ES2407594B1

ES2407594B1 - Sensor de respiración

Info

Publication number: ES2407594B1
Application number: ES201101296A
Authority: ES
Inventors: Manuel LLORENTE MANSO
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: ES2407594A2; ES2407594R1

Abstract

La presente invención proporciona un sistema para la monitorización y registro de la respiración de un paciente durante la adquisición de imágenes diagnósticas y durante la administración de tratamientos de radioterapia externa con aceleradores lineales. Un sensor, que puede ser de inclinación o de distancias, en contacto con el paciente proporciona una medida del movimiento del cuerpo del paciente. El movimiento puede ser el debido a la respiración. Esta medida se puede emplear para la correlación de las imágenes diagnósticas con la fase respiratoria en el momento de la adquisición. También se puede emplear en el tratamiento con radioterapia para generar una señal de disparo del equipo generador de radiación, como un acelerador lineal, cuando la fase respiratoria se encuentre dentro de un determinado rango.

Description

Sensor de respiración.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a la monitorización de la respiración.

Estado de la técnica

La monitorización de la respiración es una aplicación útil en el campo de la medicina.

En particular, en los campos del Diagnóstico por Imagen y la Radioterapia. En ambos casos, se emplean imágenes de pacientes por ejemplo, de tomografías de rayos-x (TAC) o de emisión de positrones (PET). Las estructuras u órganos de los que se forman imágenes se mueven durante la adquisición por efecto de la respiración. Un método capaz de registrar el ciclo respiratorio del paciente durante la adquisición de imágenes y relacionar, posteriormente, el instante en que fue adquirida cada imagen con una fase del ciclo respiratorio permitirá o bien reconstruir imágenes con menos artefactos de movimiento o bien obtener una serie de imágenes (tipo cine) que cubran todo el ciclo respiratorio.

Esto último es de especial utilidad en Radioterapia. Para el tratamiento de lesiones pulmonares o hepáticas, que se mueven con la respiración, es crucial una precisa delimitación del volumen de tratamiento y de la incertidumbre en su localización asociada al movimiento respiratorio.

El tratamiento de Radioterapia externa con aceleradores lineales se administra con haces de radiación colimados, es decir, con la forma del tumor. Conocer dónde va a estar el tumor durante la irradiación, garantiza que éste va a recibir la dosis prescrita.

Adicionalmente, se puede elegir irradiar sólo durante una parte del ciclo respiratorio.

Eso permite reducir el tamaño del campo de radiación, reduciendo, por consiguiente, la toxicidad.

Para esto, es necesario un sistema de monitorización de la respiración conectado al acelerador lineal para que comunique en qué momento el paciente se encuentra en la fase respiratoria elegida.

Un sistema similar, descrito en la patente WO 2005/032647, emplea un sistema óptico para la detección del movimiento respiratorio.

Otro método para reducir el tamaño del campo de radiación es limitar el desplazamiento del tumor mediante un compresor diafragmático. Tal sistema, descrito en la patente WO 2008/040379, cuenta además, con un sistema de monitorización respiratoria basado en un sensor de presión acoplado al compresor.

Explicación de la invención

La presente invención consiste en un método para monitorizar el ciclo respiratorio de un paciente tanto durante la adquisición de imágenes diagnósticas como durante el tratamiento de Radioterapia. Pretende superar las limitaciones de los sistemas ya existentes. Los sistemas basados en detección óptica del movimiento se ven entorpecidos por la interferencia de aparatos inmovilizadores a menudo usados en Radioterapia y no son, en su versión comercial, portátiles.

Los basados en la detección de la presión sobre un compresor diafragmático quedan supeditados al uso de éste y limitan su aplicación al campo de la Radioterapia.

La presente invención emplea un sensor en contacto con el paciente en un punto cuyo movimiento sea representativo del ciclo respiratorio, como pueda ser el abdomen.

Dicho sensor está sujeto a un soporte que a su vez está fijo a la mesa sobre la que descansa el paciente.

El sensor empleado puede ser un medidor de longitudes (elongaciones) o también de inclinación. El sensor produce una medida que se correlaciona con la fase respiratoria.

La señal generada se puede emplear tanto en la generación de imágenes como en la administración del tratamiento de Radioterapia.

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Un sensor de inclinación puede ser un acelerómetro. Estos dispositivos producen una señal proporcional a la aceleración en uno o tres ejes. Esa aceleración incluye a la de la gravedad, de modo que, en reposo, darían una lectura de 9,8 m/s2 en la dirección vertical y de cero en la horizontal. Aunque el sensor también mide aceleraciones debidas al movimiento, en el caso que nos ocupa, la componente principal de la lectura corresponderá a la inclinación.

Descripción de los dibujos

-: Figura 1. Soporte anclado a la mesa sobre la que se fija el sensor.

-: Figura 2. Sensor en contacto con el paciente.

-: Figura 3. Esquema del sensor.

-: Figura 4. Esquema del procesado de datos.

-: Figura 5. Gráfica de la medida de la inclinación en función del tiempo. Los datos corresponden a un acelerómetro colocado sobre el abdomen de un paciente que reposa sobre una camilla. El movimiento respiratorio cambia la inclinación del acelerómetro. El valor de la aceleración se muestra en unidades arbitrarias.

Exposición detallada de la invención

En la figura 1 se muestra un sistema de fijación tal y como se puede llevar a cabo en una de las realizaciones de la invención. En ella, hay un arco rígido que se fija a la mesa sobre la que se tumba el paciente.

En la figura 2 se muestra cómo la sonda contactaría al paciente. En una realización de la invención, el sensor sería un medidor de longitudes con una sonda que contacta con la piel del paciente, por ejemplo en el abdomen.

El movimiento respiratorio movería la sonda produciendo una señal eléctrica proporcional al desplazamiento. La sonda estaría conectada a un conversor analógico-digital que transformaría la señal eléctrica en un número proporcional al desplazamiento en unidades arbitrarias.

En otra realización de la invención, el punto de contacto con el paciente se hace con un elemento rígido (1) que pivota sobre un eje (2) como se puede ver en la figura 3. De este modo, el movimiento de, por ejemplo, el abdomen produce un cambio en el ángulo de inclinación del elemento rígido. Sobre el eje, se encuentra el sensor de inclinación (3) como pueda ser un acelerómetro. Dicho dispositivo genera una señal eléctrica proporcional a su inclinación que, a su vez, será proporcional al desplazamiento del extremo del elemento rígido. La señal se puede transmitir a un conversor analógico-digital que producirá un número proporcional al desplazamiento en el paciente medido en unidades arbitrarias.

En ambas realizaciones, el número saliente del conversor analógico-digital se transmite a una unidad de procesado, como pueda ser un ordenador.

En la figura 4 se muestra el esquema del flujo de datos en una de las posibles realizaciones de la invención, que sería como sigue:

La señal saliente del sensor (4) pasa al conversor (5). El conversor tiene un reloj interno y envía al ordenador (6) al valor del sensor junto con el tiempo del reloj interno en el momento de la medición. Del sistema de obtención de imágenes (7) como, por ejemplo, un TAC, sale una señal hasta el ordenador. Esta señal puede ser un número conteniendo el tiempo de un reloj interno del equipo de imagen. En otra realización del invento, la señal puede ser una del tipo TTL marcando si se está adquiriendo una imagen en ese instante. En el caso de un TAC, por ejemplo, la señal registrada corresponderá a los momentos en que el equipo emite radiación.

El ordenador registra, por medio de un programa informático propio de la presente invención, el tiempo del reloj del conversor, la medida de la sonda en ese instante y un marcador binario que indica si se está adquiriendo imagen o no. Por ejemplo, 1 si hay radiación y 0 si no la hay, en el caso de estar conectado con un TAC.

La representación gráfica de la inclinación o la elongación en función del tiempo dará lugar a una curva periódica, tipo sinusoidal (figura 5). Los datos se adquirirán con una frecuencia suficiente para que la curva tenga la resolución necesaria en aplicaciones clínicas. Un ciclo respiratorio típico dura unos 4 segundos y el tiempo de adquisición de un corte de TAC puede ser del orden de 0.5 s. Una buena frecuencia de muestreo pueden ser 4 ó 5 Hz. El software antes mencionado localizará los máximos y mínimos de la curva y les asignará valores de fase. Los máximos

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tendrán, por ejemplo, en radianes, fase 0 y los mínimos fase π. A los puntos entre los extremos se les asignará un valor de fase entre 0 y 2π por interpolación lineal.

En el caso de estar conectado a un TAC, una posible forma de adquisición de las imágenes es el modo "cine". Con

5 esta técnica, empleada, por ejemplo, por los escáneres General Electric, se adquiere una serie de imágenes consecutivas en la misma posición axial, sin mover la mesa. El software de reconstrucción del TAC etiqueta las imágenes resultantes con un número que se corresponde con el momento de adquisición de esa imagen medido en un reloj interno del TAC. Para correlacionar ese tiempo de adquisición de la imagen con la curva adquirida por el sensor de respiración, se hace coincidir el tiempo de adquisición de la primera imagen con el tiempo en el que

10 empieza el primer disparo de radiación recogido por el sensor. De este modo, empleando un software propio de la presente invención, se puede asignar una fase respiratoria a cada una de las imágenes. Adicionalmente, se puede dividir el ciclo respiratorio completo en segmentos, típicamente 10. Es decir, un segmento abarcaría desde la fase 0 (máxima inspiración) hasta la fase π/5, otra desde π/5 hasta 2π/5 y así sucesivamente hasta 2π. El software antes referido asignará un segmento a cada imagen y agrupará todas las imágenes del estudio en segmentos. Así,

15 siguiendo con el ejemplo de los 10 segmentos, se obtendrían 10 series de imágenes separadas.

En otra realización de la invención, el ordenador estaría conectado a un equipo de tratamiento de Radioterapia, como podría ser un acelerador lineal. El usuario podría seleccionar en el programa informático los valores de la amplitud (desplazamiento de la sonda) en los que quiere que se irradie y el programa mandaría una señal de

20 interrupción al acelerador fuera de esos valores señalados.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.

Un sensor de respiración que registre el movimiento de una parte del cuerpo debido a la respiración en función del tiempo que comprende una sonda de medida de inclinación o de distancia en contacto con el paciente de modo que la sonda se mueva con el movimiento respiratorio de la superficie del paciente.
2.

Un sensor de respiración de acuerdo con la reivindicación 1 en el que una sonda de medida de la aceleración está unida a un soporte que permanece fijo respecto a la mesa en la que reposa el paciente permitiendo que el movimiento vertical del extremo de la sonda se traduzca en un cambio en la inclinación de la misma.
3.

Un sensor de respiración de acuerdo con la reivindicación 1 en el que un dispositivo de medida de distancias comprende una sonda móvil en contacto con el paciente y una parte fija que se une a un soporte fijo respecto a la mesa en la que reposa el paciente permitiendo que el movimiento de la superficie del paciente se traduzca en un cambio en la medida de la distancia.
4.

Un sensor de respiración de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que se conecta con un equipo de adquisición de imágenes médicas como puede ser un TAC o un PET y que registra el tiempo de adquisición de las imágenes para la posterior correlación de las imágenes con la medida de la sonda en el momento de la adquisición.
5.

Un sensor de respiración de acuerdo con las reivindicaciones anteriores que puede comprender un software que, en la curva que representa la inclinación o elongación de la sonda frente al tiempo, localiza los puntos máximos y mínimos y, suponiendo una curva sinusoidal, asigna valores de fase a cada punto de la curva.
6.

Un sensor de respiración de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3 que puede conectarse a un equipo de terapia con radiaciones y enviar una señal de disparo cuando la medida del sensor se encuentre entre unos valores determinados.
7.

Un sensor de respiración de acuerdo con la reivindicación 6 que puede comprender un software a través del cual el usuario elige los valores de medida de la sonda entre los que se envía una señal de disparo al equipo de terapia con radiaciones.

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