 de cámaras podría tener en su memoria, o directamente a la vista, una determinación de dónde el punto de referencia 187 está relacionado con otros objetos tales como el cuerpo del paciente y sus correspondientes marcas de referencia 20, 21 y 23.

Según un ejemplo ilustrado, se podría haber explorado a un paciente para determinar la posición de un tumor en el cuerpo o en el cráneo. Basándose en esta información y en un procesador de planificación de tratamiento tal como el 36, se podría planificar una operación quirúrgica u otra intervención. Es posible que se desease determinar, por ejemplo, el grado del tumor cuando se esté realizando la resección. En esta situación, se podría colocar un escáner de TC, MR, PET u otro tipo de escáner en o cerca del quirófano, y durante la intervención quirúrgica se requiere una exploración del paciente en o alrededor de la región donde se identificó el tumor mediante la obtención anterior de imágenes, y/o alrededor de la región en la que el cirujano está reseccionando. En ese caso, el uso del sistema de seguimiento óptico como en la Figura 11 junto con un conocimiento de un punto (o de unos puntos) de referencia 192 en dicho escáner interoperativo permitiría al médico de clínica mover la región 44 de diana predeterminada o la posición 44 de diana determinada interoperativamente hasta una región próxima al punto de referencia 187 de tal manera que las exploraciones de TC, MR, etc. aportasen una información significativa para su actualización o cirugía. El uso del sistema de controlador 178 acoplado a la parte superior de la mesa 11 y el acoplamiento de los otros controles al escáner de imagen, por ejemplo la lectura/movimiento de la mesa, seguiría a lo largo de la descripción anterior en relación con las figuras anteriores.

En la Figura 11 se muestra también un aro 194 de cabeza fijado a la cabeza de un paciente. El aro de cabeza es similar, por ejemplo, a un aro de cabeza estereotáctico CRW fabricado por Radionics, Inc., Burlington, Massachussets, o un apoyo de cabeza Mayfield fabricado por Ohio Medical, Cincinnati, Ohio. Este aro de cabeza podría llevar marcadores de referencia 195, 196 y 197 de tal manera que su posición se pudiera seguir mediante el sistema 16 de cámaras, y por tanto conocerse la posición de la cabeza con respecto al punto de referencia 187. Además, mediante la detección de estos marcadores de referencia en el aro de cabeza y también mediante el conocimiento de la posición del movimiento de la parte superior de la mesa 11 a partir de marcadores de referencia de mesa tales como 30, 31 y 32, se puede llevar la anatomía craneana del paciente a la región del escáner de una forma cuantificable mediante los movimientos apropiados de la parte superior de la mesa 11.

Como resultará aparente a los expertos en la técnica, el sistema y el proceso descritos anteriormente podrían tomar muchas formas, con una multitud de variaciones a realizar por los expertos en la técnica y de acuerdo con el presente invento. Por ejemplo, son posibles muchas variaciones de la forma, número, posicionamiento y calibración relativa de las cámaras. Diversos tipos de máquinas de tratamiento tales como los LINAC, los aceleradores de protones, las máquinas ultrasónicas, los dispositivos interventores de radiofrecuencia, los aparatos estereotácticos de intervención de todos los tipos, así como las máquinas para diagnóstico tales como escáners de TC, MR, PET, ultrasonidos, y MEG pueden sustituirse como el aparato de las realizaciones anteriores. Se pueden usar una variedad de marcadores de referencia, ya sea fijados en superficie, implantados, o del tipo de área geométrica, bandas para piel, estructuras lineales y geométricas pegadas a la piel con cinta, etc., como elementos de referencia durante la obtención de imágenes históricas y el posicionamiento para tratamiento o diagnóstico. Se pueden usar diversas etapas de proceso para implementar el posicionamiento de diana en el paciente y el movimiento del paciente para llevar a una región anatómica a una relación deseada o con respecto a una posición o volumen predeterminados dentro de la máquina de tratamiento o diagnóstico.

Claims

1. Un sistema para la ubicación del cuerpo de un paciente con puntos espaciales en un aparato de tratamiento o de diagnóstico en coincidencia con datos de imagen procedentes de un escáner de imagen, cuyo escáner de imagen tiene un marco de coordenadas de escáner y proporciona los datos de imagen de al menos una parte de dicho cuerpo del paciente explorado por dicho escáner de imagen a un sistema de ordenador para generar unas coordenadas de marcador de escáner en el marco de coordenadas de escáner de los marcadores de referencia de escáner situados en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, y para generar unas coordenadas de diana de escáner en dicho marco de coordenadas de escáner de al menos una diana en dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, cuyo sistema comprende:

un sistema de ordenador (37) para tratar los datos de cámara y los datos de imagen procedentes del escáner de imagen;

un sistema (C) de cámaras que comprende dos o más cámaras (17, 18, 19), cada una de las cuales tiene un campo de visión que comprende al menos una parte del cuerpo del paciente situado en el aparato de tratamiento o de diagnóstico, cuyo sistema de cámaras indiza las posiciones de los puntos espaciales dentro del campo de visión, teniendo al menos un punto (7) de referencia en una posición conocida con respecto a dicho aparato de tratamiento o de diagnóstico con coordenadas de referencia que son conocidas en dicho sistema de cámaras, cuyo sistema de cámaras proporciona datos de cámara al sistema de ordenador para generar coordenadas de marcador óptico en el marco de coordenadas de cámara de los marcadores ópticos de referencia (20, 21, 23, 24) detectables por dicho sistema de cámaras en el campo de visión situadas en la misma posición sobre el cuerpo de dicho paciente que dichos marcadores de referencia de escáner, y por lo cual dichas posiciones de dichos marcadores ópticos de referencia son conocidas con respecto a dicho al menos un punto de referencia;

medios de conversión asociados con dicho sistema de ordenador para convertir dichas coordenadas de marcador de escáner a dichas coordenadas de marcador óptico, y por los cuales dichas coordenadas de diana de escáner se convierten a coordenadas de diana de cámara de tal manera que se determine la posición de dicha al menos una posición de diana con respecto a dicho al menos un punto de referencia de dicho aparato de tratamiento y diagnóstico, caracterizado porque:

dichos marcadores ópticos de referencia (20, 21, 23, 24) son objetos con modelos geométricos que son detectables por dicho sistema de cámaras para proporcionar coordenadas de marcador de cámara.

2. El sistema de la Reivindicación 1, en el que dicho escáner de imagen es un escáner de tomografía computerizada (en adelante TC) y dichos marcadores de referencia de escáner son marcadores radio-opacos que están destinados a fijarse a dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente y que tienen posiciones que son detectables en dichos datos de imagen.

3. El sistema de la Reivindicación 1, en el que dichos marcadores ópticos de referencia son objetos emisores de luz que están destinados a fijarse a dicha al menos una parte de dicho cuerpo de paciente, y emiten luz detectable por dicho sistema de cámaras para producir datos detectables de cámara representativos de dichas coordenadas de marcador de cámara.

4. El sistema de la Reivindicación 1, en el que dicho aparato de tratamiento o de diagnóstico es un acelerador lineal (en adelante LINAC) (L) y dicho punto de referencia es un isocentro (7) de radiación de haces de radiación procedentes de dicho LINAC.

5. El sistema de la Reivindicación 1, en el que dicho aparato de tratamiento o de diagnóstico es un aparato de exploración de imagen para diagnóstico y en el que dicho punto de referencia es un punto determinable dentro de un intervalo de adquisición de imagen del aparato de exploración de imagen para diagnóstico.