ES2281097T3 - Sistema digital de formacion de imagenes mediante un haz de protones. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA DE DETERMINACION DIGITAL DE IMAGENES CON HACES DE PROTONES QUE COMPRENDE UNA FUENTE DE RAYOS X QUE SE PUEDEN DESPLAZAR EN LA TRAYECTORIA DEL HAZ DE TRATAMIENTO Y QUE PERMITE GENERAR UN HAZ DE RAYOS X EN UNA REGION DEL CUERPO DE UN PACIENTE. UN RECEPTOR DE RAYOS X RECIBE EL HAZ DE RAYOS X QUE HA ATRAVESADO DEL CUERPO DEL PACIENTE Y GENERA FOTONES QUE CORRESPONDEN A LA IMAGEN RADIOLOGICA. LOS FOTONES ESTAN DIRIGIDOS HACIA UNA CAMARA CCD TEC DE MANERA QUE GENERE UNA IMAGEN DE ORIENTACION DEL PACIENTE QUE REPRESENTA LA ORIENTACION DEL CENTRO DEL HAZ CON RELACION A UNOS PUNTOS DE REFERENCIA SELECCIONADOS DE LA ESTRUCTURA DEL ESQUELETO DEL PACIENTE. ESTE SISTEMA RECIBE TAMBIEN UNA IMAGEN DE PRESCRIPCION MAESTRA QUE REPRESENTA EL ISOCENTRO OBJETO CON RELACION A DICHOS PUNTOS DE REFERENCIA SELECCIONADOS DE LA ESTRUCTURA DEL ESQUELETO DEL PACIENTE. SI SE COMPARAN LAS POSICIONES RELATIVAS DEL CENTRO DEL HAZ EN LA IMAGEN DE ORIENTACION Y EL ISOCENTRO EN LAIMAGEN DE PRESCRIPCION MAESTRA CON RELACION A LOS PUNTOS DE REFERENCIA SELECCIONADOS, SE DETERMINA EL NUMERO Y EL SENTIDO DE LOS MOVIMIENTOS DEL PACIENTE PARA HACER CORRESPONDER EL CENTRO DEL HAZ CON EL ISOCENTRO OBJETO.

Description

Sistema digital de formación de imágenes mediante un haz de protones.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a sistemas de tratamiento con haces de partículas y, en particular, concierne a un sistema digital de formación de imágenes destinado a formar la imagen de una zona objetivo del cuerpo de un paciente, para determinar la posición del paciente respecto a un sistema de aplicación de un haz de partículas, de modo que permita ajustar la posición del paciente en una posición deseada.

Descripción de la técnica relacionada

Para tratar formas localizadas de cáncer, así como otras dolencias, se usa comúnmente radioterapia de partículas o tratamiento mediante radiación de partículas. Típicamente se emite por una boquilla una partícula atómica, p. ej., un electrón, un protón, un neutrón, o una partícula subatómica, tal como un rayo X, hacia una zona objetivo particular del paciente, a la que se suele aludir como isocentro objetivo. A continuación la partícula choca con las células de la zona objetivo del paciente y daña de este modo esas células.

Una forma de radioterapia particularmente útil es la terapia mediante un haz de protones, en la que los protones se dirigen a un isocentro objetivo situado en el interior del cuerpo de un paciente. La terapia con protones o protonterapia tiene la ventaja de que los protones muestran un fenómeno conocido como Bragg peak en el que una parte substancial de la energía del protón se libera a medida que se detiene el protón. Por consiguiente, seleccionando la energía inicial del haz de protones, pueden dirigirse los protones del haz de modo que se detengan en el isocentro objetivo, cediendo así una parte significativa de su energía a las células situadas en el isocentro objetivo. La protonterapia se usa actualmente en el Loma Linda University Medical Center, situado en Loma Linda, California, y el sistema usado en el Loma Linda University Medical Center está descrito con mayor detalle en la Patente de EE.UU. N.º 4.870.287.

Aunque en casos particulares la protonterapia tiene ventajas clínicas significativas sobre otros tipos de terapia, también requiere que el paciente sea situado con precisión respecto a la boquilla del haz de protones para que el haz de protones sólo se irradie en el isocentro objetivo. De lo contrario el haz de protones podría dañar células sanas del cuerpo del paciente. Esto es particularmente importante, por ejemplo, en tratamientos en los que el isocentro objetivo está situado en el cerebro del paciente. Aunque en la protonterapia es muy importante situar con precisión al paciente respecto a una boquilla, por supuesto también lo es en muchos otros tipos de radioterapia por razones similares.

Típicamente, el paciente que esté recibiendo la protonterapia recibe tratamientos periódicos, en los que se irradia repetidamente el isocentro objetivo con el haz de protones durante un amplio período de tiempo. Por ejemplo, un paciente puede recibir dosis diarias de terapia de radiación con protones durante todo un mes. Además, el isocentro objetivo suele irradiarse con un haz de protones desde diversos ángulos, cuando el haz de protones se aplica mediante un sistema de pórtico, tal como el sistema de pórtico descrito en la Patente de EE.UU. N.º 4.917.344 y en la Patente de EE.UU. N.º 5.039.057.

Para asegurarse de que el paciente esté situado con precisión respecto a la boquilla del haz de la protonterapia, inicialmente se determina la posición del isocentro objetivo respecto a uno o más mojones o puntos de referencia del cuerpo del paciente. Generalmente, los mojones están compuestos por puntos de la estructura esquelética del paciente y después se determina la posición del isocentro objetivo respecto a esos mojones. Una técnica empleada para determinar la posición del isocentro objetivo consiste en usar una radiografía reconstruida digitalmente (DRR). Específicamente, se hacen TAC de los pacientes usando técnicas bien conocidas. Estos TAC se ensamblan en la DRR y después se marca en la DRR la posición del isocentro objetivo, que contiene los tejidos afectados, p. ej. tumores y similares. Después pueden ensamblarse los ficheros de la DRR para mostrar imágenes del isocentro objetivo según distintas perspectivas.

Posteriormente, cuando el paciente está situado en un soporte, tal como el soporte descrito en la Patente de EE.UU. N.º 4.905.267, y el soporte está situado sobre una plataforma de tratamiento, dentro de la estructura de pórtico del equipo de tratamiento con protones, se sitúa una fuente de rayos X en el recorrido del haz de protones y en el lado opuesto del paciente se sitúa un receptor de rayos X a lo largo del recorrido del haz de protones. Por consiguiente, la fuente de rayos X y el receptor de rayos X producirán una imagen fotográfica de rayos X de la zona del cuerpo del paciente que quede situada en el recorrido del haz de protones que salga por la boquilla del sistema de aplicación del haz de protones. A continuación puede determinarse el centro del haz en la imagen fotográfica de rayos X respecto a los mojones preseleccionados del cuerpo del paciente.

Una comparación del desplazamiento del isocentro objetivo respecto a los mojones preseleccionados en la DRR y del desplazamiento del centro del haz de rayos X respecto a los mismos mojones preseleccionados en la imagen fotográfica de rayos X, proporciona una indicación de la dirección en la que debe moverse al paciente, respecto a la boquilla, para que la boquilla quede centrada en el isocentro objetivo. Generalmente, este proceso se realiza de modo iterativo hasta que el paciente queda alineado correctamente respecto a la boquilla del sistema de aplicación de protones. Además, este proceso típicamente ha de repetirse para cada orientación de la boquilla respecto al paciente, a medida que se hace girar la boquilla alrededor del pórtico.

Se comprenderá que obtener una imagen fotográfica de rayos X de la zona del cuerpo del paciente precisa mucho tiempo porque debe revelarse cada imagen fotográfica. Además, una vez revelada la imagen, el médico responsable del tratamiento debe hacer mediciones en la imagen de rayos X y comparar esas mediciones con la imagen de la DRR para determinar cómo mover al paciente. Por lo tanto, el paciente debe permanecer en el soporte durante largos períodos de tiempo, esperando a que el médico responsable del tratamiento alinee correctamente al paciente. Por consiguiente, el equipo de tratamiento puede atender menos pacientes como consecuencia del mayor tiempo requerido para realizar las etapas necesarias de alineación del paciente. Así pues, existe la necesidad de un sistema que obtenga imágenes de la posición de un paciente respecto a la boquilla de manera más eficiente, de modo que se minimice el tiempo requerido para determinar la posición del paciente respecto a la boquilla y efectuar el movimiento necesario del paciente para alinear correctamente al mismo.

En algunas aplicaciones de radioterapia se captan imágenes digitales de rayos X, lo cual reduce el tiempo de revelado de la película. Por ejemplo, la Patente de EE.UU. N.º 5.038.867 publica un sistema que obtiene una imagen de televisión de rayos X del cuerpo del paciente. No obstante, la patente 5.038.867 está destinada a usarse con haces de partículas ionizadas y con haces de partículas pesadas y también usa un intensificador de imagen para intensificar la imagen de televisión de los rayos X. Este tipo de sistema no es adaptable fácilmente a la protonterapia porque el uso de un intensificador de imagen introduciría distorsión en la imagen y, por tanto, errores en el cálculo de la posición del paciente que serían inadmisibles. Dado que los haces de protones pueden tener un efecto perjudicial más significativo sobre tejido, es importante situar al paciente con mucha precisión enfrente de la boquilla y, consecuentemente, los errores introducidos por un intensificador de imagen darían lugar a demasiadas imprecisiones en el uso de un sistema de protonterapia.

La patente internacional WO-A-90/11721 publica un sistema de alineación precisa y repetible de un paciente, que incluye un sistema de simulación y un sistema separado de aplicación del haz. El usuario se coloca inicialmente en un receptáculo anatómico y se hacen radiografías y TAC. En las radiografías que se hacen se ponen marcas sobre el receptáculo anatómico o sobre la mesa en la que se monta el receptáculo anatómico y se calculan las posiciones de los mojones respecto a esas marcas. Esta información permite que el usuario pueda abandonar el receptáculo anatómico y pueda volver a situarse en el mismo en una fecha posterior. Después se obtienen radiografías vistas desde el ojo del haz, según distintas direcciones del haz, que se usarán finalmente en el proceso terapéutico. Durante esta etapa del proceso de simulación, se determinan la posición de la mesa y la orientación del receptáculo anatómico respecto a la dirección del haz, haciendo referencia de nuevo a las marcas de referencia de la mesa o del receptáculo anatómico. Una vez terminada la simulación, se traslada al paciente desde la sala de simulación a una sala de tratamiento en la que está situado el sistema de terapia mediante haz de protones. Una vez trasladado a la sala de tratamiento se obtienen radiografías adicionales y se vuelve a situar al usuario en el receptáculo anatómico hasta que estas radiografías coinciden con las radiografías originales obtenidas en la simulación. En cuanto se confirma que el paciente está en la posición correcta de tratamiento, se trata al paciente con el haz de protones.

Así pues, existe la necesidad de un sistema que pueda captar una imagen no fotográfica de la zona del cuerpo del paciente situada enfrente de la boquilla de un sistema de aplicación de protones. Este sistema debería poder determinar con precisión la zona del cuerpo del paciente situada enfrente de la boquilla, sin introducir ningún error en la determinación. Además, este sistema también debería ser adaptable fácilmente a un sistema de pórtico, en el que pueda efectuarse la determinación de la posición del cuerpo del paciente respecto a la boquilla, independientemente de la orientación angular de la boquilla alrededor del paciente.

Sumario de la invención

La invención se expone en las reivindicaciones independientes 1 y 14. Según un aspecto, la invención proporciona un sistema de terapia mediante un haz de protones, que comprende: un sistema de aplicación del haz, que tiene una boquilla que está montada en un pórtico de modo que pueda aplicarse a un paciente un haz de protones desde una pluralidad de ángulos; medios para recibir una imagen maestra de prescripción de una zona a tratar del paciente; y un sistema de formación de imágenes que comprende: una fuente de un haz de formación de imágenes montada en dicho sistema de aplicación del haz, cuya fuente del haz de formación de imágenes es movible entre una primera posición, en la que dicha fuente del haz de formación de imágenes puede proyectar un haz de formación de imágenes a lo largo de un recorrido del haz de tratamiento hacia un primer lado de dicho paciente, y una segunda posición en la que dicha fuente del haz de formación de imágenes está retirada de dicho recorrido del haz para permitir así que se propague dicho haz de protones a lo largo de dicho recorrido de tratamiento; un receptor del haz de formación de imágenes, sujeto a dicho pórtico de modo que dicho receptor del haz de formación de imágenes queda centrado en dicho recorrido del haz para una pluralidad de ángulos de orientación del pórtico y situado de modo que reciba dicho haz de formación de imágenes después de que haya pasado a través de una zona del paciente que esté situada en dicho recorrido del haz; un dispositivo de captación de imágenes, gobernable de modo que reciba una señal de dicho receptor del haz de formación de imágenes y gobernable de modo que produzca una imagen de orientación del paciente de la zona del cuerpo del paciente que esté situada en dicho recorrido del haz; y un controlador gobernable de modo que reciba dicha imagen maestra de prescripción y dicha imagen de orientación del paciente, en el que dicho controlador está configurado de modo que pueden elegirse uno o más mojones en dicha imagen maestra de prescripción para definir la posición relativa de un isocentro a tratar del cuerpo del paciente respecto a dichos uno o más mojones elegidos en la imagen maestra de prescripción y en el que dicho controlador también está configurado de modo que dichos uno o más mojones pueden elegirse en dicha imagen de orientación del paciente, de manera que dicho controlador puede determinar la posición relativa del centro de dicho recorrido del haz respecto a dichos uno o más mojones elegidos en la imagen de orientación del paciente, y en el que dicho controlador es gobernable de modo que determine, usando dicha posición relativa de dicho isocentro objetivo y de dicho centro del recorrido del haz respecto a dichos uno o más mojones, el movimiento relativo requerido entre el paciente y el pórtico para que la posición del centro del recorrido del haz respecto a los uno o más mojones corresponda a

\hbox{la
posición del isocentro  objetivo respecto a dichos uno o más
mojones.}

En la realización preferida la imagen maestra de prescripción se produce usando una Radiografía Reconstruida Digitalmente (Digitally Reconstructed Radiograph - DRR) y el médico responsable de la prescripción puede determinar la posición del isocentro objetivo respecto a uno o más mojones preseleccionados del interior del cuerpo del paciente. La imagen digital de rayos X, producida por el receptor de imágenes, preferiblemente muestra el centro del haz superpuesto a la estructura esquelética del paciente. Los hitos o mojones que se han seleccionado en la imagen maestra de prescripción, preferiblemente son hitos de la estructura esquelética que también son perceptibles en la imagen de rayos X.

El sistema preferiblemente permite que el médico responsable del tratamiento identifique los mojones en la imagen de rayos X y determine después la relación espacial existente entre el centro del haz y el mojón. Luego se compara la relación espacial del centro del haz respecto a los mojones con la relación espacial existente entre el isocentro objetivo y los mismos mojones de la imagen maestra de prescripción. Esta comparación proporciona los valores del desplazamiento existente entre el centro del haz y el isocentro objetivo del interior del paciente. Estos valores pueden usarse a continuación para mover al paciente de modo que el isocentro objetivo quede orientado correctamente en el centro del haz.

Preferiblemente se prepara una imagen maestra de prescripción para cada ángulo del pórtico con el que se haya de dirigir el haz al paciente. Dado que la fuente de rayos X y el receptor de rayos X están sujetos al pórtico, siempre que se mueva el pórtico a una nueva posición puede obtenerse la imagen de situación y pueden calcularse adecuadamente los desplazamientos.

Así pues, el sistema de la presente invención obtiene imágenes digitales exactas de la parte del cuerpo del paciente que esté enfrente de la boquilla y permite hacer el cálculo del desplazamiento existente entre el centro del haz y el isocentro objetivo del cuerpo del paciente, proporcionando así mediciones que permiten reorientar al paciente respecto a la boquilla del haz. Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención resultarán completamente evidentes a partir de la siguiente descripción, considerada junto con los dibujos anejos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de bloques del sistema digital de formación de imágenes de la realización preferida;

la Figura 2 es una vista isométrica frontal de un pórtico empleado para aplicar a un paciente un haz de protones, en cuyo pórtico está instalado el sistema de la Figura 1;

la Figura 3 es una vista del alzado frontal de un conjunto movible de rayos X, mirando aguas arriba por la línea de aplicación del haz;

la Figura 4 es una vista detallada de un dispositivo de captación de imágenes, del sistema digital de formación de imágenes de la Figura 1, montado en una parte del pórtico de la Figura 2;

las Figuras 5A a 5E son vistas de detalle que ilustran más el dispositivo de captación de imágenes de la Figura 4;

la Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra la operación del sistema digital de formación de imágenes de la Figura 1;

la Figura 7A es un dibujo ejemplar de una zona del cuerpo del paciente, con un isocentro objetivo y varios mojones preseleccionados; y

la Figura 7B es una vista ejemplar de una imagen de rayos X de la parte del cuerpo del paciente situada en el recorrido del haz del sistema de la Figura 1.

Descripción detallada de la realización preferida

Ahora se hará referencia a los dibujos, en los que las referencias numéricas iguales remiten a partes iguales en todos ellos. La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema digital de formación de imágenes 100 de la realización preferida. El sistema digital de formación de imágenes 100 se implementa en el sistema de aplicación de un haz de protones 102 mostrado en la Figura 2. El sistema de aplicación de un haz de protones 102 incluye un pórtico y corresponde al sistema de aplicación de un haz de protones descrito en la Patente de EE.UU. N.º 4.870.287 que se incorpora por referencia en la presente memoria. Además, la estructura del pórtico es como se describe en las Patentes de EE.UU. N.^{os} 4.917.344 y 5.039.057.

Con referencia a la Figura 1, el sistema digital de formación de imágenes 100 incluye un tubo de rayos X 106 que puede situarse en el recorrido del haz de modo que proyecte un haz de rayos X a lo largo del recorrido del haz de protones y a través de una zona de un paciente 108 que esté situada enfrente de una embocadura o boquilla 110 (Figura 2) del sistema de aplicación del haz 102. Un dispositivo de captación de imágenes 112 está situado a lo largo del recorrido del haz de protones en el lado opuesto del paciente 108. El dispositivo de captación de imágenes 112 incluye una pantalla fluorescente 114 que está configurada de modo que manifieste fluorescencia en respuesta a los rayos X que choquen contra ella.

Los fotones producidos por la pantalla fluorescente se dirigen después a lo largo de un recorrido compacto, que se describe con mayor detalle más adelante con referencia a las Figuras 5A-5D, hasta una cámara 116 que a continuación produce una imagen digital a partir de los fotones. La cámara 116 se refrigera, de la manera que se describirá con mayor detalle más adelante, hasta -30ºC, aproximadamente, para extraer su exceso de calor y eliminar de este modo las interferencias de la imagen producida por la cámara. La cámara 116 se controla mediante circuitos electrónicos de control 120 y sistemas lógicos de control y sincronización 122, de modo que el obturador de la cámara 116 se abre en respuesta al tubo de rayos X 106 que transmite los rayos X y capta así la imagen que a continuación puede enviarse por una red 124 a un terminal 126 de formación de imágenes digitales de la sala de tratamiento.

El terminal 126 de formación de imágenes digitales de la sala de tratamiento produce, en un monitor 130, una representación visual de la imagen digital que se captó con la cámara 116. Además, el terminal 126 de formación de imágenes digitales de la sala de tratamiento recibe imágenes de prescripción maestras del paciente 108 que se visualizan, simultáneamente, en un monitor 132 de la sala de tratamiento.

Como se describirá a continuación con mayor detalle con referencia a las Figuras 6 y 7, el sistema de formación de imágenes 100 de la realización preferida obtiene una imagen digital de la zona del cuerpo del paciente que esté situada a lo largo del recorrido del haz, en una posición determinada del pórtico, y después visualiza esta imagen en el monitor 130. El sistema 100 también recibe una imagen maestra de prescripción del cuerpo del paciente, en la que se ha definido un isocentro objetivo respecto a varios mojones o hitos del interior del cuerpo del paciente. Esta imagen maestra de prescripción muestra, en el monitor 132, la parte del cuerpo del paciente que contiene el isocentro objetivo vista desde la misma perspectiva, es decir, el mismo ángulo del pórtico, que la imagen de rayos X que se está visualizando simultáneamente en el monitor 130. A continuación el médico responsable del tratamiento tiene que identificar en la imagen de rayos X del monitor 130 los mojones o hitos que correspondan a los mojones o hitos de la imagen maestra de prescripción del monitor 132 y después el terminal 126 de formación de imágenes digitales de la sala de tratamiento determina la relación espacial existente entre el centro del haz de la imagen de rayos X del monitor 130 y el isocentro objetivo visualizado en el monitor 132. Esta relación espacial puede usarse después para mover al paciente de la forma apropiada para que el paciente quede situado enfrente de la boquilla, de modo que el recorrido del haz cruce el isocentro objetivo.

La Figura 2 ilustra con mayor detalle una realización preferida del sistema de aplicación del haz 102 que incorpora el sistema de formación de imágenes 100. Específicamente, el sistema de aplicación del haz 102 incluye un pórtico, descrito anteriormente, que gira alrededor de un punto central 140. El sistema de aplicación del haz 102 incluye una embocadura 110 por la que se emite el haz de protones. Preferiblemente, la embocadura va montada sobre un anillo (no mostrado) del pórtico, de modo que la embocadura gira alrededor del punto central 140. La fuente de rayos X 106 está montada en el sistema de aplicación del haz 102 de modo que sea girable alrededor del punto central 140. De modo similar, el dispositivo de captación de imágenes 112 también va montado sobre el anillo, en una posición opuesta a la fuente de rayos X 106 (Figura 3), de modo que quede centrado en el recorrido del haz 146 en todas las orientaciones angulares del sistema de aplicación del haz. En la Figura 2 el pórtico 104 está situado de manera que la embocadura emitiría un haz a lo largo de un recorrido del haz 146 que corresponde a un eje x 151. No obstante, se ha de entender que la embocadura 110 puede moverse de forma que el recorrido del haz 146 se extienda en una dirección distinta, pero siga cruzando el punto central 140. El sistema de aplicación del haz 102 también incluye una mesa de tratamiento 150, que es movible a lo largo de un eje z 152, y la fuente de rayos X 106.

El paciente 108 se sitúa en un receptáculo anatómico 149, tal como el receptáculo anatómico publicado en la Patente de EE.UU. N.º 4.905.267, y el receptáculo anatómico 149 y el paciente 108 se sitúan después sobre la mesa de tratamiento 150. El receptáculo anatómico 149 es movible respecto a la mesa de tratamiento 150 a lo largo del eje x 151, a lo largo de un eje y que se extiende hacia fuera de la página del dibujo de la Figura 2, y también a lo largo del eje z, y también puede alinearse rotacionalmente. El movimiento del receptáculo anatómico sobre la mesa de tratamiento puede efectuarse de cualquiera de las maneras bien conocidas, tal como situando el receptáculo anatómico dentro de un bastidor sujeto a la mesa de tratamiento, cuyo bastidor tiene accionadores que mueven el receptáculo anatómico. Un sistema posible de mover el receptáculo anatómico, después de que se haya determinado su desplazamiento, es el sistema que se usa actualmente en el Loma Linda University Medical Center de Loma Linda, California.

Típicamente, el receptáculo anatómico 149 está configurado de modo que cuando el paciente 108 está situado en el receptáculo anatómico 149, el paciente 108 queda con una orientación substancialmente fija respecto al receptáculo anatómico 149. Por consiguiente, cada vez que el paciente 108 se sitúa en el receptáculo anatómico 149, la orientación del paciente respecto al receptáculo anatómico 149 sigue siendo substancialmente la misma. A continuación es preciso situar el receptáculo anatómico 149 sobre la mesa 150, de modo que el receptáculo anatómico y el paciente queden situados enfrente de la embocadura 110 con el isocentro objetivo del interior del paciente situado en el centro del haz que emana de la embocadura 110.

La Figura 3 es una vista de alzado de la fuente de rayos X 106 del sistema digital de formación de imágenes 100. Como se muestra, la fuente de rayos X 106 está montada en el sistema de aplicación del haz 102 de modo que puede situarse en el recorrido del haz 146 y retirarse después del recorrido del haz 146. Por consiguiente, la fuente de rayos X 106 puede proyectar rayos X a lo largo del recorrido del haz 146, los cuales pasan después a través del paciente 108 que esté situado en el receptáculo anatómico 149 colocado sobre la mesa 150 y continúan hasta el dispositivo de captación de imágenes 112. La fuente de rayos X 106 está montada sobre una corredera desplazable 134 que es movible a lo largo de dos carriles 135a y 135b. Un conjunto de motor de husillo 136 es accionado mediante un sistema de control (no mostrado) de la sala de tratamiento en respuesta a la iniciación de la secuencia de formación de imágenes de rayos X por el médico responsable del tratamiento, de la manera que se describe a continuación con mayor detalle. El conjunto de motor de husillo 136 está configurado de manera que sitúe la corredera 134 y por tanto la fuente de rayos X 106 en el recorrido del haz 146 de modo que, cuando la fuente de rayos X 106 produzca rayos X, los rayos X se propaguen a lo largo del recorrido del haz 146. En la realización preferida, la fuente de rayos X 106 está compuesta por un tubo de rayos X de 30 a 150 kV, fabricado por Varian Inc. de Palo Alto, CA, Modelo B150, que contiene un tubo del Modelo A192. El generador de rayos X y el conjunto de circuitos de control están compuestos por un generador de rayos X polivalente de Electromed International, Modelo N.º EDEC 30. El generador y el controlador 131 pueden hacer que el conjunto de motor de husillo 136 ponga la corredera 134 y la fuente de rayos X 106 en el recorrido del haz 146 y después hacer que la fuente de rayos X 106 produzca un haz de rayos X de formación de imágenes. Una vez terminado el proceso de formación de imágenes se retiran del recorrido del haz 146 la corredera 134 y la fuente de rayos X 106, para permitir que el haz de tratamiento se propague hacia el isocentro objetivo.

La Figura 4 es una vista en perspectiva del dispositivo de captación de imágenes 112 tal como va montado sobre una o más placas de blindaje 144 que están montadas en el pórtico del sistema de aplicación del haz 102. Específicamente, el dispositivo de captación de imágenes 112 está alojado dentro de una caja rectangular 160 que a su vez está montada mediante pies de montaje 162a y 162b en el interior de las placas de blindaje 144 del pórtico. Como se muestra en la Figura 2, el dispositivo de captación de imágenes está sujeto al pórtico de modo que queda situado en el recorrido del haz 146 independientemente de la posición rotacional del pórtico. Por lo tanto, cuando la fuente de rayos X 106 está situada en el recorrido del haz y produce rayos X, el dispositivo de captación de imágenes 112 recibe los rayos X a medida que se propagan a lo largo del recorrido del haz 146 y después de que han pasado a través del paciente 108.

Por consiguiente, la fuente de rayos X 106 y el dispositivo de captación de imágenes 112 son capaces de producir una imagen de la parte del paciente 108 que esté situada enfrente de la boquilla del sistema de aplicación del haz 102 en cualquier orientación del pórtico 104. Se entenderá que el dispositivo de captación de imágenes 112 ha de montarse en el anillo 144 del pórtico de manera que el dispositivo de captación de imágenes 112 se mantenga en el recorrido del haz 146 en todo el intervalo de movimiento del pórtico 104. Por lo tanto, los soportes 162a y 162b, además de la caja 160, están hechos de un material suficientemente rígido para que el dispositivo de captación de imágenes 112 no se mueva respecto a la embocadura 110 en todo el intervalo de movimiento del pórtico.

Las Figuras 5A-5E ilustran con mayor detalle el dispositivo de captación de imágenes 112. Específicamente, la Figura 5A muestra la caja 160 del dispositivo de captación de imágenes 112 con las paredes externas 170 de la caja recortadas parcialmente para mostrar los componentes situados en la misma. En la realización preferida, la caja está compuesta por un armazón 172 con una pluralidad de paneles 174 atornillados al armazón 172 de tal manera que el interior de la caja 160 queda oscuro. Por la siguiente discusión se entenderá que el dispositivo de captación de imágenes 112 debe producir una imagen digital exacta y sin distorsiones de la parte del cuerpo del paciente 108 que esté situada enfrente de la embocadura 110, es decir, a lo largo del recorrido del haz 146, a partir de los rayos X producidos por la fuente de rayos X 106. Por consiguiente, la caja 160 debe construirse de modo que en la caja no se introduzca ninguna luz adicional, aparte de la luz que se produce como consecuencia de los rayos X que inciden en el dispositivo de captación de imágenes 112 de la manera descrita a continuación.

Las Figuras 5B y 5C ilustran una vista lateral y una vista frontal 176 de la caja 160 de captación de imágenes, respectivamente. El lado frontal 176 es el lado que mira a la fuente de rayos X 106 y es perpendicular al recorrido del haz 146 (Figura 2) cuando el dispositivo de captación de imágenes 112 está montado en el pórtico 104 de la manera mostrada en la Figura 2. En el lado izquierdo del lado frontal 176 de la caja 160 está formada una abertura cuadrada o abertura de entrada 182 (Figura 5C). En la realización preferida hay una cubierta protectora 184, una ranura de la rejilla radiográfica 186 y una ranura de la casete de rayos X 190 situadas delante de la abertura de entrada 182. Además hay un conjunto de pantalla fluorescente 192 (Figura 5A) que está situado inmediatamente detrás de la ranura de la casete de rayos X 190 de modo que queda situado inmediatamente adyacente a la abertura de entrada 182 de la caja 160.

Como se muestra en la Figura 5C, en la cubierta protectora están formados tres hilos de retícula 200a-200c de modo que se cruzan en un punto que está en el centro de la abertura de entrada 182. Como se describirá más adelante, los hilos de retícula 200a-200c proporcionan una indicación visual, a un médico responsable del tratamiento, acerca de la posición del centro de los rayos X que se propagan por el recorrido del haz 146 respecto a mojones del interior del cuerpo del paciente 108. Por lo tanto, la intersección de los hilos de retícula 200a-200c está situada preferiblemente en el centro exacto del recorrido del haz 146. Esto requiere que la caja 160 del dispositivo de captación de imágenes 112 esté situada exactamente respecto a la embocadura 110.

En la realización preferida, la ranura de la rejilla radiográfica 186 y la ranura de la casete de rayos X 190 pueden recibir una rejilla radiográfica 187 y una casete de rayos X 191 (Figura 5A). Por lo tanto, la alineación del paciente también puede efectuarse usando la técnica anterior de obtención de imágenes fotográficas de rayos X de la posición del paciente. Por consiguiente, en el sistema de alineación del paciente de la realización preferida se tiene en cuenta tanto la alineación usando imágenes digitales, como la alineación usando imágenes fotográficas.

En el caso en que se desee la imagen digital del paciente, se retira de su soporte la casete de rayos X 191 (Figura 5A) de modo que los rayos X que emanan de la fuente de rayos X 106 incidan en el conjunto de pantalla fluorescente 192. Esto da lugar a que el conjunto de pantalla fluorescente 192 genere fotones en las posiciones en que los rayos X hayan chocado contra el conjunto de pantalla fluorescente 192. Estos fotones generalmente se propagan hacia el interior de la caja 160 en la dirección de la flecha 202 (Figura 5A) a través de una o más pantallas separadoras 204 y hacia un espejo secundario 206. En la realización preferida, el conjunto de pantalla fluorescente 192 está compuesto por una Pantalla Intensificadora Rápida Kodak Lanax (Kodak Lanax Fast Intensifier Screen) con N.º de Producto 1476175. Esta pantalla consiste en una pieza cuadrada de 35,56 cm x 35,56 cm (14'' x 14'') de oxisulfuro de gadolinio (Gd_{2}O_{2}S:Tb) que produce el fotón en respuesta a los rayos X que chocan contra la superficie de la pantalla fluorescente 192.

Los fotones inciden en el espejo secundario 206 y luego se reflejan en la dirección de la flecha 210 hacia un espejo primario 212. Después los fotones se reflejan desde el espejo primario 212 en la dirección de la flecha 214 hacia una lente 216 de la cámara 116. Como se representa en la Figura 5A, los fotones producidos por los rayos X que chocan contra el conjunto de pantalla fluorescente 192 se propagan hacia la cámara 116 siguiendo un recorrido 203 en forma de Z en general. El recorrido en forma de Z 203 permite construir la caja 160 con unas dimensiones suficientemente compactas para que pueda instalarse en el pórtico 104. En la realización preferida, la caja 160 tiene aproximadamente 81 cm x 81 cm x 35,5 cm de profundidad (32'' x 32'' x 14'').

El conjunto de pantalla fluorescente 192 produce fotones que son representativos de los rayos X que chocan contra la superficie frontal de la pantalla 192 y después los fotones se transmiten hasta la lente 216. Preferiblemente, el espejo secundario está compuesto por un espejo plano de 1/4 de onda con una superficie protegida de aluminio que está montado en la caja 160 con un ángulo de 25,5490º respecto al recorrido de los fotones. En la realización preferida, el espejo secundario 206 está situado dentro de un soporte fijo que puede retener el espejo con este ángulo respecto al recorrido del haz 146 en todo el intervalo de movimiento del pórtico 104. El espejo primario 212 está compuesto por un espejo de superficie frontal circular que está montado sobre un balancín de dos ejes que permite un ajuste de \pm4º en cada eje. El espejo primario 212 está orientado de modo que la luz reflejada por el espejo secundario 206 se refleje substancialmente en su totalidad hacia el interior de la lente 216 de la cámara 116.

Se entenderá que, puesto que el conjunto de pantalla fluorescente 192 produce niveles muy bajos de luz como consecuencia de los rayos X que chocan contra la superficie de la pantalla fluorescente 192, el control de la luz reflejada en la caja 160 es una cuestión importante del diseño. También se entenderá que la luz difusa o parásita producida por el conjunto de pantalla fluorescente 192 típicamente se dispersa en todas las direcciones. En la realización preferida esta luz se controla mediante dos mecanismos.

El primer mecanismo consiste en que las superficies interiores de la caja 160 están configuradas de modo que sean mínimamente reflectantes. Específicamente, en la realización preferida el interior de la caja 160 y la mayoría de los componentes de la misma han sido tratados con chorro de arena, para que tengan un acabado mate, y después se han anodizado en negro. Además, las pantallas separadoras 204 también detienen la luz difusa haciendo que la luz difusa se refleje múltiples veces, antes de llegar a la lente de la cámara, y que pierda por ello su intensidad. Aunque en la realización preferida se muestran dos pantallas separadoras 204, se entenderá que dentro de la caja 160 pueden situarse múltiples pantallas separadoras para limitar aún más los efectos de degradación de la luz difusa en la imagen posterior producida por el dispositivo de captación de imágenes 112. Las pantallas separadoras 204 están situadas de modo que substancialmente toda la luz que incida sobre la lente 216 de la cámara 116 se propague por una línea paralela al recorrido preferido 203 de la luz en la caja 160. Por consiguiente, la luz que emane del conjunto de pantalla fluorescente 192 formando un ángulo con el recorrido 203, preferiblemente se absorbe o refleja múltiples veces para que no llegue a la lente 216. De esta manera se reducen las interferencias en la imagen digital resultante.

Preferiblemente, la cámara 116 está montada en el interior de la caja 160 del dispositivo de captación de imágenes sobre un soporte que permite su ajuste alrededor de unos ejes horizontal, vertical y longitudinal. Además, el soporte también debería permitir su ajuste angular alrededor de un eje óptico 214 definido por el recorrido de los fotones desde el espejo hacia la lente. Esto permite orientar la cámara con una posición óptima para recibir la imagen producida por los rayos X que inciden en el conjunto de pantalla fluorescente 192. Además, la cámara 116 está configurada de modo que produzca una imagen basándose en los bajos niveles de la luz producida por los rayos X que inciden en el conjunto de pantalla fluorescente 192.

En la realización preferida, la cámara es una cámara CCD que tiene 512 x 512 píxeles activos con un factor de relleno del 100%, el tamaño de campo del objetivo de la cámara es de 355,6 mm x 355,6 mm, siendo los píxeles de 0,69 mm^{2}. Preferiblemente, la cámara es una cámara de tipo CCD refrigerada electrotérmicamente (thermally electric cooled - TEC) con una recirculación de líquido que extrae el calor generado por la refrigeración electrotérmica. En la realización preferida, la cámara es una cámara CCD de grado científico, modelo MCD 1000S, disponible en Spectral Source Inc. de Westlake Village, CA. La lente 216 preferiblemente está compuesta por una lente F.95 con una distancia focal de 50 mm.

Como se muestra en las Figuras 5D y 5E, la cámara 116 está refrigerada por agua mediante un par de tubos flexibles de refrigeración 230 que alimentan el agua hacia la cámara 116 y retiran de la cámara 116 el agua calentada. En la realización preferida los tubos flexibles de refrigeración 230 están conectados a una toma de agua (no mostrada) que es un componente del conjunto de pórtico 104. El sistema refrigerante de agua enfría la cámara CCD de modo que se mantiene la cámara CCD a una temperatura de -30ºC. Esta refrigeración de la cámara 116 asegura que la cámara 116 podrá producir una imagen visual digital que corresponda a una imagen de rayos X de la parte del cuerpo del paciente 108 que esté situada enfrente de la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102.

La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra la operación del sistema 100 para determinar la posición del paciente 108 respecto a la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102. Específicamente, a partir de un estado de inicio 400; en el estado 402 se genera a continuación una prescripción del paciente usando técnicas bien conocidas. Típicamente, la prescripción se basa en la determinación por parte del médico de la posición, las características y el tamaño de la parte a tratar del cuerpo del paciente. Por ejemplo, si el tratamiento consiste en aplicar a un tumor un tratamiento mediante radiaciones, la prescripción se basará en el tamaño, las características y la posición del tumor. La prescripción incluirá información tal como la dosis de radiación a aplicar al tumor, la frecuencia de la dosis de radiación, y los ángulos con los que se habrá de aplicar al paciente la dosis de radiación desde el pórtico. Esta prescripción se genera típicamente usando técnicas de dosimetría bien conocidas.

Además, en el estado 404 se hace una radiografía reconstruida digitalmente (DRR) del paciente usando técnicas bien conocidas. Específicamente, en la realización preferida, los ficheros de la DRR se crean usando una aplicación de DRR que usa técnicas descritas en una comunicación titulada "Computarización de Radiografías Reconstruidas Digitalmente para uso en Diseños de Tratamientos de Radioterapia" (Computation of Digitally Reconstructed Radiographs for Use in Radiotherapy Treatment Designs), de George Sherouse et. al., publicada en International Journal of Radiation Oncology Biology physics, Vol. 18 pp. 651-658, 1989, y desarrolladas por la Universidad de Carolina del Norte en un terminal Sun Spark 5®. La DRR se obtiene haciendo una pluralidad de TAC del paciente en la zona del tejido afectado, cuyas TAC pueden elaborarse formando un fichero de DRR que muestre la parte del cuerpo del paciente desde alguna perspectiva angular determinada. La elaboración de ficheros de DRR que muestren el tejido afectado, tal como un tumor, situado en un isocentro objetivo del interior del cuerpo del paciente, es un proceso bien conocido de la planificación de un tratamiento con radiaciones. Por consiguiente, en el estado 406 puede generarse una imagen maestra de prescripción 500 (Figura 7A) de una zona 502 del cuerpo del paciente que circunde un isocentro objetivo 504 desde la perspectiva de un ángulo determinado del pórtico. En la Figura 7A se muestra una imagen maestra ejemplar de prescripción 500. La imagen 500 de la Figura 7A se ha simplificado significativamente a efectos explicativos.

La Figura 7A ilustra la imagen 500 que tiene una representación del isocentro objetivo 504 de la zona 502 del cuerpo del paciente 108. Además, en una estructura esquelética adyacente 510 hay dos estructuras rígidas o mojones 506 y 508 que han sido seleccionadas por el médico responsable de la prescripción. Como se muestra en la Figura 7A, se ha generado un par de hilos ficticios de retícula, 520a y 520b, de modo que estén centrados en el isocentro objetivo 504. Las distancias de los mojones 506 y 508 a los hilos ficticios de retícula 520a y 520b constituyen una referencia para la alineación futura del paciente 108, de la manera que se describirá a continuación. Por supuesto, una persona experta en esta técnica comprenderá que la imagen maestra de prescripción 500 se ha simplificado significativamente a efectos de claridad. En una imagen maestra real de prescripción, el médico responsable de la prescripción seleccionará una pluralidad de mojones en una estructura esquelética del paciente y con frecuencia generará imágenes maestras de prescripción desde dos perspectivas diferentes, para asegurar que el paciente quede alineado con precisión en las tres dimensiones.

Una vez creada la imagen maestra de prescripción 500 a partir de los datos de la DRR, en el estado 410 un médico puede seleccionar después los mojones 506 y 508 en la imagen maestra de prescripción y usar estos mojones para determinar las coordenadas del isocentro objetivo 502 respecto a los mojones 506, 508. Preferiblemente, el médico responsable del tratamiento selecciona estos mojones usando el terminal 126 y los mojones generalmente consisten en puntos del sistema esquelético 510 del paciente que serán visibles en la imagen digital de rayos X del paciente 108 producida posteriormente. El isocentro objetivo 504 corresponde a la zona del tejido afectado y el isocentro objetivo 504 puede identificarse en la imagen maestra de prescripción 500.

Como se muestra en la Figura 7A, puede determinarse la posición relativa de los mojones respecto a puntos seleccionados en ambos hilos ficticios de retícula 520a y 520b. También puede determinarse la distancia entre los puntos seleccionados en los hilos de retícula y el isocentro objetivo 504. Específicamente, en primer lugar pueden determinarse las distancias entre cada mojón y los hilos de retícula 520a y 520b según una dirección perpendicular a los hilos de retícula 520a y 520b, es decir, las coordenadas X e Y del mojón respecto al isocentro objetivo. Por lo tanto, puede determinarse la relación espacial existente entre los mojones 506 y 508 y el isocentro objetivo 502 y definirse en función de las coordenadas X e Y, de modo que el mojón 506 tenga las coordenadas X_{1}, Y_{1} y el mojón 508 tenga las coordenadas X_{2}, Y_{2}.

Una vez elaborada la imagen maestra de prescripción 500 del paciente 108 y completada con la selección de los mojones y la determinación de las coordenadas vectoriales del isocentro objetivo respecto a los mojones, a continuación puede suministrase esta información al sistema digital de formación de imágenes 100 y usarse para los tratamientos posteriores del paciente 108. Específicamente, en el estado 412, a continuación puede situarse al paciente sobre la mesa de tratamiento 150 (Figura 2) y luego puede hacerse girar el pórtico 104 hasta un ángulo deseado de tratamiento. Como se ha discutido anteriormente, el paciente 108 preferiblemente queda inmovilizado substancialmente en el interior del receptáculo anatómico y se sitúa el receptáculo anatómico sobre la mesa de tratamiento 150 con una orientación fija respecto a la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102. Típicamente, el paciente queda situado dentro del receptáculo anatómico y el receptáculo anatómico queda situado sobre la mesa 150 de modo que el receptáculo anatómico queda alineado en general con la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102. Posteriormente, en el estado 414 se sitúa la fuente de rayos X 106 en la línea del haz 146, de la manera descrita con referencia a la Figura 3, y, en el estado 416, se inicia la fuente de rayos X de modo que emanen rayos X por la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102, pasen por la parte del cuerpo del paciente que esté situada inmediatamente enfrente de la embocadura 110 y lleguen al dispositivo de captación de imágenes 112. Esto hace que se genere una imagen 500' de la parte del cuerpo del paciente que esté situada inmediatamente enfrente de la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102 y que sea visualizada por el terminal 126 o por la pantalla 130 (Figura 1).

En la Figura 7B se muestra una imagen captada ejemplar de rayos X 500'. Esta imagen fundamentalmente consiste en la estructura esquelética 510' del paciente 108 de la zona que esté enfrente de la embocadura 110 con los hilos de retícula 200a-200c (Figura 5C) superpuestos en la imagen. Se comprenderá que los hilos de retícula interrumpen los rayos X que se dirigen hacia el conjunto de pantalla fluorescente 192 (Figuras 5A y 5B), lo cual da lugar a que se generen menos fotones en la zona de los hilos de retícula. Preferiblemente, los hilos de retícula 200a-200c están situados de modo que se crucen en el centro exacto del recorrido del haz 146. Además, de hecho puede ponerse un segundo conjunto de hilos de retícula en la línea del haz, que esté situado de modo adyacente a la embocadura 110 del sistema de aplicación del haz 102, de manera que puedan usarse los dos conjuntos de hilos de retícula para verificar la alineación. Por ejemplo, la desalineación entre los dos conjuntos de hilos de retícula indicará que el sistema de captación de imágenes 102 se ha descentrado respecto al recorrido del haz 146, lo que se comunicará al operador del sistema de pórtico 102 para que adopte la acción correctora necesaria.

Una vez captada la imagen de rayos X 500' del paciente 108 en el recorrido del haz 146 mediante el sistema de captación de imágenes 112, se transmite la imagen 500' al terminal 126 de formación de imágenes digitales de la sala de tratamiento (Figura 1) y a continuación se visualiza en el monitor de visualización de imágenes 130 de la sala de tratamiento. Además, en el estado 420, se visualiza simultáneamente en el monitor 132 la imagen maestra de prescripción 500. Esto permite que el médico responsable del tratamiento vea simultáneamente la imagen maestra de prescripción 500 de la Figura 7A y la imagen de rayos X 500' de la Figura 7B. Después, en el estado 422, el médico responsable del tratamiento puede seleccionar en la imagen de rayos X 500' los mojones 506' y 508' que corresponden a los mojones 506 y 508 de la imagen maestra de prescripción 500. Preferiblemente, el médico responsable del tratamiento selecciona estas imágenes usando un ratón y haciendo clic sobre los mojones mostrados en la imagen de rayos X.

Una vez seleccionados en la imagen de rayos X 500' los mojones 506', 508' que corresponden a los mojones 506 y 508 seleccionados en la imagen maestra de prescripción 500, en el estado 424, el terminal 126 determina a continuación las coordenadas de los mojones 506' y 508', (X_{1}', Y_{1}') y (X_{2}', Y_{2}') respectivamente, de la imagen de rayos X respecto al centro del haz 512. Como se ha explicado más arriba, el centro 512 del recorrido del haz está indicado por la intersección de los hilos de retícula 200a-200c. El tercer hilo de retícula 200c también puede usarse de modo similar. A continuación, comparando los valores coordenados (X_{1}, Y_{1}) y (X_{2}, Y_{2}) determinados en relación con la imagen maestra de prescripción y los valores coordenados (X_{1}', Y_{1}') y (X_{2}', Y_{2}'), puede determinarse el desplazamiento existente entre el isocentro objetivo 504 y el centro de la línea del haz 512.

Así pues, en el estado de decisión 430, el ordenador del terminal 126 determina después si el centro del haz 512 está alineado con el isocentro 504. En el caso en que el centro del haz 512 esté alineado con el isocentro 504, el sistema de imágenes digitales 100 entra entonces en un estado 432 en el que puede iniciarse la secuencia de tratamiento y el paciente 108 puede recibir el haz de tratamiento. Típicamente, la secuencia de tratamiento supone retirar la fuente de rayos X 106 del recorrido del haz, alimentar el haz de protones procedente de la fuente del haz y aplicar el haz al paciente después de haber efectuado la calibración y la verificación pertinentes.

En el caso en que el centro del haz 512 de la imagen de rayos X 500' no esté alineado con el isocentro 504 de la imagen maestra de prescripción 500, el sistema de formación de imágenes 100, en el estado 434, determina la dirección en que tiene que moverse al paciente 108 para que el isocentro 504 y el centro 512 del recorrido del haz queden alineados. En la realización preferida, para determinar la dirección y magnitud de movimiento del paciente se usa una aproximación mínimo-cuadrática entre las coordenadas del isocentro 504 de los mojones 506 y 508 y las coordenadas del punto central 512 de la imagen de rayos X de los mojones 506' y 508'. Entonces el sistema 100 mueve al paciente 108 según la dirección de los desplazamientos, en el estado 436. En la realización preferida, la mesa 150 está automatizada de modo que sea movible en respuesta a comandos proporcionados por el médico responsable del tratamiento. Por consiguiente, el médico responsable del tratamiento simplemente tiene que dar entrada a los valores del movimiento determinados en el estado 434 y la mesa 150 mueve hasta la nueva posición al paciente 108 que se encuentra fijo en el receptáculo anatómico 149. Posteriormente, en el estado 416, se reinicia la fuente de rayos X y se repite el proceso que comprende las etapas de los estados 416 a 430 hasta que se correspondan, dentro de un margen aceptable de error, el isocentro 504 y el centro 512 del recorrido del haz.

Aunque en la realización preferida se realiza la alineación equiparando mojones seleccionados por el médico responsable del tratamiento, para comparar la imagen maestra de prescripción con la imagen de rayos X, a efectos de su alineación, también pueden utilizarse otras técnicas. Específicamente, también puede usarse un software de reconocimiento de formas que identifique los mojones en la imagen de rayos X, de modo que estos mojones no tengan que ser destacados específicamente por el médico responsable del tratamiento. Y además un software de reconocimiento de curvas, en el que pueda definirse el isocentro objetivo respecto a una estructura ósea o mojón que tenga una silueta curva específica. Posteriormente el ordenador puede identificar en la imagen de rayos X la misma estructura curva y puede determinarse la posición del centro de la línea del haz respecto a la misma estructura ósea que tenga la silueta curva específica. A continuación puede usarse esta información para determinar el desplazamiento existente entre el centro del haz y el isocentro objetivo para el posterior ajuste de la posición del paciente. Por lo tanto, una persona de competencia normal en la técnica entenderá que los mojones usados para determinar los desplazamientos existentes entre el centro del haz y el isocentro objetivo no tienen que ser elegidos por el médico responsable de la prescripción, sino que pueden ser identificados por el software informático, y los mojones no tienen que comprender necesariamente puntos particulares de la estructura esquelética, sino que pueden consistir en estructuras óseas completas, tales como huesos curvos y similares.

Por lo tanto, el sistema digital de formación de imágenes de la realización preferida proporciona una alineación más eficaz del paciente con la boquilla del haz. Específicamente, el médico responsable del tratamiento simplemente tiene que situar al paciente en el receptáculo anatómico enfrente de la boquilla y el sistema determina de modo iterativo la posición relativa entre el recorrido del haz y el isocentro objetivo respecto a mojones seleccionados del interior del cuerpo del paciente. Esto elimina la necesidad de producir imágenes fotográficas de rayos X de la parte del cuerpo del paciente situada enfrente de la boquilla y también permite el cálculo automático del desplazamiento existente entre el centro del recorrido del haz y el isocentro objetivo. Por consiguiente, la alineación del paciente se simplifica y es más eficaz, lo cual permite aumentar el uso del equipo de tratamiento.

Aunque la descripción anterior de la realización preferida de la presente invención ha mostrado, descrito y señalado los rasgos novedosos fundamentales de la invención, se comprenderá que los expertos en la técnica pueden hacer supresiones, sustituciones y cambios diversos en la forma y en los detalles de los aparatos ilustrados, además de en los usos de los mismos, sin apartarse del ámbito de la presente invención. Por lo tanto, el ámbito de la invención no debe limitarse a la discusión precedente, sino que queda definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

1. Un sistema de terapia mediante un haz de protones, que comprende:

un sistema de aplicación (102) del haz, que tiene una boquilla (110) que está montada en un pórtico (104) de modo que pueda aplicarse a un paciente (108) un haz de protones desde una pluralidad de ángulos;

medios para recibir una imagen maestra de prescripción de una zona a tratar del paciente; y

un sistema de formación de imágenes que comprende:

una fuente (106) de un haz de formación de imágenes montada en dicho sistema de aplicación del haz (102), cuya fuente (106) del haz de formación de imágenes es movible entre una primera posición, en la que dicha fuente del haz de formación de imágenes puede proyectar un haz de formación de imágenes a lo largo de un recorrido del haz de tratamiento (146) hacia un primer lado de dicho paciente (108), y una segunda posición en la que dicha fuente (106) del haz de formación de imágenes está retirada de dicho recorrido del haz para permitir así que se propague dicho haz de protones a lo largo de dicho recorrido de tratamiento;

un receptor (114, 192) del haz de formación de imágenes, sujeto a dicho pórtico de modo que dicho receptor del haz de formación de imágenes queda centrado en dicho recorrido del haz (146) para una pluralidad de ángulos de orientación del pórtico y situado de modo que reciba dicho haz de formación de imágenes después de que haya pasado a través de una zona del paciente que esté situada en dicho recorrido del haz;

un dispositivo (112) de captación de imágenes, gobernable de modo que reciba una señal de dicho receptor (114, 192) del haz de formación de imágenes y gobernable de modo que produzca una imagen (500') de orientación del paciente de la zona del cuerpo del paciente que esté situada en dicho recorrido del haz; y

un controlador (126) gobernable de modo que reciba dicha imagen maestra de prescripción (500) y dicha imagen (500') de orientación del paciente,

en el que dicho controlador (126) está configurado de modo que pueden elegirse uno o más mojones en dicha imagen maestra de prescripción (500) para definir la posición relativa de un isocentro a tratar del cuerpo del paciente respecto a dichos uno o más mojones elegidos en la imagen maestra de prescripción y en el que dicho controlador (126) también está configurado de modo que dichos uno o más mojones pueden elegirse en dicha imagen de orientación del paciente, en el que dichos uno o más mojones elegidos en dicha imagen maestra de prescripción (500) y en dicha imagen (500') de orientación del paciente corresponden al mismo punto de la anatomía de dicho paciente, y dicho controlador puede determinar la posición relativa del centro de dicho recorrido del haz respecto a dichos uno o más mojones elegidos en la imagen de orientación del paciente y en el que dicho controlador es gobernable de modo que determine, usando dicha posición relativa de dicho isocentro objetivo y de dicho centro del recorrido del haz respecto a dichos uno o más mojones, el movimiento relativo requerido entre el paciente (108) y el pórtico (104) para que la posición del centro del recorrido del haz respecto a los uno o más mojones de la imagen de orientación del paciente corresponda a la posición del isocentro objetivo (504) respecto a dichos uno o

\hbox{más mojones de la imagen maestra de
prescripción.}

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha fuente (106) del haz de formación de imágenes está compuesta por una fuente de rayos X que está montada de modo que sea movible en dirección transversal a la dirección del recorrido del haz de protones.

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que dicho receptor del haz de formación de imágenes está compuesto por una pantalla fluorescente (114) que está situada en dicho recorrido del haz (146) y en el que dicha pantalla fluorescente produce fotones en respuesta a los rayos X que inciden en dicha pantalla fluorescente.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que dicho dispositivo de captación de imágenes (112) está compuesto por una cámara CCD (116) que recibe dichos fotones producidos por dicha pantalla fluorescente (114) y produce de este modo dicha imagen de orientación del paciente.

5. El sistema de la reivindicación 4, en el que dicha cámara CCD (116) está refrigerada por agua de modo que elimina el exceso de interferencias de dicha imagen de orientación del paciente.

6. El sistema de la reivindicación 5, en el que dicho receptor (114) y dicha cámara CCD (116) están situadas en una caja (160), en el que dicho receptor está situado dentro de una abertura de dicha caja que está centrada en dicho recorrido del haz, y en el que dicha caja define un recorrido de dichos fotones producidos por dicho receptor y que dirige dichos fotones hacia dicha cámara CCD.

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que dicha caja (160) incluye dos espejos (206, 212) de modo que dichos fotones que emanan de dicha pantalla fluorescente (114, 192) se propagan en una primera dirección hacia uno de dichos espejos, se reflejan en una segunda dirección hacia un segundo espejo y después se reflejan en una tercera dirección, que es paralela en general a dicha primera dirección, hacia dicha cámara CCD (116).

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que dicha caja (160) incluye una o más pantallas separadoras (204) que impiden que llegue a dicha cámara CCD (116) al menos una parte de los fotones que se propaguen en una dirección que tenga una componente transversal a las direcciones de dicho recorrido.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que dicha fuente de rayos X (106) está compuesta por un tubo de rayos X de grado diagnóstico que funciona en el intervalo de energía de 30 kV a 150 kV, la pantalla fluorescente (192) está compuesta por una pieza cuadrada de oxisulfuro de gadolinio, la cámara CCD (116) incluye un sensor CCD fino de 512 x 512 píxeles y dicha cámara CCD incluye una lente F.95 con una distancia focal de 50 mm.

10. El sistema de la reivindicación 4, en el que dicha cámara CCD (116) recibe dichos fotones directamente desde dicha pantalla fluorescente (192) en dicho recorrido, de modo que dicha imagen de orientación del paciente carece substancialmente de distorsión por intensificación.

11. El sistema de la reivindicación 3, que además comprende un par de hilos de retícula (200) sujeto a dicho receptor de modo que queda centrado en dicho recorrido del haz (146), en el que dichos hilos de retícula (200) interrumpen dichos rayos X de dicha fuente de rayos X de modo que dicha pantalla fluorescente produce menos fotones en la zona de dichos hilos de retícula, lo que hace que en dicha imagen (500') de orientación del paciente salga una imagen de dichos hilos de retícula.

12. El sistema de la reivindicación 1, que además comprende:

un primer monitor (132) que recibe señales de dicho controlador (126) y visualiza dicha imagen maestra de prescripción (500); y

un segundo monitor (130) que recibe señales de dicho controlador (126) y visualiza dicha imagen (500') de orientación del paciente, en el que un médico responsable del tratamiento puede manipular dicho controlador para elegir dichos uno o más mojones en dicha imagen de orientación del paciente.

13. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicho controlador (126) es gobernable de modo que utilice la posición relativa del isocentro objetivo (504) y la posición relativa del centro de dicho recorrido del haz respecto a dichos uno o más mojones (506', 508') para realizar una aproximación mínimo-cuadrática para determinar la dirección y magnitud de movimiento del paciente (108) respecto al recorrido del haz con el fin de que el isocentro objetivo (504) quede situado en el centro del recorrido del haz.

14. Un método de alinear a un paciente en el sistema de terapia mediante un haz de protones de cualquier reivindicación precedente a fin de que el centro del recorrido del haz quede centrado en un isocentro objetivo (504) situado en el interior del cuerpo del paciente (108), comprendiendo dicho método las etapas de:

obtener una imagen maestra de prescripción (500) del paciente (108) con una orientación deseada del haz, en el que la imagen maestra de prescripción (500) se almacena en un sistema informático (126);

situar al paciente (108) sobre una mesa de tratamiento (150) de modo que la zona del cuerpo del paciente que
contiene el isocentro objetivo (504) quede situada enfrente de la boquilla (110) del sistema de aplicación del
haz;

transmitir un haz de formación de imágenes a lo largo del recorrido del haz de tratamiento (146) de modo que el haz de formación de imágenes se transmita hacia el interior de la zona del cuerpo del paciente situada enfrente de la boquilla (110);

recibir el haz de formación de imágenes después de que se haya transmitido hacia el interior de la zona del cuerpo del paciente y captar una imagen (500') de orientación del paciente de la zona del cuerpo del paciente que esté situada en dicho recorrido del haz (146) que se transmite a dicho sistema informático (126);

elegir uno o más mojones (506', 508'), usando dicho sistema informático (126), en dicha imagen maestra de prescripción (500);

elegir dichos uno o más mojones, usando dicho sistema informático, en dicha imagen (500') de orientación del paciente, en el que dichos uno o más mojones elegidos en dicha imagen maestra de prescripción (500) y en dicha imagen (500') de orientación del paciente corresponden al mismo punto de la anatomía de dicho paciente;

determinar la posición relativa del centro de dicho haz de tratamiento respecto a los uno o más mojones (506', 508') elegidos en la imagen (500') de orientación del paciente;

determinar el desplazamiento existente entre el isocentro objetivo (504) respecto a los uno o más mojones de la imagen maestra de prescripción (500) y el centro del haz respecto a los uno o más mojones de la imagen (500') de orientación del paciente, usando dicho sistema informático (126); y

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determinar la distancia y dirección con que tendrá que moverse al paciente para que la posición del centro del recorrido del haz respecto a los uno o más mojones de la imagen de orientación del paciente coincida con la posición del isocentro objetivo (504) respecto a los uno o más mojones de la imagen de prescripción del paciente.

15. El método de la reivindicación 14, en el que la etapa de transmitir un haz de formación de imágenes a lo largo del recorrido del haz de tratamiento comprende las etapas de:

situar una fuente de rayos X (106) en el recorrido del haz de tratamiento (146), y

hacer que de la fuente de rayos X (106) emanen rayos X a lo largo del recorrido del haz de tratamiento (146).

16. El método de la reivindicación 15, en el que la etapa de recibir el haz de formación de imágenes comprende recibir rayos X después de que los rayos X se hayan propagado a lo largo del recorrido del haz de tratamiento (146) y a través de dicho paciente (108).

17. El método de la reivindicación 16, en el que la etapa de recibir el haz de formación de imágenes y captar una imagen (500') de orientación del paciente comprende las etapas de:

situar una pantalla fluorescente (114, 192) en dicho recorrido del haz (146) de modo que se produzcan fotones en respuesta a los rayos X de dicho haz de rayos X que chocan contra dicha pantalla fluorescente;

dirigir dichos fotones hacia la cámara CCD (116) a lo largo de un recorrido compacto.

18. El método de la reivindicación 17, que además comprende la etapa de situar un par de hilos de retícula (200) de modo que quede centrado en el centro del recorrido del haz de tratamiento (146) para que salga una imagen resultante de los hilos de retícula en dicha imagen (500') de orientación del paciente en un punto representativo del centro del recorrido del haz de tratamiento.

19. El método de la reivindicación 14, en el que las etapas de seleccionar los uno o más mojones comprenden las etapas de:

visualizar en una pantalla (132) una imagen digital de dicha imagen maestra de prescripción (500);

manipular un dispositivo de entrada del usuario hacia un mojón (506', 508') de la estructura esquelética de dicho paciente (108) visualizada en dicha pantalla; y

manipular dicho dispositivo de entrada del usuario para seleccionar dicho mojón;

visualizar en una pantalla (130) una imagen digital de dicha imagen (500') de orientación del paciente;

manipular un dispositivo de entrada del usuario hacia dicho mojón de la estructura esquelética de dicho paciente (108) visualizada en dicha pantalla; y

manipular dicho dispositivo de entrada del usuario para seleccionar dicho mojón.

20. El método de la reivindicación 19, que además comprende la etapa de:

calcular la posición relativa entre el mojón seleccionado (5061, 508'') en la imagen maestra de prescripción (500) y el isocentro objetivo (504) de dicha imagen maestra de prescripción (500); y

calcular la posición relativa entre el mojón seleccionado en la imagen (500') de orientación del paciente y el centro de dicho recorrido del haz.

21. El método de la reivindicación 14, en el que la etapa de determinar la distancia y dirección con que tendrá que moverse al paciente (108) comprende realizar un ajuste mínimo-cuadrático entre la posición relativa del isocentro objetivo (504) respecto a dichos uno o más mojones (506', 508') de la imagen maestra de prescripción (500) y la posición relativa del centro del recorrido del haz (146) respecto a dichos uno o más mojones (506', 508') de la imagen de orientación del paciente.