MXPA01001371A - Sistema de verificacion de radioterapia - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a en radioterapia, un arreglo de formación de imagen de alta calidad puede ser colocado después del paciente y opuesto a la fuente de radiación, para ser utilizado durante el tratamiento con radiación, para verificar la operación de un sistema operador o dispositivo similar y/o para computar la dosis administrada al paciente. Se puede utilizar un modelo del paciente y ser invertido con el fin de estimar los valores de la fluencia de energía antes de la absorción por el paciente y el traslape de los diversos haces de radiación que pasan a través del paciente. Un patrón de prueba de la excitación del obturador para iluminar un rayo simple a un tiempo, proporciona un método simple para obtener el modelo necesario. La dosis a partir de este patrón de prueba puede ser sustraída del tratamiento de radiación subsiguiente para proporcionar dosis total limitada o sin incremento al paciente.

Description

SISTEMA DE VERIFICACIÓN DE RADIOTERAPIA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general al equipo de terapia con radiación para el tratamiento de tumores o similares, y específicamente a una máquina de terapia con radiación que permite el control individual en tiempo real de la intensidad de los rayos múltiples dentro de un haz de radiación para tratamiento. El equipo médico para la terapia con radiación trata tejidos tumorales con radiación de alta energía. La cantidad de radiación y su colocación deben ser controladas de manera precisa para asegurar que el tumor reciba suficiente radiación para ser destruido, y que el daño al tejido no tumoral circunvecino, sea minimizado. Un método altamente preciso para controlar la dosis a un paciente, emplea una fuente de radiación que produce un haz de radiación compuesto de muchos rayos individuales, cuya intensidad puede ser individualmente controlada. Este haz puede ser producido por una serie de obturadores, cada uno controlando un rayo, y por un rayo modulado simple Ref: 127116 que se mueve a través del paciente para crear el haz sobre un intervalo de tiempo. El origen de los rayos se mueve sobre una gama de ángulos alrededor del paciente, y al seleccionar adecuadamente las intensidades del rayo a diferentes ángulos, las regiones complejas dentro del paciente pueden ser irradiadas de manera precisa. Las Patentes de los Estados Unidos Nos. , 724, 400 5,673,300; 5,668,371; 5,661,773; 5, 625, 663 5,548,627; 5,528,650; 5,442,675; 5, 394, 542 y 5,317,616, todas cedidas a la misma cesionaria que la presente solicitud, e incorporadas por referencia en la presente, describen la construcción de una máquina de este tipo y un método para calcular las intensidades de rayo necesarias como una función del ángulo. En la máquina descrita, los obturadores conjuntados entre los estados abierto y cerrado controlan cada uno la intensidad de un rayo individual correspondiente, no obstante son también conocidos otros métodos para administrar rayos de intensidades variantes, incluyendo aquellos que utilizan un rayo modulado simple y de exploración, y otros sistemas de este tipo .

La promesa de precisión mejorada de tales sistemas de terapia con radiación y su complejidad incrementada, hacen deseable el tener un medio de verificación de la operación correcta de los obturadores, y de este modo de la intensidad de los rayos que irradian al paciente. Un monitor o pantalla de radiación post-paciente, comúnmente conocido como un "detector de salida" puede proporcionar una indicación aproximada de la operación correcta de la máquina de terapia con radiación, pero la atenuación del paciente, la dispersión y el traslape de los rayos en los elementos detectores del detector de radiación postpaciente, previenen la observación directa de la operación del obturador en una imagen post-paciente. No obstante, la sensibilidad del monitor de radiación post-paciente a la atenuación de la radiación por el paciente permite que ésta sea utilizada para la formación de imagen del paciente, para el registro y verificación del posicionamiento del paciente o similar, con los obturadores completamente abiertos. La verificación indirecta de la intensidad puede ser proporcionada por cámaras que observan los obturadores, o sensores montados sobre los obturadores para indicar su operación y movimiento correctos. La información respecto a la operación del obturador conjuntamente proporciona una indicación general de la fluencia de los rayos dirigidos hacia el paciente, con la condición de que el perfil del haz de radiación incidente sobre los obturadores sea conocido y confiable. Preferentemente y como es mostrado en la Patente de los Estados Unidos No. 5,394,452 citada anteriormente, un monitor de radiación pre-paciente puede ser utilizado para realizar la medición directa de la intensidad de los rayos. El monitor pre-paciente proporciona una medición de la fluencia recibida por el paciente pero es problemática y de manera contraria a un monitor de radiación postpaciente, no puede ser utilizado para proporcionar la información respecto a la colocación del paciente o la formación de la imagen del mismo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los presentes inventores han reconocido que un monitor post-paciente solo puede de hecho ser utilizado para verificar la operación del sistema obturador durante la terapia con radiación en un paciente particular, si la respuesta de la atenuación del paciente y las trayectorias de los rayos pueden ser modelados de manera precisa. El modelo puede entonces ser invertido y aplicado a la radiación detectada que sale del paciente, para dar una indicación de la fluencia de entrada de los rayos individuales u otras cantidades físicas relacionadas, tales como la energía. La fluencia de entrada junto con alguna información respecto al paciente, proveniente de un tomograma o similar, puede ser utilizada para deducir la dosis administrada al paciente. El modelo puede ser construido a partir de una geometría conocida de la máquina de terapia con radiación, y las propiedades estimadas del paciente o el paciente estándar, o propiedades del paciente como es deducido a partir de un tomograma pretratamiento o a partir de una base de datos experimental o teóricamente derivada, o puede ser derivada por una excitación selectiva de diferentes obturadores y mediciones de las señales recibidas inmediatamente antes de o durante la sesión de tratamiento con radiación. La radiación utilizada en tales mediciones puede ser "tomada prestada" del plano del tratamiento mismo para dejar la dosis total al paciente, sin afectar. Específicamente, la invención proporciona un método para verificar la operación de una fuente de radiación para radioterapia en una máquina de radioterapia operable para producir rayos múltiples de radiación que tienen fluencia controlable. Los rayos son dirigidos a través de un volumen del paciente hacia un detector de elementos detectores múltiples, que proporcionan señales de detector en puntos espacialmente separados, recibiendo cada elemento detector la radiación proveniente de los rayos múltiples. Los pasos incluyen la recepción de un plan de tratamiento para operar la fuente de radiación, para producir un grupo de rayos de fluencia predeterminada y operando la máquina de radioterapia de acuerdo al plan de tratamiento recibido. Concurrentemente con la terapia de radiación, las señales detectoras son medidas y procesadas utilizando un modelo de la atenuación esperada de cada rayo que pasa desde la fuente de radiación a través del volumen del paciente, hacia el detector, para deducir una fluencia medida de cada uno de los grupos de rayos. Finalmente, la fluencia medida es comparada a la fluencia predeterminada de cada rayo para verificar la operación de la fuente de radiación o para deducir la dosis aplicada al paciente. De este modo un objetivo de la invención es proporcionar un sistema de terapia con radiación que requiere únicamente un monitor de radiación postpaciente simple. Debido a que el monitor de radiación no está interpuesto entre el paciente y la fuente de radiación, éste puede ser en parte o totalmente absorbente proporcionando mayor flexibilidad en el diseño. De manera contraria a un monitor pre-paciente, el monitor post-paciente puede ser utilizado para la formación de la imagen del paciente y para tareas de colocación o posicionamiento. El modelo puede estar basado en la geometría conocida del sistema de terapia con radiación opcionalmente aumentado por la información tomográfica respecto al paciente. Alternativamente, el modelo puede ser producido a partir de una serie de mediciones del paciente o un fantasma en el cual la fuente de radiación es operada para producir una secuencia predeterminada de fluencias de prueba para el grupo de rayos, y aquellas fluencias utilizadas para producir un modelo. Los datos pueden ser almacenados en una base de datos y opcionalmente los grupos de datos son combinados para producir datos para un paciente estándar. De este modo un objetivo adicional de la invención es proporcionar un sistema de verificación que explique de manera precisa la modificación del haz conforme éste pasa a través del paciente. La secuencia predeterminada de fluencias de prueba para el grupo de rayos puede proporcionar una fluencia unitaria para un rayo a un tiempo, para crear una respuesta de impulso del paciente/fuente de radiación. De este modo, un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un método simple para caracterizar al paciente, y la trayectoria de radiación tal como puede ser utilizada para la verificación de la salida de la fuente de radiación y/o la dosis por un detector de radiación postpaciente . Grupos múltiples de rayos pueden ser simultáneamente energizados a la fluencia unitaria en la secuencia predeterminada con la condición de que los rayos no se traslapen en el detector o se traslapen mínimamente.

De este modo, otro objetivo más de la invención es proporcionar un método rápido para adquirir los datos necesarios para el modelo utilizado para la verificación. El plan de tratamiento con radiación puede ser modificado para sustraer las fluencias de la secuencia predeterminada de fluencias de prueba, con lo cual se deja la dosis al paciente, sin incrementar . De este modo, otro objetivo más de la invención es proporcionar una caracterización extremadamente precisa del paciente utilizando la radiación efectiva utilizada para el tratamiento, al tiempo que se evita la penalidad de la dosis incrementada al paciente. La secuencia redeterminada puede proporcionar una fluencia unitaria únicamente para rayos efectivamente utilizados en el plan de tratamiento con radiación. Pueden ser realizadas estimaciones para aquellos rayos no tan medidos. De este modo, otro objetivo más de la invención es proporcionar una modelación precisa del paciente únicamente para rayos cuya dosis puede ser "tomada prestada" de otras porciones del plan de radiación, previniendo el incremento de la dosis total al paciente. Otro objetivo más de la presente invención, por lo tanto, es proporcionar alguna información para la verificación de los rayos que no se espera que sean utilizados en el sistema de terapia con radiación con el fin de rastrear los posibles errores en los cuales éstos pudieran estar abiertos. El plan de tratamiento puede incluir sesiones múltiples, y el método puede proporcionar la corrección del plan de tratamiento para explicar las desviaciones entre la fluencia medida y la fluencia predeterminada para las sesiones subsiguientes . De este modo, otro objetivo más de la presente invención es acomodar errores menores en el tratamiento a través de la acción correctiva sobre los tratamientos subsiguientes. El anterior y otros objetivos y ventajas de la invención aparecerán a partir de la siguiente descripción. En la descripción, se hace referencia a los dibujos anexos, los cuales forman una parte de la misma y en los cuales se muestra a manera de ilustración una modalidad preferida de la invención. Tal modalidad no necesariamente representa el alcance completo de la invención, no obstante, y se debe hacer referencia a las reivindicaciones en la presente para interpretar el alcance de la invención .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva del montaje del sistema obturador utilizado en la presente invención, que muestra las hojas obturadoras y sus accionadores electromagnéticos asociados; La Figura 2 es una sección transversal del sistema obturador de la Figura 1 a lo largo de la línea 2-2 que muestra el aspecto trapezoidal de cada hoja obturadora para un haz de radiación en abanico, y los rieles de guia para soportar las hojas obturadoras cuando éstas se mueven; La Figura 3 es un diagrama de bloques que muestra los elementos de una máquina de terapia con radiación que incorpora un explorador CT convencional y el sistema obturador de la presente invención, y que incluye una computadora adecuada para controlar ese sistema obturador por la presente invención; La Figura 4 es una representación simplificada del pórtico de la máquina de terapia con radiación de la Figura 3, que muestra las variables utilizadas en el cálculo de un modelo de paciente; La Figura 5 es una figura similar a aquella de la Figura 4, que muestra las complicaciones en la determinación de la fluencia de entrada en un detector de radiación post-paciente, provocada por el traslape de la radiación de diferentes rayos en el detector de radiación post-paciente; La Figura 6 es una tabla que muestra un patrón de accionamiento de obturador tal como el que proporciona fluencias de prueba para medir una respuesta de impulso del paciente/sistema obturador, adecuado para derivar un modelo del sistema obturador para el paciente; La Figura 7 es una figura similar a aquella de la Figura 6, que proporciona un patrón de accionamiento de obturador, más complejo, para proporcionar un modelo mejor que explique la penumbra y otras no linearidades ; La Figura 8 es un diagrama de flujo de los pasos del presente método en la verificación, modelación y corrección de una sesión de terapia con radiación; La Figura 9 es una vista amplificada de un obturador de la Figura 2, que muestra los efectos de lengua y muesca y penumbra; y La Figura 10 es una figura similar a aquella de la Figura 6, que muestra un patrón de accionamiento de obturador que proporciona un método rápido para la generación de un modelo del paciente/sistema obturador.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la Figura 1, una máquina 10 de terapia con radiación, adecuada para el uso con la presente invención, incluye una fuente de radiación 12 que produce un haz de radiación 14' en general cónico, que emana de un punto focal 18 y dirigido hacia un paciente 17 (no mostrado en la Figura) . El haz de radiación cónica 14' es colimado por una máscara opaca rectangular 16 construida de un grupo de cuchillas del sistema obturador, rectangulares, para formar un haz de radiación en abanico 1.4, en general plano, centrado alrededor de un plano 20 del haz de radiación en abanico.

Un sistema obturador 22 está centrado en el haz de radiación en abanico 14 y alrededor del plano 20 del haz de radiación en abanico antes de que el haz de radiación sea recibido por el paciente 17, e incluye una pluralidad de hojas trapezoidales adyacentes 30, las cuales conjuntamente forman un arco de radio constante alrededor del punto focal 18. Cada hoja está construida de un material radio opaco denso tal como plomo, tungsteno, cerio, tántalo o una aleación relacionada. Las hojas 30 son mantenidas en los manguitos 24, de modo que cada hoja 30 puede deslizarse completamente dentro de su manguito correspondiente 24 para bloquear el rayo 28 asociado con ese manguito 24. Preferentemente, las hojas 30 del sistema obturador 22 subtienden el haz de radiación en abanico, completo, para dividir el haz de radiación en abanico en un grupo de rayos 28 adyacentes, similares a una losa a ángulos de desplazamiento f. Cuando la hoja 30 bloquea su rayo correspondiente 28, éste es referido como que está en el estado cerrado. Los manguitos 24 son de longitud amplia para permitir que cada hoja 30 se deslice fuera de la trayectoria del haz de radiación en abanico para dejar su rayo correspondiente 28 completamente no obstruido y todavía ser guiado por el manguito 24. En esta posición de no aseguramiento, se hace referencia a que una hoja está en el "estado abierto". Cada hoja 30 puede moverse rápidamente entre su estado abierto y cerrado por medio de un accionador electromagnético 32 similar a un relevador primario, conectado a la hoja 30 por un miembro deslizador 34. La fluencia pasada por el rayo 28 puede ser controlada al cambiar el ciclo de trabajo del movimiento de la hoja que es la proporción de tiempo entre la cual ésta está en el estado abierto, en oposición al estado cerrado. Con referencia a la Figura 2, las hojas 30 son soportadas y guiadas dentro de los manguitos 24 por las lengüetas de guía 36 ajustadas dentro de las muescas 38, cortadas a lo largo de los bordes de las hojas 30. Las muescas 38 permiten que las lengüetas de guia 36 retengan deslizablemente las hojas 30 dentro de los manguitos 24 durante el movimiento entre los estados abierto y cerrado. Con referencia ahora a la Figura 3, la fuente de radiación 12 está montada sobre un pórtico 44, éste último girando dentro del plano 20 del haz de radiación en abanico alrededor de un centro de rotación 45 en el paciente 17, de modo que el haz 14 de radiación en abanico puede irradiar una rebanada del paciente 17 desde una variedad de ángulos de pórtico ?. La fuente de radiación 12 es controlada por un módulo 48 de control de radiación, el cual enciende o apaga el haz de radiación 14 bajo el control de una computadora 51. Un control 52 del sistema obturador dirigido por un cronómetro que genera señales de posición deseadas, proporciona la excitación eléctrica a cada electromagneto para controlar, de manera separada, los accionadores 32 para mover cada una de las hojas 30 dentro y fuera de su manguito correspondiente 24 y el rayo 38 (ver también Figura 1) . Alternativamente se puede utilizar un sistema neumático. El control 52 del sistema obturador mueve las hojas 30 del sistema obturador 22 rápidamente entre sus estados abierto y cerrado ya sea para atenuar completamente o no proporcionar atenuación a cada rayo 28. Las graduaciones en la fluencia de cada rayo, como son necesarias para el perfil de fluencia, son obtenidas mediante el ajuste de la duración relativa durante la cual cada hoja 30 está en la posición cerrada, en comparación a la duración relativa durante la cual cada hoja 30 está en la posición abierta para cada ángulo de pórtico. Se entenderá a partir de la siguiente descripción, no obstante, que la presente invención no está limitada a un sistema obturador unidimensional, sino que puede ser utilizada en cualquier máquina de terapia con radiación que permita modulación independiente de una serie de rayos de radiación dirigidos a través del paciente, ya sea simultáneamente o en un intervalo de tiempo. De este modo, los sistemas obturadores bidimensionales, los obturadores tipo cuña o incluso la modulación electrónica del haz es adecuada para el uso con la invención . La proporción entre los estados cerrado y abierto o el "ciclo de trabajo" para cada hoja 30, afecta la energía total pasada por una hoja 30 dada en cada ángulo de compuerta, y de este modo controla la fluencia promedio de cada rayo 28. La habilidad para controlar la fluencia promedio a cada ángulo de pórtico, permite el control preciso de la dosis proporcionada por el haz de radiación 14 a través del volumen irradiado del paciente 17, mediante los métodos de planeación de terapia que van a ser descritos más adelante. El control 52 del sistema obturador también se conecta con la computadora 51 para permitir el control del programa del sistema obturador 22 que va a ser descrito. Un sistema 11 de formación de imagen tomográfica opcional, que emplea una fuente 46 de rayos X y un arreglo detector 50, opuesto, puede ser ventajosamente montado sobre el mismo pórtico 44 que la fuente de radiación 12 para producir una imagen tomográfica o de rebanada de la rebanada irradiada del paciente 17, antes de la terapia con radiación para fines de planeación. Alternativamente, tal formación de imagen tomográfica puede ser realizada en una máquina separada, y las rebanadas alineadas de acuerdo a puntos fiduciales sobre el paciente 17. Un módulo 54 de control de pórtico proporciona las señales necesarias para hacer girar el pórtico 44 y por lo tanto para cambiar la posición de la fuente de radiación 12 y el ángulo ? de pórtico del haz de radiación 14 en abanico para la terapia con radiación, asi como para la fuente 46 de rayos X, de tomografía computarizada, y el arreglo detector 50 también acoplado al pórtico 44. El módulo 54 de control de pórtico se conecta con la computadora 51, de modo que el pórtico puede ser girado bajo el control de la computadora y también proporcionarle a la computadora una señal que indique el ángulo ? del pórtico, para ayudar en ese control . Los módulos de control para el sistema de formación de imagen tomográfica 11 incluyen: el módulo 56 de control de rayos X, para encender y apagar la fuente 46 de rayos X y el sistema 58 de adquisición de datos para recibir los datos provenientes del arreglo detector 50 con el fin de construir una imagen topográfica. Un reconstructor de imagen 60 que comprende típicamente un procesador de arreglo de alta velocidad o similar, recibe el dato proveniente del sistema 58 de adquisición de datos con el fin de ayudar en la "reconstrucción" de una imagen de tratamiento tomográfico a partir de tal dato de acuerdo a los métodos bien conocidos en la técnica. El reconstructor de imagen 60 puede también utilizar las señales 59 detectoras de radiación post-paciente para producir una imagen de absorción tomográfica para ser utilizada para la verificación y fines de planeación de terapia futura como se describe con más detalle más adelante. Una terminal 62 que comprende un teclado y una unidad de pantalla 63 permite que un operador introduzca programas y datos a la computadora 51 y controle la máquina 10 de terapia con radiación y el sistema 11 de formación de imagen tomográfica y muestre las imágenes proporcionadas por el reconstructor de imagen 60 en la unidad de pantalla 63. Un sistema 64 de almacenamiento en masa, que es ya sea una unidad de disco magnético o unidad de cinta, permite que el almacenamiento de datos recolectados por el sistema 11 de formación de imagen tomográfica y el detector 53 de radiación post-paciente, para el uso posterior. Los programas de computadora para operar la máquina 10 de terapia con radiación serán en general almacenados en el sistema 64 de almacenamiento en masa y cargados en la memoria interna de la computadora 51 para el procesamiento rápido durante el uso de la máquina 11 de terapia con radiación. La fuente de radiación 12 puede ser un acelerador lineal excitado en el modo pulsado con los pulsos en sincronía con el convertidor de digital a analógico del sistema 58 de adquisición de datos, de modo que un grupo de observaciones puede ser obtenido durante la apertura y cierre del obturador. Como un ejemplo no limitante, si cada proyección de radiación a un ángulo dado ? de pórtico durante la radioterapia es de 1 segundo, la velocidad de pulso del acelerador lineal puede ser de doscientas veces por segundo proporcionando estudio de movimiento en tiempo real, del movimiento de las hojas 30 con base en la fluencia cambiante que sale de la hoja y que entra al paciente 17. Durante la operación de la máquina 11 de terapia con radiación, el control 52 del sistema obturador recibe desde la computadora 51 un sinograma de tratamiento que comprende un perfil de fluencia para cada ángulo ? de pórtico. El sinograma de tratamiento describe la intensidad o la fluencia de cada rayo 28 del haz de radiación 14 que se desea para cada ángulo ? de pórtico en una posición dada de la mesa de soporte del paciente (no mostrada) como es traducida a través del haz de radiación 14. Con referencia ahora a la Figura 4, un sistema obturador proporciona el control de un número total J de los rayos 28, identificado por el Índice variable j = 1 a J. Cada rayo 28 generado por el sistema obturador 22 pasa a través del paciente 17 a lo largo de la línea central 66 del rayo, para ser detectado por el detector 53 de radiación post-paciente que tiene I elementos detectores identificados por el índice variable i = 1 a I. Cada elemento detector produce una señal S? ( t ) relacionada a un elemento detector i. La señal puede indicar la fluencia, la energía o cualquier cantidad física relacionada. La verificación periódica de la operación del sistema obturador 22 por medio del detector de radiación 53 post-paciente, es complicada por la atenuación producida por el paciente 17 a lo largo de la línea central 66 del rayo. De este modo, si la fluencia recibida por el detector 53 de radiación post-paciente parece variar de aquella demandada por el sinograma del tratamiento, debe también ser realizada una determinación de si el sistema obturador 22 está funcionando mal o si la atenuación del paciente 17 es diferente de aquella anticipada. Por lo tanto, se entenderá que el sistema puede ser utilizado para detectar el movimiento del paciente, con la condición de que la fluencia de entrada o la operación correcta de los obturadores sea obtenida de alguna otra manera. Con referencia ahora a la Figura 5, una segunda complicación de utilizar el detector 53 de radiación post-paciente para verificar periódicamente el sistema obturador 22, es que los rayos 28 de hecho subtienden un ángulo a alrededor de su línea central 66, típicamente mayor que el tamaño deseado de un elemento detector simple del detector 53 de radiación post-paciente. De este modo, cada elemento detector recibe la radiación de rayos múltiples y un intento para determinar si una hoja i dada del sistema obturador 22 está funcionando adecuadamente, puede requerir conocimiento del estado de las otras hojas. Los presentes inventores han reconocido que estas circunstancias complicadas pueden no obstante ser superadas por una modelación de la atenuación del paciente 17 y la geometría que describe la relación entre el sistema obturador 22 y el detector 53 de radiación post-paciente, específicamente en la forma de un grupo de ecuaciones simultáneas. Como se describió anteriormente, asumiendo que existen J hojas 30 e I elementos detectores 68, entonces en general, la señal Sí (t ) recibida por el elemento detector i a un tiempo t puede ser escrita como : S? (t) = duw ft) + di2w2 (t) + di3w3 (t) + "+ dijWj (t) (1) donde du representa la señal que debería ser adquirida en el elemento detector i para una unidad de fluencia de energía distribuida por una hoja , y Wj representa la fluencia total que sale del sistema obturador 22 en la hoja . Nótese en general que la señal S- (t ) para cada elemento detector i es una función de los rayos múltiples y una función de las propiedades de atenuación del paciente 17. Los valores d±j pueden ser considerados como un grupo de respuestas del sistema debido a las funciones de impulso producidas por las diferentes hojas 30. A un primer orden, la dependencia principal de los elementos dij será sobre la longitud de la trayectoria radiológica a través del paciente desde el sistema obturador 22 hacia el detector 53 de radiación post-paciente. Para cualquier ángulo dado del pórtico ? alrededor del paciente, dí se puede considerar independiente del tiempo. La señal del grupo completo de elementos detectores 68 puede ser escrita en forma de matriz como: Esto puede ser escrito en notación simplificada como: S(t) = [dijCt] w(t) (3) En una configuración típica, la matriz de dij valores será una matriz no cuadrada escasa. Por lo tanto, un pseudo-inverso de la matriz puede ser obtenido para computar los valores de Wj (t) con base en un conocimiento de las señales Si (t) recibidas por el detector 53 de radiación post-paciente. De este modo, si los elementos dij pueden ser obtenidos y el sistema es lineal y su inverso puede ser computado, la operación del sistema obturador 22 puede ser verificada por las señales Sí(t) provenientes del detector 53 de radiación post-paciente, para suplementar o ser utilizadas en vez de otros mecanismos de verificación. En general por lo tanto: Con referencia ahora a la Figura 6, la matriz [dij(t)] proporciona un modelo del sistema de paciente/obturador y puede ser producido mediante (1) la realización de presuntos respecto al paciente 17 y la incorporación de parámetros conocidos de la geometría de la máquina de terapia con radiación, o (2) efectivamente medido, o (3) una combinación de estos dos procedimientos. En una modalidad, la matriz [ dij ( t ) ] es obtenida utilizando un espectro fantasma que se aproxima a un paciente, e irradiado para medir los valores de la matriz [ dij (t ) ] como se describirá más adelante. La matriz [ dij ( t ) ] es luego almacenada y adaptada al paciente de acuerdo a las diferencias brutas entre el paciente y el espectro fantasma. Alternativamente, la matriz [ d j (t ) ] puede ser obtenida mientras que el paciente está en su sitio sobre la máquina de terapia con radiación. En cualquier caso, la medición de los valores de dij puede ser obtenida al energizar individualmente cada hoja 30 en secuencia, de modo que únicamente una hoja 30 es abierta a un tiempo dado como es indicado por el diagrama de sincronización de la Figura 6 que muestra una abertura como las celdas que tienen una x. Para cada hoja abierta, se obtiene una columna de valores ij de matriz como puede ser comprendido a partir de la inspección de las ecuaciones anteriores al notar que una hoja simple corresponde al vector w poseedor de un valor simple diferente de cero. Este proceso puede ser repetido para cada ángulo ? de pórtico, de modo que un número de matrices dijß puede ser encontrado y sus inversos utilizados a diferentes tiempos durante la terapia con radiación para aplicarse a las señales recibidas Si ( t , ?) de acuerdo al ángulo ? de pórtico particular, al cual son recibidas las señales. La matriz de valores dije acomodarán las propiedades de atenuación del paciente 17 referidas anteriormente con respecto a la Figura 4 y la interacción entre los rayos y los elementos detectores referidos anteriormente con respecto a la Figura 5. Los estudios preliminares indican que tan pocos como tres pulsos del acelerador lineal son suficientes para medir d_ . Con referencia entonces a la Figura 8, una sesión de terapia con radiación puede comenzar con la recepción de un sinograma de tratamiento 70 como es indicado por el bloque de proceso 70 igualmente numerado. Al mismo tiempo, puede ser tomado un tomograma 72 del paciente como es indicado por el bloque de proceso 72 similarmente numerado, haciendo uso del arreglo detector 50 y de la fuente 46 de rayos X, descritos anteriormente.

El tomograma puede ser utilizado para registrar adecuadamente el paciente 17 sobre la máquina de terapia con radiación, como es indicado por el bloque de proceso 74, ya sea mediante el movimiento del paciente 17 sobre una mesa de soporte o similar, o modificando el sinograma de tratamiento 70 para conformarse con el paciente movido. Tipicamente, un sinograma de tratamiento 70 dará como resultado que ciertas hojas 30 a ciertos ángulos ? no se abran. En una modalidad preferida, únicamente para aquellas hojas que son abiertas existe una medición de los valores dij realizados, como se indicó por el bloque de proceso 76. Como se describió anteriormente, las hojas que serán abiertas durante el tratamiento se abren una a la vez proporcionando mediciones de las columnas de la matriz [ d~íj (t ) ] anteriormente mencionadas. Como es indicado por el bloque de proceso 78 en paralelo con el bloque de proceso 76, para esas hojas que no se abren durante la terapia y en las cuales puede ser deseado un valor dij , los valores de dij pueden ser estimados o modelados ya sea utilizando valores d2j comparables obtenidos con un espectro fantasma colocado en lugar del paciente 17, por ejemplo, un espectro fantasma de agua que representa un propiedad de atenuación promedio del paciente, o haciendo uso de la información derivada del tomograma 72. Tales valores d±j pueden ser utilizados para fines de verificar periódicamente las hojas 30 normalmente cerradas contra la posible apertura accidental. Los estimados de este tipo pueden también ser obtenidos para reducir el tiempo requerido para obtener los valores dij o para reducir la dosis al paciente 17. En el caso de utilizar un espectro fantasma para modelar al paciente 17, esto requiere simplemente la realización de los pasos de apertura de las hojas individuales por bloque de proceso 76, pero con un espectro fantasma en su lugar, y almacenando aquellos valores para el uso posterior. La modelación pura puede ser realizada mediante el uso de las técnicas Monte Cario u otras técnicas en un paciente estándar o los datos adquiridos del tomograma 72. En el bloque de proceso 80 exitoso, la matriz [ dij ( t ) ] es invertida para el uso en la verificación periódica del sistema obturador 22. En un bloque de proceso 82, opcional, la dosis administrada al paciente 17 en el proceso de medición de los valores dij por bloque de proceso 76, puede ser sustraída del sinograma de tratamiento 70 para dar como resultado ningún incremento neto en la dosis al paciente como resultado de este proceso. El uso de la modelación del bloque de proceso 78 para hojas que no son normalmente abiertas, facilita esta habilidad para eliminar la dosis extra. En el bloque de proceso 84, el tratamiento de terapia con radiación es administrado con una verificación periódica o monitoreo de las señales Si ( t ) a partir del detector 53 de radiación postpaciente en cada ángulo ? de pórtico, aplicado contra una matriz invertida [ dij ( t ) ] seleccionada de acuerdo al ángulo ? de pórtico. La corriente oscura o residual puede ser sustraída de las señales Si (t ) antes del procesamiento posterior. En el bloque de proceso 86, esta fluencia w ( t ) es computada utilizando las matrices invertidas [ díj ( t ) ] ' 1 y en el bloque de proceso 88, la fluencia computada es comparada a la fluencia dictada por el sinograma de tratamiento 70 posiblemente como es modificada por el bloque de proceso 82. En el bloque de proceso 90, la dosis administrada al paciente 17 es computada utilizando la fluencia medida determinada en el bloque de proceso 86. Si la fluencia medida es menor que aquella anticipada por el sinograma de tratamiento 70, entonces en el bloque de proceso 92, pueden ser corregidas las etapas posteriores (ángulos ? de pórtico) del tratamiento, o en el caso donde el sinograma de tratamiento es administrado en múltiples sesiones, las sesiones posteriores de sinograma de tratamiento pueden ser compensadas para corregir una escasez o exceso de dosis. Si existe un error consistente en la fluencia, una señal de salida de alarma puede ser proporcionada al operador como es indicado en el bloque de proceso 94, indicando un problema con una o más hojas 30. De igual modo, el funcionamiento de las hojas puede ser verificado periódicamente para las tendencias tales como puedan indicar una falla potencial, y la detección de estas tendencias puede también dar como resultado una condición de alarma. En el bloque de proceso 96, el plan de tratamiento con radiación es continuado y el proceso puede regresar cíclicamente al bloque de proceso 84. Con referencia ahora a la Figura 9, el presunto de linearidad en la operación de las hojas 30 puede ser afectado por un efecto de lengua y muesca/penumbra (TAG-P) de las hojas 30. Con una hoja 30 dada en una posición cerrada, una señal recibida a lo largo de un eje central de la hoja estará a un primer valor 100 bajo correspondiente a la fuga a través de la hoja 30, la dispersión (principalmente a partir de colisiones primarias) y la corriente oscura o residual del detector 53 de radiación post-paciente. En los bordes del rayo 28, no obstante, la señal se elevará a un nivel 102 más alto como resultado de la mayor fuga a través de los bordes de la hoja 30 que incorporan una muesca para el soporte de la hoja 30 (sobre una lengüeta de guia 36, fija, correspondiente descrita anteriormente) y debido a los efectos de penumbra bien conocidos para aquellos expertos en el campo de la óptica. Sucede luego que esto no es equivalente a una cantidad de fluencia de energía por una hoja a un tiempo, en oposición a varias hojas simultáneamente. Esta desviación de la linearidad puede ser acomodada y corregida mediante mediciones empíricas tomadas en un espectro fantasma o similar, evaluando la medición con todas las hojas abiertas versus una hoja a la vez, para definir los elementos detectores del detector 53 de radiación post-paciente en las interfaces entre las hojas 30 de este modo más susceptibles al efecto de penumbra. Esta medición puede también determinar una proporción mediante la cual la señal 102 exceda la señal 100. Esta corrección puede ser obtenida mediante la modelación también y la corrección puede ser iterativa. La información obtenida durante el registro del paciente o la exploración CT puede también ser utilizada para explicar estas no linearidades . En bloque de proceso 86, la fluencia medida puede ser utilizada para proporcionar una medida burda de cuáles hojas 30 se abren y cuáles se cierran, y con base en esta determinación, puede ser aplicada la porción a las señales s¿ ( t ) de los detectores relevantes identificados por ser sujetos a los efectos TAG-P cuando la resolución espacial de los elementos detectores es mucho más fina que aquella proporcionada por las hojas 30. Efectos de más alto orden provocados por TAG-P pueden ser corregidos por una adquisición más compleja de la matriz d1 D . Con referencia a la Figura 7, las hojas individuales 30 pueden ser energizadas junto con las combinaciones de sus hojas vecinas 30 para crear una base de datos más completa que refleje la interacción entre las hojas 30 sobre las señales detectadas. La información de esta base de datos puede ser aplicada nuevamente al realizar una determinación inicial de qué hojas se abren y se cierran, ignorando los efectos TAG-P y luego aplicando la matriz dij apropiada correspondiente a ese estado conocido. La fuga y la transmisión son implícitamente incorporadas en la medición realizada en el bloque de proceso 76. No obstante, ésta es una sobrecorrección cuando todas la hojas son abiertas y no existe fuga o transmisión que vaya a ser considerada. Una corrección de esto puede ponderar el valor de Si ( t ) para disminuirlo conforme más hojas se abren. Una corrección simple es sustraer el valor correspondiente a la fuga y a la transmisión de las diferentes columnas. Con referencia ahora a la Figura 10, la adquisición de la medición de l dij ( t ) ] en el bloque de proceso 76, puede ser acelerada mediante la apertura de múltiples obturadores para los rayos 28 suficientemente lejanos en separación uno del otro de modo que éstos no se traslapan apreciablemente. Como se muestra en la Figura 10, cada tercer hoja se abre para reducir la cantidad total del tiempo requerido para adquirir [ dij ( t ) ] . En general los incrementos adicionales en el tiempo de adquisición pueden ser obtenidos mediante la realización de menores mediciones efectivas de las hojas, y estimando números mayores de hojas con base en la posibilidad sobre las hojas medidas. Las hojas adyacentes pueden también ser simultáneamente abiertas y el traslape corregido mediante desconvolución utilizando la modelación. La descripción anterior es aplicable a sistemas en los cuales el pórtico es colocado en una serie de ángulos ? de pórtico, discretos, alrededor del paciente (o en los cuales la posición del pórtico puede ser aproximada por ángulos de pórtico discretos) mientras que se realiza el tratamiento, conduciendo de este modo a un número limitado de matrices discretas dij ß- Se entenderá, no obstante, que puede ser preferible proporcionar movimiento de pórtico continuo con o sin movimiento continuo del paciente a través del pórtico, proporcionando el último un patrón de exploración helicoidal. En este caso, el dije puede representar las posiciones promedio dentro de un intervalo de ángulos ?? y posiciones z con respecto al paciente o los promedios de lecturas múltiples dentro del intervalo ??. La descripción anterior ha sido aquella de una modalidad preferida de la presente invención, y será aparente apara aquellos que practican la técnica, que pueden ser realizadas muchas modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Con el fin de apercibir al público de las diversas modalidades que pueden caer dentro del alcance de la invención, se realizan las siguientes reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención .

Claims (18)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para verificar la dosis a un paciente en la operación de una máquina de radioterapia que tiene una fuente de radiación operable para producir rayos múltiples de radiación que tienen fluencia controlable y dirigidos a través de un volumen del paciente, para ser recibidos por un detector que tiene elementos detectores múltiples que proporcionan señales detectoras en puntos espacialmente separados, recibiendo cada elemento detector la radiación proveniente de los rayos múltiples, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: a) recibir un plan de tratamiento para operar la fuente de radiación, para producir un grupo de rayos de fluencia predeterminada; b) operar la máquina de radioterapia de acuerdo al plan de tratamiento recibido; c) concurrentemente con el paso (b) medir las señales detectoras; d) procesar las señales detectoras utilizando un modelo de la atenuación esperada y la trayectoria de cada rayo que pasa desde la fuente de radiación a través del volumen del paciente hacia el detector, para deducir una fluencia de cada uno del grupo de rayos; y e) utilizar la fluencia deducida y la información respecto a la estructura de un paciente en el volumen del paciente, para determinar una distribución de dosis al paciente.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo está basado en un paciente estándar y una geometría conocida de la trayectoria de los rayos desde la fuente de radiación a través del volumen del paciente hacia el detector.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo está basado en un espectro fantasma y una geometría conocida de la trayectoria de los rayos provenientes de la fuente de radiación, a través del espectro fantasma hacia el detector.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el modelo está basado en un tomograma del paciente y una geometría conocida de la trayectoria de los rayos desde la fuente de radiación a través del espectro fantasma hacia el detector.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además el paso de: f) adquirir un tomograma que indica la absorción de radiación de un paciente en el volumen del paciente; y g) en donde la información respecto a la estructura de un paciente en el volumen del paciente es obtenida a partir del tomograma.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además el paso de: e) operar la fuente de radiación para producir una secuencia predeterminada de fluencias de prueba para el grupo de rayos; y f) concurrentemente con el paso (e) medir las señales detectoras; g) procesar las señales detectoras del paso (f) para producir el modelo de la atenuación esperada de cada rayo que pasa desde la fuente de radiación a través del volumen del paciente, hacia el detector.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la secuencia predeterminada de fluencias para el grupo de rayos proporciona una fluencia unitaria para un rayo a un tiempo, para crear una respuesta de impulso del volumen del paciente en el detector.

8. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la secuencia predeterminada de fluencias para el grupo de rayos proporciona una fluencia unitaria para múltiples rayos a un solo tiempo, los rayos múltiples se seleccionan tal que los rayos múltiples no se traslapan sustancialmente en el detector para crear respuestas de impulso múltiple simultáneas del volumen del paciente en el detector.

9. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque antes del paso (b) el plan de tratamiento es modificado para sustraer las fluencias de la secuencia predeterminada de fluencias del paso (e), con lo cual se deja la dosis al paciente sin incrementar.

10. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la secuencia predeterminada de fluencias para el grupo de rayos proporciona una fluencia unitaria para un rayo a un tiempo, para rayos no adyacentes e incluyendo el paso (h) de estimar la fluencia de los rayos no en la secuencia predeterminada.

11. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el modelo en una matriz invertida de elementos d J derivada de las fluencias de prueba y en donde las fluencias medidas w (t ) son determinadas de acuerdo a la fórmula: w ( t ) = [d1 3 ( t ) J ' 1 S ( t ) donde S ( t ) son las señales detectoras medidas del paso (c) .

12. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la secuencia predeterminada de las fluencias de prueba incluye únicamente rayos utilizados en el plan de tratamiento .

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye el paso de estimar la fluencia de los rayos no en la secuencia predeterminada de las fluencias de prueba.

14. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la secuencia predeterminada de fluencias de prueba es repetida para una pluralidad de ángulos alrededor del volumen del paciente.

15. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el plan de radiación proporciona rayos dirigidos a una pluralidad de ángulos alrededor del volumen del paciente, y en donde los pasos (b)-(d) son repetidos para cada ángulo del plan de radiación.

16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el plan de tratamiento con radiación está basado en un mapa de dosis deseado que indica la dosis deseada en diferentes regiones de un paciente, y que incluye los pasos adicionales de: e) adquirir un tomograma de absorción de radiación del paciente; f) modelar la dosis efectiva recibida por el paciente utilizando el tomograma y la fluencia medida; y g) comparar la dosis efectiva modelada contra el mapa de dosis para evaluar el tratamiento.

17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el plan de tratamiento incluye sesiones múltiples e incluye el paso de: e) después de una primera sesión corregir el plan de tratamiento para explicar la desviación entre la fluencia medida y la fluencia predeterminada; y b) operar la máquina de radioterapia de acuerdo al plan de tratamiento corregido para una sesión subsiguiente.

18. Un método para verificar la operación de un sistema obturador de radioterapia en una máquina de radioterapia que tiene una fuente de radiación colocada detrás del sistema obturador, el sistema obturador es operable para producir rayos múltiples de radiación que tienen fluencia controlable, y dirigidos a través del volumen de un paciente para ser recibidos por un detector que tiene elementos detectores múltiples que proporcionen señales detectoras en puntos espacialmente separados, recibiendo cada elemento detector la radiación proveniente de los rayos múltiples, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: a) recibir un plan de tratamiento para operar el sistema obturador para producir un grupo de rayos de fluencia predeterminada; b) operar la máquina de radioterapia de acuerdo al plan de tratamiento recibido; c) concurrentemente con el paso (b) medir las señales detectoras; d) procesar las señales detectoras utilizando un modelo de la atenuación esperada y la trayectoria de cada rayo que pasa desde el sistema obturador a través del volumen del paciente al detector, para deducir una fluencia medida de cada uno del grupo de rayos; y e) comparar la fluencia medida a la fluencia predeterminada de cada rayo para verificar la operación del sistema obturador. SISTEMA DE VERIFICACIÓN DE RADIOTERAPIA RESUMEN DE LA INVENCIÓN En radioterapia, un arreglo de formación de imagen de alta calidad puede ser colocado después del paciente y opuesto a la fuente de radiación, para ser utilizado durante el tratamiento con radiación, para verificar la operación de un sistema operador o dispositivo similar y/o para computar la dosis administrada al paciente. Se puede utilizar un modelo del paciente y ser invertido con el fin de estimar los valores de la fluencia de energía antes de la absorción por el paciente y el traslape de los diversos haces de radiación que pasan a través del paciente. Un patrón de prueba de la excitación del obturador para iluminar un rayo simple a un tiempo, proporciona un método simple para obtener el modelo necesario. La dosis a partir de este patrón de prueba puede ser sustraída del tratamiento de radiación subsiguiente para proporcionar dosis total limitada o sin incremento al paciente.