ITVI20120119A1 - Dispositivo per il controllo della dose per impulso della radiazione elettronica emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO PER IL CONTROLLO DELLA DOSE PER IMPULSO DELLA RADIAZIONE ELETTRONICA EMESSA DURANTE UN
TRATTAMENTO DI RADIOTERAPIA INTRAOPERATORIA
La presente invenzione riguarda un dispositivo di controllo della dose per impulso della radiazione elettronica emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria (IORT – Intra Operative Radiation Therapy) ed irradiata su organi e tessuti sottosposti a radiazione a valle di tale dispositivo.
L’invenzione riguarda altresì una macchina per radioterapia intraoperatoria (IORT) provvista di tale dispositivo di controllo.
E’ noto che la radioterapia intraoperatoria (IORT) à ̈ una tecnica innovativa che si sta progressivamente diffondendo a livello mondiale nel trattamento di diverse forme neoplastiche anche grazie allo sviluppo di macchine mobili.
In particolare, la radioterapia intraoperatoria consiste in un irraggiamento eseguito durante l’asportazione chirurgica della massa tumorale e, per effettuarlo, generalmente si utilizzano come particelle ionizzanti un fascio diffuso ed uniforme di elettroni aventi una energia cinetica compresa fra 4 e 12 MeV.
In pratica, a seguito dell’asportazione chirurgica della massa tumorale, si sottopongono a radiazione i tessuti circostanti o adiacenti alla massa tumorale per danneggiare le cellule tumorali ed impedire il loro ripopolamento; in tutti i casi in cui la malattia non presenta l’esistenza di metastasi, la radioterapia intraoperatoria può essere applicata come parte della radioterapia totale, oppure come irradiazione unica, in quanto per una numerosa categoria di pazienti l’irraggiamento intraoperatorio sostituisce totalmente e con successo la terapia radiante necessaria, accorciando drasticamente la durata della fase terapeutica.
L’architettura delle macchine dedicate alla IORT, siano esse fisse o mobili, permette un irraggiamento del bersaglio a simmetria sostanzialmente cilindrica o ellittica, che avviene applicando ai tessuti da irradiare un tubo in metallo o in materiale plastico, atto a convogliare e diffondere sul bersaglio un fascio di elettroni generato da un acceleratore di elettroni.
In particolare, un elemento prossimale del tubo viene fissato alla testa radiante, mentre un elemento distale à ̈ posto a contatto con la zona da irradiare ed à ̈ fissato all’elemento prossimale.
Il campo ottenibile con una tale tipologia di applicatore presenta una ovvia simmetria cilindrica, che risulta adeguata nel trattamento di alcune neoplasie, soprattutto quelle della mammella; inoltre, in questo caso la protezione dei tessuti sani al di sotto del volume da irraggiare à ̈ garantita dall’utilizzo di un disco di radioprotezione di diametro corrispondente a quello dell’applicatore.
Inoltre, la frequenza di ripetizione del fascio di elettroni viene variata solitamente tra 10 e 40 Hz in modo da garantire un rateo di dose (dose-rate) maggiore o uguale a 10 Gy/min con un applicatore di diametro pari a 100 mm ed à ̈ possibile ottenere dose-rate maggiori, fino a 30 Gy/min; tuttavia, attualmente non à ̈ ancora definito il rateo di dose ideale nel caso di un trattamento unico non frazionato e non à ̈ possibile neppure modularlo secondo la indicazioni radiobiologiche ottimali.
Scopo principale della presente invenzione à ̈, pertanto, quello di ovviare agli inconvenienti dell’arte nota sopra menzionati e, in particolare, quello di realizzare un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, che consenta di modulare il rateo di dose secondo le indicazioni radiobiologiche ottimali, nel caso di un trattamento unico, non frazionato.
Altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, che consenta di ottenere la modulazione del rateo di dose e della dose per impulso, in particolare attraverso l’uso di un cannone a diodo.
Altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, che consenta un immediato raggiungimento di un valore ideale del rateo di dose della radiazione elettronica diffusa.
Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, che, conseguentemente al raggiungimento del suddetto valore ideale, consenta di fissare il rateo di dose della radiazione elettronica diffusa.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, secondo la rivendicazione 1 allegata; altre caratteristiche tecniche di dettaglio sono contenute nelle rivendicazioni successive.
Forma ancora oggetto specifico della presente invenzione un procedimento di misura relativo, secondo la rivendicazione 8 allegata, ed una macchina per il trattamento di radioterapia intraoperatoria, che incorpora il dispositivo di controllo della dose per impulso di cui sopra, secondo la rivendicazione 9 allegata.
In modo vantaggioso, il dispositivo di controllo della dose per impulso secondo l’invenzione consente di ottenere una modulazione della dose e del rateo di dose (dose-rate) della radiazione elettronica diffusa per ciascun impulso di radiazione emesso, attraverso l’utilizzo di un cannone a diodo, di architettura sostanzialmente semplice ed avente una elettronica di pilotaggio sostanzialmente elementare, senza la necessità di impiegare cavi di alta tensione aggiuntivi.
In tal modo, à ̈ possibile modulare il rateo di dose secondo le indicazioni radiobiologiche ottimali ed à ̈ possibile altresì ottenere un immediato raggiungimento del suo valore ideale così definito e fissare così di conseguenza il rateo di dose della radiazione diffusa.
Inoltre, si ottiene una grande dinamica, in quanto vi à ̈ la possibilità di avere un rapporto qualsiasi e prefissato tra dose-rate ed Unità Monitor (UM) della macchina, ed à ̈ altresì possibile differenziare i valori della dose desiderata per ogni valore di energia previsto, ottimizzando così anche i tempi della terapia.
Infine, il dispositivo consente di ottenere un rapporto fra dose ed impulso stabile e ripetibile nel tempo.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una sua preferita forma esecutiva, con particolare riferimento alla figura 1 del disegno allegato, che mostra schematicamente il principio di funzionamento del dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica, emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, oggetto dell’invenzione.
Con riferimento alla figura 1 menzionata, il dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica emessa durante un trattamento (unico e non frazionato) di radioterapia intraoperatoria, secondo la presente invenzione, consente, grazie ad un sistema di modulazione a larghezza di impulso nel tempo (PWM), una iniezione del fascio elettronico costante ad ogni impulso.
In tal modo, il fascio di elettroni FE viene iniettato dal cannone G (GUN) nell’acceleratore lineare AL (LINAC) a tensione e, quindi, energia costanti.
Inoltre, il fascio FE à ̈ ritardato in modo da essere iniettato nel cannone G nella fase di massimo trasferimento di energia della radio-frequenza (RF) all’acceleratore AL (LINAC) e questo garantisce la costanza nell’energia degli elettroni all’interno dell’acceleratore AL (LINAC) stesso.
Il fascio di elettroni uscente FU dall’acceleratore AL à ̈ quindi altamente stabile e la variazione di dose à ̈ ottenuta per sola variazione del tempo di erogazione del fascio in entrata FE (larghezza dell’impulso) ed à ̈ direttamente proporzionale a questo tempo.
Poiché quindi la dose risulta proporzionale alla durata temporale del fascio di elettroni FE, come descritto in precedenza, à ̈ possibile ridurre o aumentare facilmente questo valore di dose e portare così il valore attuale delle Unità Monitor UM della macchina (prelevato dalle Camere Monitor CM poste sul fascio di elettroni in uscita FU) a coincidere con un valore prefissato VPM in unità standard (per esempio, 1 cGy = 1 UM), mentre una unità di controllo a microprocessore MP consente inoltre di differenziare i valori di dose di radiazione elettronica desiderati per ogni valore di energia prevista, ottimizzando così anche i tempi della terapia.
Una volta stabilito il valore attuale di Unità Monitor UM desiderato, come descritto in precedenza, si utilizza poi un sistema di controllo a controreazione, di tipo proporzionale-integrale-derivativo (PID), governato dall’unità di controllo a microprocessore MP, alla cui uscita à ̈ presente un fattore di correzione FC che si somma al valore attuale VA della larghezza di impulso del fascio di elettroni FE, da cui risulta un rapporto fra la dose di radiazione elettronica e l’impulso della radiazione molto preciso ed altamente ripetibile nel tempo.
Il funzionamento del dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, secondo la presente invenzione, Ã ̈ sostanzialmente il seguente.
Ad ogni impulso di radiazione viene confrontato il valore attuale di Unità Monitor UM rilevato con il valore prefissato VPM e la differenza D fra i due segnali viene utilizzata, tramite l’unità di controllo a microprocessore MP, per correggere la durata dell’impulso del fascio di elettroni FE in entrata nel cannone G, in corrispondenza del catodo dell’acceleratore lineare AL (LINAC), operandovi altresì una modulazione a larghezza di impulso nel tempo (PWM), tramite il sistema di controreazione PID, per riportare il valore attuale di Unità Monitor UM pari a quello desiderato e prefissato VPM; tutto ciò per ogni energia disponibile.
Inoltre, come detto, l’impulso della radiazione elettronica generato in corrispondenza del cannone G viene generato in ritardo, in modo che si esaurisca il transitorio di radio-frequenza (RF) per assicurare che l’intervallo di tempo entro cui vengono generati gli elettroni coincida con l’intervallo di tempo entro cui il generatore di radio-frequenza (tipicamente un Magnetron) sta effettuando il massimo trasferimento di potenza all’acceleratore lineare AL; con tale accorgimento, l’energia cinetica del fascio di elettroni FU emessi dall’acceleratore lineare AL presenta un valore costante.
Infine, il dispositivo descritto permette di ottenere la modulazione del dose-rate e della dose per impulso impiegando un cannone G a diodo, a differenza dei cannoni a triodo impiegati nell’arte nota; ciò à ̈ ulteriormente vantaggioso, in quanto l’utilizzo di un cannone a triodo, rispetto al cannone a diodo, necessita di una architettura più complessa, di una elettronica di pilotaggio notevolmente più complessa e, non ultimo, dell’uso di un cavo di alta tensione aggiuntivo.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo di controllo della dose per impulso della dose totale di radiazione elettronica emessa durante un trattamento di radioterapia intraoperatoria, che à ̈ oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.
In particolare, i suddetti vantaggi sono costituiti dalle seguenti caratteristiche:
- possibilità di modulare il dose-rate secondo le indicazioni radiobiologiche ottimali;
- possibilità di fissare il dose-rate della radiazione elettronica diffusa;
- iniezione del fascio elettronico a tensione costante ad ogni impulso di radiazione emessa;
- grande dinamica e possibilità di avere un valore del rapporto dose/Unità Monitor qualsiasi e prefissato;
- rapporto dose/impulso stabile e ripetibile nel tempo.
E’ chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate al dispositivo di controllo della dose per impulso in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come à ̈ chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti, senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione come definito dalle rivendicazioni allegate.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica emessa durante un trattamento unico di radioterapia intraoperatoria, comprendente un sistema di modulazione a larghezza di impulso nel tempo (PWM), atto ad effettuare una iniezione a tensione costante ad ogni impulso del fascio di elettroni (FE) in ingresso ad un cannone (G) di un acceleratore lineare (AL), in modo che il fascio di elettroni (FU) in uscita da detto acceleratore lineare (AL) risulti altamente stabile e si ottenga una variazione di dose di radiazione elettronica di detto fascio di elettroni (FU) a seguito della sola variazione del tempo di erogazione di detto fascio di elettroni (FE), detta variazione di dose essendo direttamente proporzionale a detto tempo di erogazione.
- 2. Dispositivo di controllo della dose per impulso come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto fascio di elettroni (FE) Ã ̈ iniettato dal cannone (G) in detto acceleratore lineare (AL) a tensione ed energia costanti.
- 3. Dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fascio di elettroni (FE) Ã ̈ ritardato in modo da essere iniettato nel cannone (G) di detto acceleratore lineare (AL) in una fase di massimo trasferimento di energia a detto acceleratore lineare (AL).
- 4. Dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta variazione di dose à ̈ ottenuta a partire da una misurazione delle Unità Monitor (UM) in uscita dalle Camere Monitor (CM) poste su detto fascio di elettroni in uscita (FU), il cui valore attuale à ̈ fatto coincidere con un valore prefissato (VPM) in unità standard.
- 5. Dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che una unità di controllo a microprocessore (MP) à ̈ impiegata per differenziare i valori di dose di radiazione elettronica desiderati per ogni valore di energia di detto acceleratore lineare (AL).
- 6. Dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che un sistema di controllo a controreazione, di tipo proporzionale-integralederivativo (PID) e governato da detta unità di controllo a microprocessore (MP), la quale fornisce un fattore di correzione (FC) che si somma ad un valore attuale (VA) di larghezza di impulso di detto fascio di elettroni (FE), invia un segnale costante, relativo al rapporto fra detta dose di radiazione elettronica e l’impulso della radiazione di detto fascio di elettroni (FE) prodotto dal cannone (G), a detto acceleratore lineare (AL).
- 7. Dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto cannone (G) Ã ̈ del tipo a diodo.
- 8. Procedimento di controllo della dose per impulso effettuato tramite un dispositivo di controllo della dose per impulso come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno le seguenti fasi: - confronto, ad ogni impulso di radiazione elettronica di detto fascio di elettroni (FE) in entrata, di un segnale corrispondente ad un valore attuale rilevato di Unità Monitor (UM) di detto acceleratore lineare (AL) con un segnale corrispondente a detto valore prefissato (VPM); - impiego di un segnale differenza (D) fra detto segnale corrispondente ad un valore attuale rilevato di Unità Monitor (UM) e detto segnale corrispondente a detto valore prefissato (VPM) per correggere, tramite detta unità di controllo a microprocessore (MP), la durata di impulso di detto fascio di elettroni (FE) di detto acceleratore lineare (AL); - modulazione a larghezza di impulso nel tempo (PWM), tramite un sistema di controreazione, di tipo proporzionale-integrale-derivativo (PID), del segnale in entrata a detto cannone (G) dell’acceleratore lineare (AL), per ogni energia disponibile, in modo da portare detto valore attuale di Unità Monitor (UM) pari a detto valore prefissato (VPM).
- 9. Macchina di radioterapia intraoperatoria comprendente un dispositivo di controllo della dose per impulso di radiazione elettronica emessa come ad almeno una delle rivendicazioni 1-7.
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| CA2874387A1 (en) | 2013-11-28 |
| CN104519957A (zh) | 2015-04-15 |
| US20150174430A1 (en) | 2015-06-25 |
| EA201401287A1 (ru) | 2015-04-30 |
| WO2013175517A1 (en) | 2013-11-28 |
| EP2852435A1 (en) | 2015-04-01 |
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