MXPA06003787A - Sistema, metodo y aparato de planificacion para terapia de radiacion conforme - Google Patents
Sistema, metodo y aparato de planificacion para terapia de radiacion conformeInfo
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Abstract
Se describen un sistema y los métodos asociados para determinar un arreglo de haz de radiaciónóptimo. El sistema incluye un aparato de planificación por computadora que incluye una computadora de optimización del plan de tratamiento, que tiene una memoria y un dispositivo de entrada en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, para proporcionar acceso al usuario, para controlar las funciones del software de optimización del plan. Un dispositivo de obtención de imágenes estáen comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, a través de una red de comunicaciones, para proporcionar una parte de imagen del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo. El software de optimización del plan obtiene computacionalmente y luego optimiza un arreglo de haz de radiación propuesto, iterativamente basado en los constreñimientos para formar un arreglo optimizado de haz de radiación. Un dispositivo de administración de terapia con radiación, conforme, en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, a través de la red de comunicaciones, aplica luego el arreglo optimizado de haz de radiación al paciente.
Description
SISTEMA, MÉTODO Y APARATO DE PLANIFICACIÓN PARA TERAPIA DE RADIACIÓN CONFORME
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere en general a la terapia de radiación, y más especificamente a la terapia de radiación conforme de tumores, y particularmente a un sistema de planificación de tratamiento de radiación, a los métodos y a los aparatos para la terapia de radiación conforme. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La terapia de radiación moderna de hoy en dia de los tumores tiene dos metas: la erradicación del tumor y evitar daño al tejido y órganos sanos presentes cerca del tumor. Se sabe que una gran mayoria de los tumores pueden ser erradicados completamente si es distribuida una dosis de radiación suficiente al volumen tumoral; no obstante, pueden resultar complicaciones a partir del uso de la dosis de radiación efectiva, necesaria, debido al daño al tejido sano que rodea el tumor, o a los otros órganos saludables del cuerpo localizados cerca del tumor. La meta de la terapia de radiación conforme es confinar la dosis de radiación distribuida únicamente al volumen tumoral definido por las otras superficies del tumor, al tiempo que se reduce al minimo la dosis de radiación al tejido saludable circunvecino o a los órganos saludables adyacentes. Ref.:171909
La terapia de radiación conforme ha sido tradicionalmente enfocada a través de una gama de técnicas, y típicamente utiliza un acelerador lineal ("LINAC") como la fuente del haz de radiación utilizado para tratar el tumor. El acelerador lineal tiene típicamente una fuente de haz de radiación, que es encaminada alrededor del paciente y dirige el haz de radiación hacia el temor que va a ser tratado. La intensidad del haz de radiación es una intensidad de haz constante, predeterminada. Los colimadores de hojas múltiples, los cuales tienen múltiples proyecciones de hoja o dedo que pueden ser movidas individualmente dentro y fuera de la trayectoria del haz de radiación, pueden ser programadas para seguir un contorno espacial del tumor como es observado por el haz de radiación conforme éste pasa a través del tumor, o el "campo de visión del haz" del tumor durante la rotación de la fuente del haz de radiación, que es montada sobre una armadura giratoria del LINAC. Las hojas múltiples del colimador de hojas múltiples forman un perfil de la forma del tumor, como es presentada por el volumen tumoral en la dirección de la trayectoria de viaje del haz de radiación, y de este modo bloquean la transmisión de la radiación al tej ido colocado fuera del perfil espacial del tumor como es presentado al haz de radiación, dependiendo de la orientación radial particular del haz, con respecto al volumen tumoral .
Otro procedimiento más para la terapia de radiación conforme involucra el uso de mandíbulas del colimador, independientemente controladas, que pueden explorar un campo dividido a través de un paciente estacionario, al mismo tiempo que un grupo separado de mandíbulas de colimador sigue el volumen objetivo conforme gira la armadura del acelerador lineal . Un procedimiento adicional ha sido el uso de aditamentos para los LINACs, que siguen hendidura que va a ser explorada a través del paciente, la intensidad del haz de radiación en la hendidura completa es modificada conforme está siendo explorada la hendidura. Un procedimiento adicional para el tratamiento con terapia de radiación conforme ha sido el uso de un haz de lápiz angosto de fotones de alta energía, cuya energía puede ser variada. El haz es escaneado sobre el volumen tumoral objetivo para dar la mejor distribución de dosis de radiación posible en cada orientación de la armadura sobre la cual es montada la fuente del haz de electrones. Un problema mayor asociado con tales métodos de la técnica anterior de la terapia de radiación conforme son si el volumen tumoral tiene bordes cóncavos, o superficies cóncavas, la variación de la configuración espacial o el contorno del haz de radiación, es solo exitoso parte del tiempo. En particular, cuando las convoluciones, o superficies exteriores de un tumor son re-entrantes, o
cóncavas, en un plano paralelo a la trayectoria del haz de tratamiento con radiación, el espesor del tumor varía a lo largo de la trayectoria del haz de radiación, y el tejido saludable o los órganos saludables pueden ser colocados dentro de las cavidades formadas por las superficies cóncavas externas del tumor. Con el fin de hacer posible el tratamiento de tumores que tienen bordes cóncavos, es necesario variar la intensidad del haz de radiación a través de la superficie del tumor, así como variar la configuración externa del haz para conformarse a la forma del tumor presentado al haz de radiación. La intensidad del haz de cada segmento de haz de radiación, debe ser capaz de ser modulada para tener una intensidad de haz relacionada al espesor de la porción del tumor a través del cual pasa el haz de radiación. Por ejemplo, donde el haz de radiación va a pasar a través de una sección gruesa de un tumor, la intensidad del haz debe ser más alta que cuando el haz de radiación pasa a través de una sección delgada del tumor. Han sido desarrolladas máquinas de terapia con haz de exploración, dedicadas, en donde la modulación de la intensidad del haz puede ser lograda a través del uso de un haz de lápiz de exploración de fotones de alta energía. La intensidad del haz de este dispositivo es modulada al incrementar energía de su pistola de electrones que genera el
haz. El incremento en energía es dirigido bajo el control por computadora, ya que la pistola es dirigida alrededor del tumor al .mover la ranura sobre la cual éste es montado, y la mesa sobre la cual yace el paciente. El efecto es uno de la "pintura" progresiva del objetivo con el espesor, o la intensidad de la pintura (intensidad del haz de radiación) que es variada por la cantidad de pintura sobre el cepillo (cantidad de energía aplicada a la pistola de electrones) conforme la pistola de electrones se mueve sobre el tumor. Tales máquinas de terapia por haz de exploración dedicadas, que utilizan la modulación directa de energía del haz, son caras y consumen mucho tiempo en su uso de operación, y se cree que tienen asociadas con ellas una responsabilidad significativa con el paciente, debido a los problemas con el control de la computadora del haz de tratamiento . Otros métodos y aparatos para la terapia de radiación conforme han sido desarrollados, los cuales modulan espacialmente la intensidad del haz de un haz de radiación a través de un volumen de tej ido de acuerdo con el espesor del tumor en el volumen del tejido, mediante el uso de una pluralidad de segmentos de haz de radiación. Tales métodos y aparatos utilizan hojas de atenuación u obturadores en una repisa colocada dentro del haz de radiación antes de que el
haz entre al paciente. El tumor es expuesto a radiación en partes, cada parte es selectivamente segmentada por los obturadores . Los métodos y aparatos anteriores fueron diseñados para reducir al mínimo la porción de las estructuras que son expuestas a radiación. Sin embargo, debido a que la exposición a las estructuras circunvecinas no puede ser completamente prevenida, son deseados planes de tratamiento que sean optimizados para erradicar el volumen tumoral, al tiempo que reduzcan al mínimo las cantidades de radiación distribuidas a las estructuras vecinas. Los métodos y modelos existentes para optimizar los planes de tratamiento, utilizan una computadora para estimar los posibles planes basados en las funciones de calificación que simulan la evaluación de un médico respecto a un plan de tratamiento. Los métodos y aparatos existentes utilizan un método computacional de establecer los planes de tratamiento optimizados con base en una función de costo objetivo que atribuye costos de radiación de diversas porciones del tumor y de los tejidos o estructuras vecinas. Un método computacional de este tipo es conocido en la técnica como el recocido simulado. Los métodos de recocido simulado existentes utilizan funciones de costo que consideran los costos de sub-exposición de los volúmenes tumorales con relación a la sobre-exposición de las estructuras vecinas.
No obstante, las funciones de costo utilizadas en los métodos existentes en general no explican los volúmenes de la estructura como un todo, confiando meramente en los costos relacionados a los puntos discretos dentro de la estructura, y además, en general no explican la importancia relativa de los diversos tipos de estructuras vecinas. Por ejemplo, ciertos tipos de estructura son redundantes en su función y las porciones sustanciales del volumen de la estructura pueden ser completamente erradicados al tiempo que conserva su función. Otros tipos de estructura pierden su función si cualquier parte de la estructura es completamente erradicada. Por lo tanto, los volúmenes de estructura más sensibles pueden recibir una dosis medida de radiación, siempre y cuando ninguna porción de la estructura sea sometida a una dosis letal . Las funciones de costo existentes utilizadas en la optimización de los planes de tratamiento tradicionalmente no han explicado tales costos variantes asociados con los diferentes tipos de estructuras. Después de que se optimiza el plan de tratamiento, el médico debe evaluar cada plan de tratamiento computado para el cumplimiento con el objetivo de tratamiento deseado. Si el plan de tratamiento computado no cumple exitosamente los objetivos de tratamiento, el proceso de optimización es repetido hasta que puede ser computado un plan de tratamiento que cumpla los objetivos de tratamiento
del médico para el volumen del tumor y las estructuras vecinas. Además, los métodos y aparatos existentes tradicionalmente no han permitido que el médico utilice los datos de familiares del volumen parcial, asociados con el Histograma de Volumen de Dosis Acumulativa" ("CDVH", por sus siglas en inglés) o las curvas del histograma de dosis/volumen ("DVH", por sus siglas en inglés) en el establecimiento de las distribuciones de dosis deseadas. Un método y aparato para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado para aplicar radiación a un volumen de objetivo tumoral al tiempo que reduce al mínimo la radiación del volumen de una estructura en un paciente, es descrito en la Patente de los Estados Unidos No. 6,038,283, titulada "Método y Aparato de Planificación para Dosimetría de Radiación, comúnmente cedida con la presente solicitud, e incorporada por referencia en la presente" . El método y aparato utilizan una función de costo iterativo con base en una comparación de los datos de volumen parcial deseados, que pueden ser representados por CDVHs o DVHs . Otro método y aparato para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado para aplicar la radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que reduce al mínimo la radiación del volumen de una estructura en un paciente, se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 6,393,096, titulada "Método y Aparato de Planificación para Dosimetría de Radiación" .
Muchos de los sistemas anteriores reemplazan la metodología de planificación directa tradicional . Con la planificación directa, el usuario comienza por especificar la dirección de los haces y sus intensidades, y la computadora determina los cálculos de la dosis, le muestra al usuario lo que se obtiene, y luego, con base en el grado en el que se cumplen las metas, el usuario regresa y cambia los parámetros del haz. Los sistemas anteriores utilizan la planificación inversa. En esta nueva plantificación inversa, un profesional/usuario comienza con las metas que el desea alcanzar, especifica una prescripción para el paciente respecto a cuánta dosis le gustaría al usuario que recibiera el tumor, y a qué grado exceptuar el otro tejido saludable. La computadora calcula luego todos los diversos parámetros de plan y tratamiento, por ejemplo, la dirección y la intensidad correspondiente del haz conforme éste es aplicado desde las diferentes direcciones. Básicamente, en la planificación inversa, el usuario comienza con las metas clínicas y deja que la computadora determine las intensidades del haz, mientras que, en un sistema de planificación directa, el usuario comienza con las disposiciones del haz y evalúa básicamente la efectividad del plan con relación a las metas, y las itera de esa manera. En el sistema anterior, el usuario comienza a partir de una exploración tomográfica computarizada ("CT",
por sus siglas en inglés) o una exploración de formación de imagen de resonancia magnética ("MRl", por sus siglas en inglés) . A partir de la exploración CT, por ejemplo, el usuario identifica el tejido anatómicamente, típicamente parte por parte, separando lo que el usuario desea tratar, de aquel que el usuario desea omitir. Por ejemplo, el usuario puede identificar un ítem como un tumor, otro como la próstata, otro más como la vejiga, etc. En general, el usuario utilizará un dispositivo de señalamiento, o ratón, para seleccionar el área que el médico desea tratar en cada uno de un número de partes, ya que las declaraciones CT proporcionan un grupo de partes en serie del cuerpo del paciente. Este proceso puede consumir tiempo. Sería ventajoso, si el tumor está muy bien diferenciado en la exploración CT, o cualquier otra imagen que el usuario seleccionó para examinar el tumor, el usuario podría emplear una herramienta automatizada para permitir que el usuario solo haga "clic" sobre el tumor o el objetivo, y determine automáticamente y marque la localización de los límites del tumor. Las curvas DVH han sido utilizadas como una prescripción y como un mecanismo de retroaiimentación, con el cual el usuario especifica las metas en términos de tales curvas de DVH. Las curvas DVH representan un resumen de qué tanta dosis están obteniendo las estructuras individuales. Por ejemplo, el usuario puede especificar el deseo para que
el objetivo reciba un cierto nivel de dosis mínima distribuida al 80% del objetivo, y también un cierto nivel de dosis mínima distribuida al 90% del objetivo, como una representación de cómo el usuario cree que un tumor u objetivo necesita ser tratado. La computadora desarrolla luego un plan de tratamiento. Después de que la computadora ha determinado efectivamente cómo tratar al paciente, las DVHs son un mecanismo para resumir ese tratamiento y para la revisión por el usuario. Por ejemplo, el usuario pide una curva específica, y la computadora muestra luego visualmente la curva efectiva en el plan de tratamiento derivado. El uso de la curva DVH de esta manera, es una manera común y familiar de representar tal información para la evaluación del plan por un médico. Para definir la prescripción DVH, el usuario típicamente comienza ya sea con la descripción gráfica y arrastra los puntos sobre una gráfica sobre el monitor, e introduce los números en los cuadros de campo de texto . De cualquier manera, el usuario define la curva DVH. El resultado es esencialmente una lista de deseo - una esperanza de que el usuario puede lograr este tipo de una curva DVH. Después de que el usuario completa las curvas DVH propuestas, los sistemas previos introducen un proceso de optimización que es independiente de la entrada posterior del usuario. Este proceso puede tomar típicamente unos 10 minutos. El
resultado de los cálculos es el retorno de todos los "deseos" diferentes, que pueden o no haber sido todos alcanzables, en un plan efectivo para el tratamiento. Las curvas DVH, que representan las estadísticas volumétricas de un plan procesado por una computadora, no obstante, no son manipulables. Sería ventajoso proporcionar la manipulación directa del volumen a las estadísticas. Las curvas DVH son una manera de resumir las propiedades dosimétricas de un plan. Después de la optimización de planificación inversa, el usuario examina típicamente las curvas DVH efectivas del plan optimizado. El usuario puede comparar las curvas DVH efectivamente logradas con las prescripciones DVH para decidir si el plan de tratamiento desarrollado fue satisfactorio. Lo que es satisfactorio y puede ser una cuestión de (1) si se está obteniendo suficiente dosis para suficiente porción del tumor, (2) si se está obteniendo demasiada dosis para algunas-partes del tumor y (3) cuánta dosis se está enviando a las estructuras saludables no identificadas como tumor. Solo el tejido (objetivo y estructuras) que puede ser representado es resumido individualmente sobre las curvas DVH. Por ejemplo, si el tumor está localizado en la próstata, el usuario sería típicamente provisto con una curva simple sobre la gráfica para la próstata, otra forma más para la vejiga, y así sucesivamente .
Se pueden extraer las mismas conclusiones resumidas en la curva DHV al observar efectivamente las partes de CT para observar el resultado con más detalle. Las rebanas de exploración de CT típicamente tienen una cubierta que muestra los diferentes niveles de dosis aplicada a porciones discretas de cada parte. Es decir, el usuario puede extraer conclusiones con base en el nivel de dosis aplicado a cualquier órgano específico de interés. En un sistema de planificación distribuido por la Corporación NOMOS, la cesionaria de la presente solicitud bajo la marca CORVUS®, la dosis en las partes individuales es descrita a través del uso de curvas de isodosis dibujadas sobre la parte de exploración de CT. Las curvas de isodosis son usualmente como un mapa de contorno de diferentes líneas usualmente coloreadas, que representan un nivel de dosis específico, por ejepplo 50 Gy, en donde cualquier cosa dentro de la curva particular estaría obteniendo al menos 50 Gy. Sería ventajoso disminuir la cantidad de tiempo involucrado en decidir sobre un plan de tratamiento dado. Cualquier paciente particular puede tener dos o tres diferentes planes de tratamiento determinados antes de que el usuario encuentre un plan que se cree es el mejor. Sería también ventajoso si estos sistemas le proporcionaran al usuario un control directo más intuitivo sobre lo que está sucediendo dentro de proceso de optimización del plan que es más fácil para que el usuario lo aprecie .
Tradicionalmente, las curvas DVH eran únicamente utilizadas como una forma de herramienta de evaluación de plan; no obstante, algunos de los sistemas anteriores involucran el dibujo de curvas DVH sorbe el tiempo - los usuarios deben determinar inicialmente las metas deseadas . Sería ventajoso que un sistema de computadora mostrara inmediatamente la petición del usuario y correspondientemente mostrara visualmente que puede lograr el sistema de planificación. Sería ventajoso que el sistema de planificación, si existen compromisos para ser realizados entre las diferentes metas, que las muestren al usuario de una manera interactiva y dinámica, y le permitan al usuario evitar dinámicamente las metas y cambiar los términos en los cuales podría especificar una prescripción. Sería además ventajoso proporcionar un balance de restricción dinámico, por ejemplo, un sistema en tiempo real para ajustar las metas dosimétricas mientras que se observa al menos una representación de la dosis en el paciente. La planificación del tratamiento con radiación incluye el balanceo de diversas metas frecuentemente mutuamente excluyentes . Una vez que estas metas son representadas, el sistema de planificación y de tratamiento deben saber cuáles de sus prioridades relativas están en orden para balancearlas óptimamente. Muchos sistemas de planificación de tratamiento actuales requieren que el
usuario prioritice de manera explícita las metas, que puedan ser un proceso difícil, impreciso y que potencialmente consume tiempo. Por ejemplo, un "mundo perfecto", el usuario puede requerir que un objetivo de próstata completa reciba 50 Gy, correspondientemente sin dosis del todo al recto localizado a 1 milímetro de distancia. Esta tarea es virtualmente físicamente imposible. Así pues, el problema que se convierte en el balance de esas dos metas y determinar cuál meta es más importante que la otra. Los planes de tratamiento han requerido previamente que el usuario especifique la prioritización sobre el tiempo. En algunos sistemas, parte de lo que el usuario está haciendo cuando se introducen curvas DVH, puede establecer prioridades entre el objetivo de dosificación a un nivel muy alto, y excluyendo un órgano en riesgo ( "OAR" , por sus siglas en inglés) . El desarrollo de tales prioridades puede ser una tarea difícil y que consumen tiempo para el planificador de tratamiento. De este modo, sería una ventaja reducir al mínimo la necesidad para la prioritización implementado por el usuario. El Solicitante ha reconocido que existen dos características que pueden eliminar la necesidad para la prioritización incrementada por el usuario. Primeramente, la interacción con el sistema de la computadora, un algoritmo puede considerar efectivamente la última entrada del usuario como el requerimiento más importante. En segundo lugar, el
usuario puede elegir deshacer la entrada previa a cualquier grado deseado. Por ejemplo, si el usuario decide eliminar o reducir al mínimo una dosis de una estructura, entonces el prioritizar esa acción es el requerimiento más importante. El usuario puede luego darse cuenta de las consecuencias de esa prioritización y puede retroceder sobre su importancia al deshacerlo parcialmente. Este concepto de prioritización doble es implícito en el proceso interactivo. Un sistema de computadora y los algoritmos asociados, no obstante, requieren un entendimiento en la relación de estas diferentes metas . Conforme el usuario coloca nuevas metas sobre la parte superior de las metas viejas, el sistema necesita saber cómo deben ser balanceadas esas metas. Sería ventajoso el proporcionar ponderación de restricción automática, por ejemplo, un nivel de interactividad que a su vez permite que la prioritización sea inferida a partir de las acciones del usuario y una consecuencia de las entradas del usuario en la forma de ajustes de plan en vez de la entrada directa de tales prioridades; el resultado final es la eliminación de la experiencia del usuario, de la idea de tales prioridades. Los sistemas de planificación previos en general requieren que el usuario realice ajustes a un plan de tratamiento del paciente en una de dos formas : cambiar los parámetros de administración (por ejemplo, la dirección y el tamaño del haz) ; o cambiar las metas de dosificación
volumétrica. Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar manipulación directa en tiempo real de las líneas de contorno de isodosis . sobre una gráfica de isodosis en una exploración tomográfica. Sería también ventajoso proporcionar un sistema de planificación que permita la manipulación directa de las curvas DVH administrables, en vez de la especificación indirecta de las prescripciones idealizadas, potencialmente imposibles . En cierto grado, la planificación del tratamiento de terapia de radiación es todavía una técnica de balance y de compromiso. Sería ventajoso proporcionar un "deshacer función de cambios" parcial para ayudar al usuario, quien desea realizar una variación del plan, el descubrimiento de qué sacrificios requiere ese cambio particular. Correspondientemente, sería ventajoso proporcionar al usuario un control en tiempo real que permita que el usuario deshaga dinámicamente un cambio, completa o parcialmente y explore los trueques, con el fin de seleccionar rápidamente un balance óptimo . • Ya que el desarrollo de un plan de tratamiento de terapia de radiación es una exploración de estos trueques y otras posibilidades, algunos sistemas de planificación de tratamiento han mostrado beneficios en la provisión de un medio para ahorrar varias iteraciones de un plan para la comparación subsecuente, y permitir el "retrorrastreo" . Por
lo tanto, sería ventajoso proporcionarle al usuario un control en tiempo real que permita que el usuario establezca cualquiera de estos dos "puntos de verificación" del plan, como los puntos finales sobre un continuo simple, y sería una ventaja adicional proporcionar al usuario un medio para interpolar entre los puntos de verificación para extraer una nueva versión para comparación o implementación posterior. Con el fin de interoperar de manera más efectiva con otros sistemas, sería deseable que un nuevo sistema capaz de realizar ajustes flexibles, tal como aquel de la presente invención, sea capaz de generar automáticamente metas de tratamiento en su propia formulación, que producirían un plan de tratamiento idéntico a uno creado por otro sistema. Esta característica permitiría que un nuevo sistema "emprenda" y ajuste los planes de tratamiento creados por otros sistemas. Sería de este modo ventajoso proporcionar un sistema con una función de concordancia de prescripción utilizada, que incremente un algoritmo, que desarrolle las metas de tratamiento apropiadas y sus pesos correspondientes . Con el fin de permitir ajustes de plan interactivo en tiempo real sobre el hardware de computadora de la generación actual, la función objetivo, que la computadora frecuentemente optimiza, debe ser restablecida de una manera que sea compatible con la optimización rápida sin reducciones significativas en la capacidad. Una metodología de
reformular las metas tal que cada contribuyente a la función objetivo es monotónico es su primer derivada. La optimización con las primeras derivadas monotónicas de los contribuyentes objetivo, se refiere básicamente a las condiciones de influencia, o los términos en una función de costo, y proporciona una clase matemática de esas funciones, que permite que ciertos sistemas de computadora hagan cálculos rápidamente. Cada contribuyente objetivo es formulado en términos de una función de dosis. Al especificar la derivada de esas funciones monotónicas de modo que la derivada está siempre ya sea incrementándose, disminuyendo o no cambiando, nunca empezando con el incremento y luego disminuyendo, alguien puede hacer posible una clase diferente de optimización. Sería por lo tanto ventajoso proporcionar un sistema que utilice la optimización con primeras derivadas monotónicas de los contribuyentes obj etivo . El cómputo de la función objetivo puede ser administrado al muestrear efectivamente el CT u otra imagen del paciente en un número de sitios, para intentar capturar todos los aspectos importantes del plan de tratamiento. La velocidad y la interactividad pueden ser mejoradas a través del uso del muestreo, el cual identifica un número más pequeño de puntos dentro del paciente en los cuales simular la dosis de tratamiento. Estos puntos deben ser distribuidos
suficientemente tal que el software está "enterado" de todas las características de dosis importantes; no obstante, ya que el funcionamiento es inversamente proporcional al número de tales puntos, alguien puede desear identificar el grupo más pequeño posible que cumpla esos criterios. Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar un sistema de computadora que tenga un algoritmo para la selección automática de puntos mínimos de evaluación de plan. Un mapa de Fluence es un mapa espacial de cómo la radiación está siendo distribuida a través de una posición particular del dispositivo de administración. Los mecanismos de distribución del plan frecuentemente requieren que las fluencias de haz tomen valores discretos específicos, al tiempo que los optimizadores pueden funcionar en un espacio discreto continuo. Sería por lo tanto ventajoso proporcionar un aparato para convertir un plan utilizado en uno discreto, administrable . Los dispositivos de administración de radiación diferentes tendrán diferentes constreñimientos sobre los que éstos pueden efectivamente realizar. Por ejemplo, alguien puede ser capaz de ajustar los haces pequeños que están solo a unos pocos milímetros, y puede tener que realizar ajustes que son más grandes, de un centímetro o más transversalmente. Otra restricción es el grado de variación dentro de un mapa de fluencia. Por ejemplo, el mapa del plan puede requerir
que 100% del haz en la parte media del haz pase de lado a lado, y únicamente 50% del haz en una porción particular pase de lado a lado. La discretización proporción de modo es una metodología de diseño de los mapas de fluencia para hacer el mejor uso del equipo. Históricamente, los mapas de fluencia son restringidos para tener ciertos niveles, tales como 10% de pasos, por ejemplo, el dispositivo de administración puede tener una transferencia de 50% en un punto, pero no una transferencia del 52%. Estos constreñimientos limitan los planes de tratamiento que el usuario puede desarrollar. La discretización por modos evalúan un plan de tratamiento dado para un paciente, y si está limitado a un número discreto de niveles, éste determina cuáles de esos niveles son los óptimos. Por ejemplo, los niveles óptimos pueden no ser 10%, 20%, 30%, 40% y 50%, sino más bien pueden ser 13%, 14%, 15%, 80% y 90%. La discretización por Modos en su forma básica toma un hístograma de todas las tradiciones deseadas (niveles de dosis) en el mapa de fluencia, representando cada punto un grupo de niveles de radiación, nivele la gráfica y niveles pico, rebana el lado derecho sobre el izquierdo, y agrega los puntos de traslape. ?l proceso se repite hasta que el algoritmo ha alcanzado un número particular de picos correspondientes al número restringido por el equipo de administración. Debido a que los niveles efectivos utilizados pueden tener un efecto dramático sobre la
simplicidad del tratamiento y la velocidad, y los niveles óptimos para un plan de tratamiento son típicamente diferentes de aquellos para otro, será ventajoso el proporcionar un algoritmo de discretización "por modos" que estime rápidamente los niveles de fluencia ideales para cualquier campo de tratamiento. Por lo tanto, la técnica ha buscado un sistema, método y aparato para la terapia de radiación conforme, para el tratamiento de un tumor el cual; es simple y económico de utilizarse; que tiene lo que se cree es un factor de alta seguridad para la seguridad del paciente; computa un plan de tratamiento óptimo utilizando constreñimientos simples y un optimizador rápido sintonizado a éste para cumplir los objetivos de conflicto, de fluido y de tratamiento de un médico, explicando los objetivos en el volumen tumoral objetivo y en los múltiples tipos de estructuras y utiliza una interfaz gráfica de usuario ("GUI", por sus siglas en inglés) que muestra los mapas de contorno de isodosis, las curvas DVH asociadas, otras estadísticas y las herramientas que permiten que el usuario establezca las distribuciones de dosis deseadas para cada volumen tumoral objetivo y tipo de estructura tisular. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En vista de lo anterior, las modalidades de la presente invención proporcionan ventajosamente un sistema
para determinar un arreglo de haz de radiación óptimo para aplicar la radiación a un volumen objetivo tumoral al tiempo que reduce al mínimo la radiación de un volumen estructural no objetivo en un paciente. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan un aparato de planificación por computadora que puede mostrar visualmente inmediatamente una petición del usuario simultáneamente con aquella que puede lograr el sistema de planificación, y puede permitir que el usuario edite dinámicamente las metas y cambie los términos en los cuales el usuario especificaría una prescripción. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan una manipulación directa en el tiempo real de las líneas de contorno de isodosis y sobre la gráfica de isodosis sobre una exploración tomográfica y la manipulación directa de las estadísticas dosimétricas, utilizando un dispositivo de introducción, y le proporcionan al usuario la habilidad para ajustar los constreñimientos individuales, preferentemente una restricción a la vez, que a su vez provoca el ajuste de los contornos de isodosis y las estadísticas dosimétricas . Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan la concordancia de plan de un plan de tratamiento con radiación precedente, arbitrario/externo al construir una función objetivo de optimización que tiene un extremo correspondiente a la configuración del haz de
radiación del plan precedente. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención incluyen un aparato de planificación por computadora que puede proporcionar balance de restricción dinámica, por ejemplo, un sistema en tiempo real para ajustar las metas dosimétricas al tiempo que observa al menos una representación de la dosis en el paciente, y la ponderación automática del constreñimiento, por ejemplo, un nivel de interactividad que a su vez permite la prioritización sea inferida a partir de las acciones del usuario, y una secuencia de entradas del usuario en la forma de ajustes de plan en vez de la entrada directa de tales prioridades. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención le proporcionan al usuario un control en tiempo real que permite que el usuario deshaga dinámicamente un cambio, completo o parcialmente, y explore los trueques o intercambios entre los planes de tratamiento, con el fin de seleccionar rápidamente un balance óptimo entre las versiones de un plan de tratamiento y entre los planes de tratamiento desarrollados sobre diferentes sistemas. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan el software que incluye un algoritmo para la selección automática de los puntos de evaluación mínimos del plan. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan el software para convertir un plan optimizado a uno discreto y administrable.
Las modalidades de la presente invención proporcionan un sistema para determinar un arreglo de haz de radiación óptimo para aplicar la radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que reduce al mínimo la radiación de un volumen de estructura no objetivo en un paciente. Por ejemplo, en una modalidad de la presente invención, un sistema incluye un aparato de planificación por computadora, que incluye: una computadora de optimización de plan de tratamiento que tiene una memoria para almacenar datos y el software de utilización del plan, en ésta, y un dispositivo de entrada en comunicación con la computadora de utilización de plan de tratamiento para proporcionarle al usuario acceso a las funciones de control del software de la optimización del plan. Un dispositivo de obtención de imágenes en comunicación con la computadora de optimización de plan de tratamiento, preferentemente a través de una red de comunicaciones, proporciona un aparato de planificación por computadora y al menos una parte de imagen tridimensional del volumen objetivo del tumor y el volumen de la estructura no objetivo. El software de utilización del flanco el cual es almacenado en la memoria de la computadora de optimización de plan de tratamiento, obtiene computacionalmente un arreglo de haz de radiación propuesto y optimiza computacionalmente un arreglo de haz de radiación propuesto iterativamente con base en una pluralidad de constreñimientos para formar el arreglo
del haz de radiación optimizado. El software de optimización del plan puede' incluir una interconexión de gráfica de usuario para mostrar visualmente la parte de la imagen, objetos gráficos y una representación gráfica de distribución de la dosis de radiación para cada arreglo de haz de radiación propuesto . El software es adaptado para recibir las entradas desde el dispositivo de entrada, para manipular las representaciones de la distribución de dosis de radiación mostradas sobre la interconexión gráfica de usuario. Un dispositivo de • la administración de terapia de radiación conforme en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, a través de la red de comunicaciones, puede aplicar el arreglo del haz de radiación optimizado, al paciente. La representación gráfica de la distribución de la dosis de radiación puede ser en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis. Los contornos de isodosis de la gráfica de isodosis son directamente manipulables por el usuario para cambiar una dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y para el volumen de la estructura no objetivo, para producir el arreglo del haz de radiación utilizado. La representación gráfica de la distribución de la dosis de radiación puede también estar en la forma de Histogramas de Volumen de Dosis Acumulativa o Histogramas de Volumen de Dosis, colectivamente
denominados como curvas "DVHs" o "curvas DVH" , u otras formas de estadística de curva-volumen para el volumen tumoral objetivo y los volúmenes de estructura no objetivo, de interés. Las gráficas o curvas DVH son directamente manipulables por el usuario para cambiar una dosis de radiación, con lo cual se produce un arreglo de haz de radiación optimizado. El software de optimízacion del plan comprende un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por una computadora, tal como una asociada con el aparato de planificación de computadora, provoca que la computadora realice diversas funciones y operaciones para desarrollar el plan de tratamiento de radiación optimizado. El software muestra gráficamente una parte de imagen del volumen tumoral objetivo y el volumen de estructura no objetivo, y muestra gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de la imagen. La dosis de radiación puede ser en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis, de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación. Los contornos de isodosis de la gráfica de isodosis son manipulables por un usuario para cambiar una dosis de radiación al volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo para producir un segundo arreglo de haz de radiación.
Por ejemplo, el software puede interconectarse con un dispositivo de entrada preferentemente en la forma de un dispositivo de señalamiento tal como un ratón, o pantalla de tope, para permitir que el usuario "agarre" y "arrastre" el contorno de isodosis fuera de y dentro de un volumen adyacente objetivo o estructura. También, por ejemplo, el software puede permitir que el usuario "excluya" o "exculpa" una trayectoria que indica una posición deseada para un contorno de isodosis seleccionado. El software, sujeto a diversos constreñimientos, intenta conformar el contorno de la isodosis seleccionada con la trayectoria deseada. Además, el software puede permitir que el usuario seleccione un contorno de isodosis para ser "borrado" . Funcionalmente, el software, sujeto a diversos constreñimientos, establece un valor de dosis de radiación dentro del contorno de isodosis seleccionado, igual a o cercano a un valor de dosis de radiación fuera del contorno de isodosis. La dosis de radiación puede también estar en una forma de diversas estadísticas de dosis de un volumen, preferentemente en la forma de una gráfica o curva DVH, de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación. Las curvas DVH son manipulables por un usuario para cambiar una dosis de radiación al volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo para producir un segundo arreglo de haz de radiación. Por ejemplo, el software puede
interconectarse con un dispositivo de entrada para permitir que el usuario "agarre" y "arrastre" y las curvas DVH, con lo cual se cambia ya sea un porcentaje del volumen tumoral objetivo o del volumen de la estructura no objetivo, permitido para recibir más del nivel de dosis de radiación predeterminado, o un nivel de dosis de radiación, que puede ser excedido por un porcentaje seleccionado del volumen tumoral objetivo o el volumen de la estructura no objetivo. El usuario puede introducir una dosis de radiación máxima y/o mínima, el volumen tumoral objetivo y los volúmenes de las estructuras no objetivo de interés, que pueden ser utilizados para constreñir la manipulación de contorno de isodosis y la manipulación de la curva DVH, para prevenir que el usuario provoque accidentalmente una variación indeseable de la dosis colateral. El usuario puede también proporcionar un balance deseado entre el mantenimiento de la calidad asimétrica y el mantenimiento de la eficiencia de distribución de radiación para un dispositivo de distribución de radiación, que puede ser utilizado para constreñir el contorno de isodosis y la manipulación de la curva DVH por el usuario con el fin de mantener la eficiencia de distribución de radiación por arriba de un umbral de eficiencia deseado. En diversas modalidades de la presente invención, el software de utilización del plan puede: importar un plan
de tratamiento de radiación extremadamente generado, construir la función de objetivo de optimización que tiene un extremo correspondiente a la configuración del haz de radiación de ese plan, y aplicar la función para formar un plan de tratamiento de radiación que tiene una distribución de dosis aproximadamente igual que la distribución de dosis del plan de tratamiento de radiación externamente generado. Para hacer esto, el software puede primeramente formar una pluralidad de puntos muestreados del volumen tumoral objetivo y una pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo, al muestrear aleatoriamente la distribución de la dosis de radiación del plan, con o sin desviación. El software puede luego utilizar el valor (primer valor) de la dosis en estos puntos para formar la función objetivo de utilización, mediante la adición a un término a la función objetivo para cada uno de los puntos muestreados, proporcionando cada termino un extremo a la función objetivo. Los términos asociados con los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo son seleccionados de modo que la función objetivo penaliza la dosis de radiación cuando un segundo valor de la dosis de radiación en cualquier punto muestreado en el volumen tumoral objetivo, del segundo plan de tratamiento de radiación, difiere sustancialmente o difiere sustancialmente de manera indeseable del primer valor respectivo a la dosis de
radiación. Alternativamente, el software puede formar la función objetivo de optimización al ajustar iteractivamente al menos uno de los constreñimientos de función objetivo. En diversas modalidades de la presente invención, el software de utilización del plan puede determinar un arreglo de haz de radiación optimizado a partir de un par de planes de tratamiento con radiación frecuentemente denominados como "puntos de verificación" . El software puede establecer los dos puntos de verificación como puntos finales sobre un continuo simple, y responder a la manipulación del usuario del dispositivo de entrada controlado por el usuario, interpolado entre los dos puntos de verificación para formar y mostrar visualmente un plan de tratamiento con radiación propuesto, intermediario. En las modalidades preferidas de la presente invención, la interpolación es lineal y es lograda entre los valores de dosis de radiación de los dos puntos de verificación en cada punto correspondiente en la distribución de radiación de cada plan. Este plan intermediario, como con los otros planes formados de acuerdo a las modalidades de la presente invención, pueden ser fácilmente convertidos a un plan de tratamiento con radiación discreto, distribuible, a través de la discretización de la pluralidad de intensidades de haces de radiación en una pluralidad correspondiente de ajustes de intensidad de haces de radiación, compatibles con un dispositivo de distribución
de terapia de radiación conforme, preseleccionado. Las modalidades de la presente invención también incluyen métodos para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado para aplicar la radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que reduce al mínimo la radiación a un volumen de estructura no objetivo en un paciente. Por ejemplo, en una modalidad de la presente invención, un método incluye el mostrar gráficamente una parte de imagen del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo. El método también incluye: mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de imagen, y en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis, de acuerdo a un primer arreglo del haz de radiación que define un primer plan de tratamiento; y la manipulación de al menos uno de los contornos de isodosis mostrados de la gráfica de isodosis, con un dispositivo de entrada de señalamiento para formar y mostrar visualmente un segundo arreglo de haz de radiación que define un segundo plan de tratamiento con radiación. Un método relacionado incluye: mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral ofrecido y el volumen de la estructura no ofrecido en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación, que define un primer plan
de tratamiento; y la manipulación de al menos una de las gráficas dé histograma de volumen de dosis, mostradas, con un dispositivo de señalización para formar y mostrar visualmente un segundo arreglo de haz de radiación, que define un segundo plan de tratamiento . En las modalidades de la presente invención, se proporciona un método para facilitar los ajustes interactivos a un plan de tratamiento de contradicción, propuesto, a través del recalculo y la visualización de distribuciones de dosis de radiación bidimensionales. Por ejemplo, un método puede incluir: mostrar gráficamente una parte de imagen de un volumen tumoral objetivo y un volumen de estructura no objetivo, y mostrar gráficamente de manera concurrente una distribución de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de imagen, y en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación que define un primer plan de tratamiento. La distribución de dosis de radiación en uno o ambos 'de un volumen tumoral objetivo y un volumen de estructura no objetivo puede ser cambiada para formar un segundo arreglo de haz de radiación que define un segundo plan de tratamiento. Ventajosamente, para asegurar el funcionamiento, únicamente la distribución de dosis bidimensional mostrada sobre la parte de imagen visualizada
necesita ser recalculada y mostrada para proporcionar al usuario suficiente información para analizar el segundo plan de tratamiento . Un método relacionado, que utiliza puntos muestreados, tales como aquellos descritos anteriormente, incluyen: mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y la estructura no objetivo en la forma de una pluralidad de puntos de histograma de volumen de dosis, que definen estadísticas de dosis/volumen de acuerdo al valor de dosis de radiación para la pluralidad de puntos muestreados; y el cambio de la distribución de dosis de radiación en uno o ambos del volumen tumoral objetivo y de la estructura no objetivo para formar un segundo arreglo de haz de radiación. El valor de la dosis de radiación en cada uno de los puntos muestreados es recaículado, y la estadística de dosis/volumen para el volumen tumoral objetivo y la estructura no objetivo es visualizada de acuerdo al valor recalculado de dosis de radiación para los puntos muestreados . En otra modalidad más de la presente invención, el recalculo rápido y la visualización de las iteraciones de un plan de tratamiento de la radiación propuesta es proporcionada al seleccionar un grupo de puntos muestreados
(aleatoriamente o aleatoriamente con desviación) y aplicando una función objetivo de optimización constreñida por el valor
de la dosis de radiación en cada uno de los puntos muestreados, para formar un segundo arreglo de haz de radiación. Un método relacionado incluye una selección de un primer grupo de puntos muestreados para la optimización del plan y un segundo grupo, separado del primer grupo, para la evaluación del plan. Una función objetivo de optimización constreñida por el valor de la dosis de radiación en los puntos muestreados de optimización del plan, proporciona la determinación rápida del segundo plan de tratamiento con radiación, en donde los puntos muestreados de evaluación del plan proporcionan visualización rápida de ese segundo plan de tratamiento con radiación. Las modalidades de la presente invención también incluyen un método para formar un plan de tratamiento con radiación, optimizado que tiene un grupo fijo de valores de intensidad de haces de radiación, discretos, provenientes de un plan de tratamiento con radiación caracterizado por tener valores arbitrarios de intensidad de haz de radiación para aplicar la radiación a un volumen tumoral al objetivo, al tiempo que reduce al mínimo la radiación hacia un volumen de la estructura no objetivo en un paciente. Por ejemplo, en una modalidad de la presente invención, un método incluye la provisión de un plan de tratamiento por radiación, candidato, y una función objetivo de optimización para evaluar iterativamente el plan de tratamiento de radiación,
candidato. Correspondientemente, el método incluye una evaluación iterativa del plan de tratamiento con radiación, candidato, para formar un arreglo de haz de radiación optimizado que satisface cualquiera de las metas clínicas preseleccionadas, y tiene valores arbitrarios de intensidad de haz de radiación, el arreglo de haz optimizado define un plan de tratamiento con radiación, precedente. Utilizando al menos dos iteraciones del plan de tratamiento con radiación evaluadas durante la optimización del plan de tratamiento con radiación, candidato, una combinación de intensidades discretas de haz de radiación, requeridas para concordar sustancialmente con las metas clínicas de administración de radiación del plan de tratamiento con radiación, precedente, puede ser inferida . En ' una modalidad de la presente invención, el cálculo rápido y la visualización de una distribución de dosis de radiación para un plan de tratamiento por radiación propuesto es proporcionado por: la formación de una pluralidad de puntos muestreados para un arreglo de haz de radiación al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación; determinando un valor de dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados; e identificando para cada uno del volumen tumoral objetivo y al menos un volumen de la estructura no objetivo, un primer grupo de la pluralidad de puntos muestreados que tienen los
más altos valores, y un segundo grupo de la pluralidad de puntos muestreados que tienen los valores más bajos. Un algoritmo de ascenso en gradiente puede ser luego aplicado a cada primer grupo, para determinar y visualizar el máximo de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo, y al menos un volumen de estructura no objetivo, y un algoritmo de descenso en gradiente puede ser aplicado para el segundo grupo, para determinar y para visualizar la dosis mínima de radiación para el volumen tumoral objetivo, y al menos un volumen de la estructura no objetivo. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención proporcionan un sistema, método y aparato para el tratamiento de un tumor el cual : es simple y económico de utilizar; que tiene lo que se cree es un factor de alta seguridad para seguridad del paciente; computa un plan de tratamiento óptimo utilizando constreñimientos simples y un optimizador rápido sintonizado a ellos para cumplir los objetivos de tratamiento, fluido y de conflicto de un médico, explicando los objetivos en el volumen tumoral objetivo y en los múltiples tipos de estructuras; y utiliza una interconexión gráfica de usuario ("GUI", por sus siglas en inglés) que muestra mapas de contorno de isodosis, las curvas de DVH asociadas, otras estadísticas, y herramientas que permiten que el usuario establezca las distribuciones de dosis deseadas para cada volumen tumoral objetivo y tipo de volumen de estructura objetivo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Así pues, la manera en la cual las características y ventajas de la invención, así como otras que se volverán aparentes, pueden ser comprendidas con mayor detalle, una descripción más particular de la invención resumida anteriormente puede ser tenida por referencia a las modalidades de la misma, que son ilustradas en los dibujos anexos, y que forman parte de esta especificación. Se nota, no obstante, que los dibujos ilustran únicamente diversas modalidades de la invención y por lo tanto no son consideradas como limitantes del alcance de la invención, ya que pueden incluir también otras modalidades efectivas . La figura 1 es una vista esquemática parcial de un sistema de adquisición, planeación y administración de radiación, de acuerdo a una modalidad de la presente invención; Las figuras 2A-2C son diagramas de flujo de un sistema de planificación de radiación de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 3 es una vista en planta de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 4 es una vista en planta de una ventana de visualización de exploración dentro de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención;
Las figuras 5A-5G son una vista en planta de un subgrupo de etiquetas seleccionables incluidas dentro de una ventana de resultados de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 6 es una vista en planta de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 7 es una vista en planta de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 8 es una vista en planta de una interconexión gráfica de usuario de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La figura 9 es una vista en planta de una ventana dentro de una interconexión gráfica de usuario, le proporciona a un usuario la entrada de un valor de dosis máxima y/o mínima de acuerdo a una modalidad de la presente invención; y La figura 10 es una vista en planta de una ventana dentro de una interconexión gráfica de usuario que muestra los resultados de los cálculos de un algoritmo de descenso en gradiente y el algoritmo en ascenso en gradiente de acuerdo a una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención será ahora descrita más completamente con referencia a las figuras anexas, los cuales
ilustran modalidades de la invención. Esta invención puede, no obstante, ser encarnada en muchas formas diferentes y no debe ser considerada como limitada a las modalidades ilustradas descritas en la presente . Más bien, estas modalidades son proporcionadas de modo que esta descripción será integral y completa, y transferirá completamente el alcance de la invención a aquellos expertos en la técnica . Números similares se refieren a elementos similares a todo lo largo, y la notación prima, si se utiliza, indica elementos similares en modalidades alternativas . Los aparatos modernos de tratamiento con radiación tales como, por ej emplo, aceleradores lineales ( "LINACs" ) radian un sitio tumoral mediante la real i zación de múltiples f ases a lo largo de arcos variantes que se aproximan al volumen del obj etivo o diana a lo largo de dif erentes trayectorias de entrada , cada arco es dirigido hacia un punto central a un volumen obj etivo , comúnmente denominado como un isocentro de volumen de tratamiento . Cada pase del haz de tratamiento radiará las porciones del tumor y las estructuras circunvecinas que pasen dentro de este arco . Mediante la util i zación de tales pases de hace s múltipl es , ciertas porc iones del campo de tratamiento son irradiadas únicamente por algunos de los arcos de haz , mientras que otras porciones del
campo de tratamiento son en realidad por cada arco de haz, con lo cual se provoca que ocurra una más alta concentración de dosis en el isocentro. Las modalidades de la presente invención, quizás como se ilustra mejor en las figuras 1-3, proporcionan ventajosamente: un sistema 30 de planeación de tratamiento por radiación para determinar un arreglo de haz de radiación óptimo o un plan para aplicar radiación a un volumen objetivo tumoral, al tiempo que reduce al mínimo la radiación de un volumen estructural en un paciente; un aparato para determinar y mostrar visualmente diversas iteraciones del plan óptimo; y métodos para incrementar el sistema. Con referencia a la figura 1, un método de optimización de la presente invención puede ser llevada a cabo utilizando: un dispositivo 31 de obtención de imágenes; un dispositivo 39 de distribución de radiación; un aparato 35 de planeación por computadora, que incluye una computadora convencional o un grupo de computadoras; y el software 36 de optimización del plan, el cual utiliza el método de utilización de la presente invención; y el equipo de prueba 37. Todos los componentes anteriores pueden ser interconectados vía una red 33 de área convencional . El software 36 de optimización del plan de la presente invención computa un plan de tratamiento optimizado o un arreglo de haz, el cual se debe entender que incluye
posiciones de haces óptimos alrededor del campo de tratamiento, y/o un arreglo óptimo de pesos de haz o intensidades de haz, conocido de otro modo como un mapa de intensidad o un perfil de fluencia o ambos. El arreglo óptimo de haces es obtenido inicialmente al incrementar computacionalmente el peso del haz propuesto, iterativamente e incorporando funciones de costo para asegurar que un cambio iterativo en el peso del haz pudiera dar como resultado una exposición inaceptable a los volúmenes del tejido, o estructuras, que son sometidas a la dosis propuesta. El usuario puede entonces provocar la implementación de iteraciones adicionales para funcionamiento agregado . Más específicamente, las modalidades de la presente invención incluyen ventajosamente un sistema 30 de planeación de tratamiento con radiación optimizado, mejorado, el cual explica los múltiples parámetros de tratamiento para el objetivo o diana y múltiples tipos de estructuras vecinas. El sistema 30 incluye el software 36 de optimización del plan colocado residente sobre al menos una computadora : para obtener computacionalmente una red de propuesto de haz de radiación; y para cambiar computacionalmente el arreglo propuesto de haz de radiación iterativamente con base en al menos en un tipo de constreñimiento, el tipo de restricción incrementa una función de costo y una función derivada parcial. El sistema 30 también incluye un dispositivo 31 de
obtención de imágenes (figura 1) , tal como, por ejemplo, un dispositivo tomográfico computarizable ("CT", por sus siglas en inglés) o un dispositivo formador de imagen de resonancia magnética ("MRl", por sus siglas en inglés), para interconectarse con el software 36 de optimización del plan, para proporcionar al menos una exploración de imagen 161 bidimensional (figura 3) del volumen objetivo tumoral. El sistema 30 también incluye una interconexión 150 gráfica de usuario (figura 3) para mostrar la imagen 161 y proporcionarle al usuario opciones de interconexión. El sistema 30 incluye además un dispositivo 39 de administración de radiación (figura 1) tal como, por ejemplo, un LINAC, que tiene un colimador de hojas múltiples u otro dispositivo conocido por aquellos expertos en la técnica para manipular el haz de radiación, para distribuir la dosis de radiación de acuerdo a las metodologías de optimización de la presente invención. Nótese que el software 36 puede estar en la forma de un microcódigo, programas, rutinas, y lenguajes simbólicos que proporcionan una grupo específico para grupos de operaciones ordenadas que controlan el funcionamiento del software y dirigen su operación, como es conocido y comprendido por aquellos expertos en la técnica. Las figuras 2A-C utilizan métodos para crear un plan de tratamiento por radiación que incorporan el sistema 30 de la presente invención, la figura 2A ilustra un diagrama
de flujo completo general. El sistema 30 puede ser implementado en dos modos. El primero es el modo de "Pellizco de plan" (Plan Tweak) en donde el sistema 30 recibe un plan precedente externamente generado, adjunta los parámetros de utilización con el fin de simular el plan, y permite luego la manipulación iterativa. El segundo modo es ilustrado en la figura 2C, y es el modo de "único" el cual contiene un subgrupo de pasos (pasos 99-101 y 107-111 del modo de Plan Tweak de la figura 2B) . El primer modo,- o modo de Plan Tweak, será descrito en conexión con las figuras 2A y 2B, con el fin de proporcionar un contexto para la implementación de diversas modalidades de la presente invención. Nótese que este contexto es proporcionado para fines ilustrativos y debe ser interpretado para limitar el alcance de la presente invención. Un primer paso de formación de un plan de tratamiento con radiación, precedente, es típicamente denominado como el Plan de Adquisición de Imagen 99. En este paso, las imágenes son primeramente obtenidas preferentemente mediante técnicas convencionales de exploración CT o de MRl , que produce una imagen 161 que representa una "parte" del tejido visualizado con precisión anatómica. El usuario transfiere luego ya sea la imagen 161 directamente al sistema 35 de planificación por computadora (figura 1) o bien a una base de datos accesible por el sistema 35 de planificación
por computadora. Esto es típicamente acompañado vía la red de área 33 (figura 1) ; no obstante, pueden ser utilizadas otras metodologías incluyendo la transferencia manual de base. El siguiente paso es en general referido como el Paso de Proceso de Registro 100. Este es el paso de proceso de alineamiento de un grupo de imágenes convencionales 161 de parte axial de la porción del paciente que va a ser tratado por las terapias de radiación conforme a la presente invención. Las series de "partes" que constituyen el estudio CT o MRl completo, representa una imagen tridimensional de una porción particular del paciente, para permitir la visualización con un grupo de datos tridimensionales válidos. El dato resultante es logrado mediante el muestreo del dato de entrada, determinando las marcas comunes de geometría conocida, y torciendo el dato para ser correctamente alineado. La resolución resultante es ajustada de modo que es geométricamente correcta, con base en el dispositivo de fijación por el paciente, conocido, utilizado. Si las imágenes 161 han sido exploradas a partir de una película, la normalización de imagen en escala de grises es lograda con base en las barras de grises de referencia incluidas en las imágenes. Las técnicas de torcimiento de imágenes bidimensionales, convencionales, como son conocidas y entendidas por aquellos expertos en la técnica, son utilizadas con el muestreo y filtración, como es requerido
para el ajuste de la resolución. El espaciamiento de las partes de imágenes es introducido por el operador del aparato 35 de planificación por computadora, y verificado por la geometría conocida de dispositivo de fijación del paciente. El siguiente paso es en general denominado como el
Paso de Herramienta de Anatomía 101. El usuario identifica el volumen tridimensional de la estructura significativa para la planificación de la radiación, con lo cual el usuario identifica las estructuras anatómicas en general en una base de imágenes parte por parte. En general, el usuario utilizará un dispositivo de entrada (no mostrada) tal como, por ejemplo, una pluma de luz, una bola de rastreo, una pantalla de toque, un teclado de toque, un teclado, o ratón, para trazar alrededor el área que el médico desea tratar en cada una de un número de partes de exploración. En una modalidad de la presente invención, el software 36 de optimización del plan del aparato 35 de planificación por computadora (figura 1) puede más bien proporcionar una herramienta automatizada del algoritmo asociado para seleccionar los límites del tumor, por ejemplo está bien diferenciado sobre las imágenes 161 por ejemplo de la exploración tomográfica. La herramienta automatizada puede permitir que el usuario oprima únicamente, (haga "clic") sobre la herramienta, y el software 36 automáticamente determinará la localización de los límites del tumor.
El siguiente paso del método es en general denominado como el" Paso de Posicionamiento del Haz 102. El aparato 35 de planificación por computadora determina un plan de tratamiento inicial con las posiciones de haz correspondientes. El paso de posicionamiento de haz 102 normalmente precede el paso de panel de prescripción 103. El Paso de Panel de Prescripción 103 permite que el médico introduzca dentro del aparato de planificación 35 las metas deseadas del tratamiento con radioterapia utilizado en los pasos previos, los cuales a su vez son utilizados en el
Paso de Optimización de Plan 107, subsecuente. Con referencia nuevamente a las figuras 2A y 2B, el siguiente paso en el método de la presente invención es un
Paso de Ajuste del Instrumento de Prueba 104. El grupo optimizado resultante de posiciones de haces de radiación y pasos de haz, o intensidades de haz para los segmentos de haces de radiación, es ajustado dentro de las capacidades de distribución del dispositivo de administración 39 (figura 1) .
Puede ser utilizado un proceso iterativo para explicar los ajustes de Factor de Salida (OF, por sus siglas en inglés) , la sincronización del movimientos de las hojas del colimador de hojas múltiples del dispositivo de administración 39, y las limitaciones de los movimientos simultáneos para llegar a la información de control para el dispositivo de administración 39 que representa un plan de tratamiento que
pueda estar distribuido dentro de las limitaciones de operación del dispositivo de administración 39. En el Paso de Simulación de Dosis 105, si es implementado, la dosis de radiación hacia el paciente es simulada con base en, por ejemplo, la información de control para el dispositivo de administración 39 (figura 1) . Un algoritmo que puede ser utilizado en este paso está basado en la técnica de Longitud de Trayectoria Modificada Tridimensional, como es conocida y entendida por aquellos expertos en la técnica. Con referencia nuevamente a las figuras 2A y 2B, el siguiente paso del método de planificación es un Paso de Conversión de Plan 106. El sistema 30 de la presente invención puede incluir varios rumbos significativos de la práctica de planificación de tratamiento actual . Por ejemplo, el usuario puede interpolar entre una pluralidad de planes de tratamiento muy diferentes para el uso en pacientes . Uno de los planes de tratamiento puede ser creado por un sistema CORVUS® previamente identificado, otro plan puede ser creado por un sistema diferente que tiene una metodología de desarrollo diferente. Con el fin de interoperar lo más efectivamente con otros sistemas, el aparato 35 de planificación por computadora debe ser en general capaz de generar automáticamente las metas de tratamiento sobre su propia formulación, que producirán un
plan de tratamiento especialmente idéntico a uno creado por otros sistemas. Esto permite que el aparato 35 de planificación por computadora "lleve" y ajuste los diversos planes de tratamiento creados por otros sistemas. Es proporcionado un algoritmo el cual desarrolla las metas de tratamiento apropiadas y sus pesos correspondientes . En la modalidad de "pellizco de plan o tweak" de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora proporciona un contribuyente de función objetivo o "restricción puntual" único para esta implementación, que representa un número de puntos seleccionados de evaluación de plan muestreado, junto con los constreñimientos adicionales, descritos posteriormente. Estos puntos son distribuidos automáticamente a todo lo largo de las estructuras objetivo y circunvecinas. Por ejemplo, cuando la porción de concordancia con el plan del aparato 35 de planificación por computadora importa un plan, éste puede dispersar los puntos de evaluación del plan hacia sitios seleccionados de los límites del objetivo, el interior del objetivo, los límites del órgano en riesgo ("OAR", por sus siglas en inglés) y los puntos Dmax descritos posteriormente. La distribución en general lograda a través del muestreo aleatorio. El muestreo aleatorio, no obstante, puede ser desviado para incrementar la probabilidad muestreada en regiones de relevancia
particular, tales como, por ejemplo, aquellas adyacentes a otros límites del volumen tumoral objetivo. Los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo y los puntos muestreados del volumen de la estructura pueden ser obtenidos al muestrear aleatoriamente una distribución de dosis de radiación o arreglo de haz del plan de tratamiento creado por otro sistema. El software 36 de optimización del plan determina un valor de dosis de radiación en cada uno de los puntos muestreados de volumen tumoral objetivo y los puntos muestreados del volumen estructural . Una función objetivo de la utilización puede ser entonces construido o modificado mediante la adición de un término a la función objetivo para cada uno "de los puntos muestreados de volumen tumoral diana u objetivo, y cada uno de los puntos muestreados del volumen estructural . Cada término proporciona un extremo (una restricción mínima o máxima) a la función objetivo, que corresponde al arreglo de haz de radiación del plan de tratamiento con radiación, precedente. Cada término asociado con los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo, o los puntos muestreados del volumen estructural, que penaliza la dosis de radiación cuando un valor de la dosis de radiación en cualquiera de los puntos muestreados respectivos, correspondientes para el plan de tratamiento con radiación propuesto difiere sustancialmente del valor respectivo de la dosis de radiación
para el arreglo de haz de radiación del plan de tratamiento con radiación, precedente. En otra modalidad más de la presente invención, cada término asociado con los puntos asociados del volumen tumoral objetivo o los puntos muestreados del volumen estructural, penaliza la dosis de radiación cuando un valor de la dosis de radiación de cualquiera de los puntos muestreados sucesivos, correspondientes para el plan de tratamiento con radiación propuesto, difiere sustancialmente de manera indeseable del valor respectivo de la dosis de radiación para el arreglo de haz de radiación del plan precedente de tratamiento con radiación. Similarmente, en una modalidad de la presente invención, cada término asociado con una estadística de dosis/volumen, del volumen tumoral objetivo o los puntos muestreados del volumen estructural, es aplicado tal que la función objetivo penaliza la estadística de dosis/volumen correspondiente, cuando un valor de la dosis de radiación en cualquiera de los puntos muestreados, respectivos, correspondientes para el plan de tratamiento con radiación propuesto, difiere sustancialmente de manera indeseable de un valor objetivo de la dosis de radiación. Después de distribuir estos puntos de evaluación del plan, el aparato 35 de planificación por computadora puede experimentar con diferentes tipos de contribuyentes de costo que pueden ser aplicados a las diferentes posiciones,
generando el mismo plan de tratamiento que fue importado. En general, los constreñimientos adicionales ausentes, el aparato 35 de planificación por computadora podría no tener éxito completamente en la conformación a un plan de tratamiento, de acuerdo a una modalidad de la presente invención, en el plan de tratamiento importado, ya que el plan de tratamiento importado es probable que analice diferentes puntos y que analice diferentes contribuyentes de costo. Por lo tanto, la restricción puntual, descrito posteriormente, le proporciona al aparato 35 de planificación por computadora otra herramienta para cambiar automáticamente (sin ser accionado por el usuario) y sincronizar finamente un plan de tratamiento para hacerlo sustancialmente similar al plan importado. El resultado final del Paso de Conversión de Plan 106 es que el aparato 35 de planificación de computadora conforma, o convierte, un plan previo en un plan adecuadamente formateado para el uso por una máquina de optimización de acuerdo a las modalidades de la presente invención. Esto puede ser logrado mediante: primeramente la determinación del arreglo del haz de radiación (distribución de dosis de radiación) que representa las metas clínicas originales utilizadas para formar el plan de tratamiento con radiación, importado; y la formación de una función objetivo de utilización para ser utilizada para desarrollar un plan dé tratamiento con radiación que tiene atributos clínicos que se
ajustan sustancialmente a las metas clínicas de administración de radiación del plan de tratamiento con radiación, precedente. Con referencia a las figuras 2A, 2B y 2C, en el caso de utilización del Plan 107, la optimización del plan de radiación es un caso específico de un problema inverso, donde la meta es determinar un escenario de administración óptima (grupos de haces de radiación y/o intensidades) para lograr la prescripción de dosis. Este paso es aplicable a los modos de "pellizco" (figura 2B) y "único" (figura 2C) . En el modo "pellizco" , descrito anteriormente con referencia a la figura 2B, un usuario corre otro sistema de planificación, tal como por ejemplo, el sistema de planificación CORVUS®, para generar un plan óptimo para ese sistema de planificación. El plan es luego convertido e importado para la edición en tiempo real utilizando una función objetiva de optimización que puede ser formada al ajustar iterativamente al menos un constreñimiento, de modo que el extremo de la función objetivo de utilización corresponde a una distribución de dosis de radiación aproximadamente igual que la primera distribución de dosis de radiación, y de este modo, las metas clínicas originales, del plan de tratamiento importado. El usuario puede entonces correr el aparato 35 de planificación por computadora, de acuerdo a las modalidades de la presente invención, con el fin de "pellizcar" el plan importado.
Las herramientas del sistema de planificación, tales como aquellas descritas más adelante, pueden ser luego aplicadas para pellizcar ese plan. Estas nuevas herramientas pueden darle al usuario la habilidad para realizar peticiones más específicas del aparato de planificación por computadora, proporcionando de este modo control más fluido, más fino sobre la distribución de dosis. El plan importado puede haber estado a un óptimo en la función de costo de los sistemas de planificación externos. No obstante, debido a que el clínico puede tener metas ligeramente diferentes que aquellas encarnadas en la función de costo del sistema externa, el clínico puede desear la modificación del plan optimizado. Las nuevas herramientas le proporcionan al clínico la ventaja de ser capaz de sintonizar finamente un plan, no obstante, de cómo éste fue originalmente derivado. Con referencia a la modalidad "única" de la figura 2C, el aparato 35 de planificación por computadora se introduce esencialmente de manera directa dentro de la etapa de planificación iterativa cuando el usuario introduce la información de las metas iniciales o actualizadas. El aparato 35 de planificación por computadora puede mostrar, de manera relativamente rápida (en un marco de tiempo interactivo) los contornos de isodosis 162 (figura 3) y los Histogramas de Volumen de Dosis Acumulativa o Histogramas de Volumen de Dosis, colectivamente denominados como "DVHs" o
"curvas DVH" 175 (figura 3) a partir de un plan de tratamiento efectivo que está siendo desarrollado o modificado, lo cuales pueden ser directa y gráficamente manipulados por un usuario. En vez de sentarse, desperdiciando quizás cinco o diez minutos, escribiendo una receta, esperar quizás diez minutos para una optimización del plan que va a ser generada, y luego evaluar los resultados y repetir ese proceso, ventajosamente de acuerdo a las modalidades de la presente invención, el usuario está provisto con una plataforma más fluida que puede mostrar visualmente una representación gráfica de la distribución de dosis de radiación para cada arreglo de haz de radiación propuesto. Por ejemplo, el usuario decide que la próstata va a ser dosificada con 50 Gy y la introduce como tal. La dosis de 50 Gy será luego visualmente mostrada sobre el monitor alrededor de la próstata. ?l usuario puede luego examinar el resultado y decidir que un OAR está recibiendo demasiada dosis . El usuario puede realizar un ajuste sobre ese OAR particular, el cual como resultado estimula la dosis excesiva fuera del OAR de interés . El usuario puede luego examinar nuevamente los resultados y realizar los ajustes apropiados. Ventajosamente, al usuario se le proporciona la habilidad para ver la evolución de estas iteraciones conforme éstas hacen evolucionar el plan de tratamiento con radiación,
permitiendo de este modo ajustes finamente sintonizados, muy detallados al plan. Más particularmente, como quizás se observa mejor en la figura 3, para ayudar en la optimización del plan de tratamiento con radiación, las modalidades de la presente invención le proporcionan ventajosamente al usuario una gráfica de isodosis 162 sobre una exploración CT, u otra imagen de exploración tipo tomográfica 161, mostrada visualmente en la pantalla de exploración 160 de GUI 150. Las modalidades de la presente invención también proporcionan ventajosamente al usuario, las curvas DVH 175. Al usuario se le proporciona un GUI 150 y el software 36 que incluye los algoritmos para entrada de datos y manipulación de la información mostrada sobre el GUI 150. El GUI 150 puede mostrar visualmente las herramientas interactivas tales como, por ejemplo, los menús de despliegue 151, 151 A los recuadros de verificación 152, 152 A los recuadros de campo de texto, tales como por ejemplo, la "dosis de meta" objetivo 153 o la "límite de dosis" 153' de la estructura, los controles de deslizamiento 154, 154' para los parámetros tales como la "homogeneidad" del objetivo o "la importancia" de la estructura, respectivamente, y un señalador de pantalla 163 el cual, a través del uso de un dispositivo de entrada, puede manipular los contornos de isodosis 162 mostrados en la imagen 161 y/o las curvas DVH 175.
En una modalidad de la presente invención, la entrada de las metas deseadas puede ser lograda por medio de la entrada en al menos un menú de despliegue 151, 151', recuadro de verificación 152, 152', campo de entrada de textos 153, 153' de la interconexión gráfica de usuario (GUI) 150 del aparato 35 de planificación de computadora. El establecimiento de metas puede también ser iniciado a través de la creación y ajuste de los DVHs prescritos tales como, por ejemplo, aquellos ilustrados en la ventana de análisis 170 (figura 3) . Los DVHs prescritos pueden ser formulados cuando el usuario introduce metas dentro del aparato 35. Nótese que en la modalidad preferida de la presente invención, las curvas DVH 175 asociadas que muestran un plan de tratamiento con radiación alcanzable, pueden ser ajustadas vía la manipulación individual o colectiva de los diversos menús de despliegue 151, 151', las entradas del recuadro de verificación 152, 152', los campos de entrada de textos 153, 153', los contornos de isodosis 162, y la manipulación directa (a través del uso de un dispositivo de señalización) de las curvas DVH 175, mismas. Por ejemplo, para un objetivo y estructura el usuario puede introducir números que representan las metas tales como: (1) un valor de la meta de dosis objetivo (por ejemplo, 67.24 Gy) en el recuadro de texto 153; y (2) el límite de dosis de la estructura (por ejemplo, 68 Gy) en el
recuadro de texto 153' . Para el objetivo y la estructura, la GUI 150 puede mostrar visualmente una gráfica pequeña o barra de deslizamiento 157 que funciona para permitir que el usuario "arrastre" la barra 157 a lo largo de la longitud del control de deslizamiento 154, 154', para establecer el mismo resultado descrito por la entrada de los números en los recuadros de texto 153, 153' . El aparato 35 de planificación por computadora puede aplicar constreñimientos simples y un optimizador rápido sintonizados para ellos, los cuales conjuntamente proporcionan un contexto para la manipulación directa de los contornos de isodosis o contornos 162, y el balance dinámico de las metas conflictivas . Idealmente, los contribuyentes de la función objetiva, o los constreñimientos, son continuos y tienen primeras derivadas que son monotónicas, e implementan funciones de costo que son lineales por piezas. El aparato 35 de planificación por computadora puede volver un plan de tratamiento con radiación en una "calificación" S, que es igual a la suma del valor de los contribuyentes de costo individual multiplicado por su prioridad asignada, o peso, en donde :
donde Cx es un contribuyente de costo, n representa el enésimo contribuyente y Wx es la prioridad o peso asignado al enésimo contribuyente de costo. Estos contribuyentes de
costo, o funciones de influencia pueden tomar la forma de constreñimientos, los cuales a su vez son una función de los pesos o dosis de los haces de radiación. En la modalidad preferida, el plan de tratamiento "calificación" S, de aquí en adelante descrito es una función de los contribuyentes de costo que están a su vez comprendidos de al menos, pero no limitados a, una o más de los siguientes constreñimientos: 1. límites objetivo; 2. interior de objetivo/cobertura del objetivo; 3. límites del órgano en riesgo (OAR) ; 4. puntos de Dmax: localizados en el punto Dmax de cada haz; y 5. puntos de arrastre hacia arriba/hacia abajo: estos puntos yacen a lo largo de una línea dibujada por el usuario; 6. Restricción puntual (la modalidad de concordancia de plan únicamente) Cada uno de los tipos de restricción son divididos por donde los puntos ' respectivos de interés de los constreñimientos respectivos están localizados, y el área de -interés dentro del paciente. Cada uno de estos tipos de restricción deben implementar una función de costo y una función derivada parcial (con respecto a una afluencia de haz específico) . Los detalles del efecto de constreñimientos son descritos más adelante en la presente. Los pesos de haz
efectivamente describen el plan de tratamiento con radiación, y la función de costo evalúa el plan de tratamiento con radiación al producir una calificación, en donde cualesquiera contribuyentes de costo individuales, o constreñimientos, pueden ser una función de un subgrupo de los pesos del haz de radiación. También, únicamente los voxeles asociados con los constreñimientos (voxeles de constreñimiento) , son dosificados mientras se costea durante las iteraciones de optimización . Todavía con referencia a la figura 3 , en la modalidad preferida de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar balanceo de restricción dinámico, por ejemplo, un método en tiempo real para ajustar las metas dosimétricas al tiempo que se observa al menos una representación de dosis en el paciente, por ejemplo, una gráfica 162 de isodosis sobre una exploración CT, u otra exploración o imagen 161 tipo tomográfica, mostrada en la ventana de exploración 160 de la GUI 150. En esta modalidad, el software 36 incluye algoritmos para la manipulación dinámica de un plan de tratamiento con radiación, a través del uso de herramientas iterativas del usuario, tales como por ejemplo, los menús de despliegue 151, 151', y los recuadros de verificación 152, 152', los recuadros de campo de texto 153, 153', los controles de deslizamiento 154, 154', y el señalador de
monitor 163 colocado para manipular las curvas DVH 175 y los contornos de isodosis 162 mostrados en la imagen 161. La evaluación de las diversas iteraciones de un plan de tratamiento con radiación, requiere en general un muestreo de los puntos de evaluación del plan a todo lo largo del paciente . Este muestreo puede ser ya sea completamente aleatorio, o aleatorio con una desviación para incrementar la probabilidad muestreada adyacente al límite externo del volumen tumoral objetivo, que puede proporcionar ventajosamente más información utilizando menos puntos de evaluación del plan. Para agregar confiabilidad a la evaluación del plan, los puntos de evaluación del plan seleccionados son preferentemente no los mismos puntos aleatoriamente seleccionados utilizados por el software 36 de optimización del plan, del sistema 35 de planificación por computadora (figura 1) para realizar y mostrar las diversas iteraciones del plan de tratamiento por radiación. Los constreñimientos anteriormente descritos pueden proporcionar la figura matemática aplicable para realizar eficientemente el desarrollo y la evaluación del plan de tratamiento con radiación. Además, el software 36 del aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar los constreñimientos anteriormente descritos, junto con otros conocidos por aquellos expertos en la técnica, con lo cual tales constreñimientos son
funcionalmente establecidos para penalizar la calificación S del plan, o hacer menos atractivo el plan. Los primeros dos constreñimientos identificados anteriormente son los límites o fronteras del objetivo y el interior del objetivo/cubierta del objetivo. Los límites de frontera del objetivo significan la forma del tumor. Un algoritmo de software 36 implementa esta restricción al examinar los puntos de muestreo del plan a lo largo del límite del objetivo. El plan que establece los límites, ya sea dentro o fuera de los límites efectivos, producirá un plan que es más deseable para el usuario. Una descripción visual de esta función de influencia toma básicamente la forma de una muesca boca abajo que es lineal pieza por pieza, y es descrita por aquellos expertos en la técnica como la creación de pozos que impulsan sus voxeles asociados hacia la dosis de prescripción. Además, un control de deslizamiento 154, u otra forma de control de ajuste, es proporcionada para ajustar el peso o la importancia de la selección correcta de los límites para el plan completo. La restricción del interior del objetivo es proporcionado para asegurar que al objetivo se le de al menos una dosis mínima. Esta restricción penaliza el plan donde la dosis en los voxeles del objetivo están por debajo de la dosis de meta, y de este modo intenta elevar la dosis. La restricción de la cubierta del objetivo, que puede ser una
restricción separada o combinada con la restricción del interior del objetivo, es también proporcionado para asegurar que el objetivo completo obtenga una dosis mínima y sea homogénea. Este constreñimiento, no obstante, penaliza el plan donde la dosis en los voxeles del objetivo están por arriba de la dosis de meta y de este modo intenta disminuir la dosis. En la modalidad preferida, el control del deslizamiento 154" similar al control de deslizamiento 154 u otra forma de control de ajuste, es proporcionado para ajustar la importancia de estos constreñimientos. La restricción de los límites de OAR es proporcionado' para asegurar que un órgano saludable no sea expuesto a una dosis excesiva de radiación, por ejemplo más allá del límite de la dosis . La restricción penaliza una dosis excesiva en voxeles de OAR. En la modalidad preferida, un control de deslizamiento 154' u otra forma de control de ajuste, es proporcionado para ajustar la importancia de este constreñimiento . La restricción de los puntos Dm? describe el punto a lo largo de cada haz donde la dosis es la más alta como resultado de ese haz particular. La restricción de los puntos Dmax es proporcionado para controlar la dosis que no está en el objetivo. En la modalidad preferida, un algoritmo de software 36 es proporcionado, el cual ignora cualquiera de los puntos que caen en un objetivo, y agrega cualquiera de
los puntos en los voxeles de "límite de OAR" que caen dentro de un OAR. La restricción de los puntos de arrastre hacia arriba/hacia abajo es definido por un grupo de puntos a lo largo de una línea dibujada por un usuario. En la modalidad preferida, un algoritmo del software 33 es proporcionado para estimular la dosis ya sea por arriba o por debajo de un umbral - por arriba cuando la línea es iniciada sobre un punto donde la dosis es más alta que la dosis promedio a lo largo de la línea, o por debajo cuando el promedio es más alto. Una meta-optimización puede balancear la fuerza de estos constreñimientos para asegurar éste sean lo suficientemente fuertes para ser satisfechos. En la modalidad preferida de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar ponderación automática del constreñimiento . La planificación del tratamiento consiste de balancear diversas metas, frecuentemente mutuamente exclusivas. Una vez que esta metas sean representadas, el aparato 35 de planificación del tratamiento debe saber que sus propiedades relativas están en orden para balancearlas óptimamente . Como se estableció previamente, muchos sistemas de planificación de tratamiento requieren que el usuario prioritice explícitamente las metas, que pueden ser un proceso difícil impreciso y que potencialmente consume tiempo.
Conceptualmente, el aparato 35 de planificación por computadora y los algoritmos asociados requieren un entendimiento de la relación de las diferentes metas encapsuladas por el plan de tratamiento, y conforme el usuario coloca en capas nuevas metas sobre la parte superior de las metas viejas, como esas metas deben ser balanceadas. Ventajosamente, las modalidades de la presente invención pueden proporcionar ponderación de restricción automático, por ejemplo, un nivel de interactividad que permite la prioritización para ser inferida de las acciones del usuario y una secuencia de entradas del usuario en la forma de ajustes del plan, en vez de a través de la entrada directa de las prioridades determinadas por el usuario. El software 36 del aparato 35 de planificación por computadora puede traducir una prioridad inferida en un valor numérico que determina el "peso" interno dado a una meta particular. La ponderación automática de restricción es una metodología mediante la cual cada vez que un usuario agrega una nueva meta que realiza ajustes, un algoritmo asigna un cierto nivel de importancia a esa nueva meta, mantiene otro grupo más de metas, por ejemplo, 50 metas, y sus propios niveles separados de importancia, y calcula esas importancias de una manera que es sin unión para el usuario. En la modalidad preferida, una metodología de búsqueda simple, que ejecuta una optimización separada en cada prueba de búsqueda, proporciona esta
traducción automática. En una modalidad de acuerdo de la presente invención, con referencia a la figura 3, puede ser obtenida una implementación efectiva de la prioritización a partir del uso de un control del deslizador, tal como por ejemplo, el control del deslizamiento 154 y/o el uso de un dispositivo de señalamiento convencional (no mostrado) , el cual opera un señalador de monitor 163 para manipular directamente ("arrastrar") la dosis representada por cualesquiera contornos 162 de isodosis o curvas DVH 175. Por ejemplo desde la perspectiva del usuario, un control 154' de deslizamiento de exclusión de tejido sensible puede ser utilizado para retirar la dosis de una estructura que puede ser observada por el software 36 como el equivalente de establecer una meta absoluta de dosis cero en la estructura. Dentro de los confines del software 36, no obstante, la adición de una meta nueva es efectivamente equivalente a agregar un nuevo término a una función de costo total comprendida de una serie de contribuyentes de costo ponderado, y/o cambiar los pesos de los otros. Además, de acuerdo a una modalidad de la presente invención, el arrastre de una dosis (contorno de isodosis 162 o curvas DVH 175) agrega un nuevo término a la función de costo total; y para controlar un control deslizador 154, por ejemplo, empujando la dosis fuera de un órgano, cambia uno de los términos
preexistente . Todavía con referencia a la Figura 3 , en la modalidad preferida de la presente invención, el ajuste de la meta puede ser logrado vía la modificación de dosis en el plan interactivo: la manipulación directa de los contornos de isodosis 162 (frecuentemente denominado como el "mapa de contorno" de isodosis) y la manipulación directa de las curvas DVH 175, en donde la salida sería entonces el cambio a los contornos de isodosis 162 y a las curvas DVH 175. En una modalidad de la presente invención, el DVH aproximado de los objetivos y la intersección en las abscisas de los DVHs de OAR, y/o la dosis máxima estimada de los OARs, son dinámicamente actualizados. En otra modalidad más de la presente invención, éstos son "amplificados" a detalle completo por una sarta de baja prioridad que intenta actualizarlos durante los periodos inactivos. Con referencia a las Figuras 3, 4, 6, 7 y 8, en la modalidad preferida de la presente invención, existen al menos cinco elecciones mayores proporcionadas al usuario para empujar la dosis fuera de un volumen tumoral o volumen de estructura adyacente . La primera elección proporciona un ajuste global al volumen del tumor afectado o a la estructura tisular. Por ejemplo, el usuario puede señalar, o seleccionar, una estructura tisular afectada por la dosis, por ejemplo el recto completo. La estructura puede ser
seleccionada de un menú 151' reducido. El usuario puede ajustar el control deslizador asociado 154' para reducir la dosis en la estructura afectada o introducir un valor de dosis reducida en una casilla de texto asociada 153'. El ajuste, no obstante, puede o no cambiar la dosis en cualquier parte específica de la estructura afectada, pero podría enfocarse sobre cualquier cosa que fuera la "parte más caliente" de la estructura afectada, o porción de la estructura que recibe la dosis más grande. Si la parte más caliente era también la parte de interés para el usuario, el ajuste debería ser efectivo. Si el área de interés no es la parte más caliente de la estructura afectada, el ajuste afectaría otra parte más de la estructura afectada en, o antes de que ésta afecte, el punto de interés dentro de la estructura. En vez de utilizar el control deslizador 154', el usuario puede más bien examinar la gráfica 162 del contorno de isodosis sobre la CT u otra exploración 161 tipo tomográfico de la ventana de exploración 160 de GUI 150, descrita más adelante. Las elecciones restantes del usuario son más flexibles y tienden a ser más localizadas en respuesta. Con referencia a las Figuras 3 y 4, el usuario puede examinar el GUI 150 que comprende la ventana de exploración 160 que incluye los contornos 162 de isodosis superpuestos o extraídos a través de la estructura afectada, por ejemplo el
recto. Como se describe previamente, los contornos 162 de isodosis corresponden a la dosis comúnmente administrada a una porción del objetivo o la estructura. El GUI 150 proporciona la manipulación directa de esos contornos 162 de isodosis, por ejemplo, sobre la parte de CT 161. El usuario puede ser provisto con la habilidad para manipular los contornos 162 de isodosis a través del uso de un dispositivo de señalamiento convencional (no mostrado) u otro dispositivo de entrada adecuado conocido y comprendido por aquellos expertos en la técnica, que puede ser representado por el señalador 163 del monitor o pantalla. El software 36 incluye un algoritmo que permite que el usuario "agarre" y "arrastre" un contorno 162 de isodosis hacia un sitio seleccionado. La radiación, no obstante, no solo le permite a alguien realizar un cambio aislado. Otros parámetros cambiarán correspondientemente cuando el usuario libere el "agarre" del dispositivo de señalamiento sobre el contorno 162 de isodosis, de interés. Esta liberación le ordena al algoritmo que envíe de salida un nuevo plan, en donde el contorno 162 de isodosis, ajustado, forma una restricción agregada. El nuevo contorno de isodosis "mapa de contorno" proporciona la retroalimentación primaria resultante del arrastre del contorno 162 de isodosis, de interés. La manipulación directa de un contorno de isodosis 162 puede provocar que el contorno 162 de isodosis y otro
contorno 162' de isodosis en un sitio diferente se ensanchen. A través de esta visualización, el usuario puede entonces determinar si el cambio, debido a la desviación no requerida, es dañino, y si es así, a qué grado. Con referencia a la Figura 4, el contorno 162' de isodosis que representa la dosis de desviación puede ser seleccionado o "cuqueado" y arrastrado a través o hacia afuera de la estructura afectada. Por ejemplo, el usuario puede oprimir o hacer click sobre ese contorno 162' de isodosis y arrastrarlo fuera del recto. Después de la liberación del dispositivo de señalamiento, o el botón del ratón (no mostrado) , el aparato 35 de planificación por computadora recalculará otro nuevo plan con base en cualquier cosa que el usuario previamente requirió con una restricción de que esa dosis no entre en la estructura previamente afectada, como por ejemplo, el recto. En esta alternativa, únicamente el "punto caliente" de interés es principalmente afectado por el ajuste, en vez del objetivo o estructura completa. El efecto conceptual de arrastrar un contorno 162 de isodosis de interés, es variar la manera en la que los contornos 162, 162' de isodosis se curvan a través del paciente . Nótese que un proceso de optimización "normal" optimiza la dirección y/o intensidad del haz de radiación dentro de los límites de los constreñimientos definidos por el usuario. Un proceso de meta-optimización, más bien, puede
ajustar iterativamente los constreñimientos mismos para alcanzar las metas que coinciden con aquellas del plan de tratamiento importado. Una meta-optimización puede balancear la resistencia de los constreñimientos anteriormente descritos para asegurar así que éstos sean solo lo suficientemente fuertes para ser satisfechos. Además, en respuesta a la entrada de un valor de dosis máxima y/o mínima 164, 165 (Figura 9), el software 36 puede constreñir la manipulación del contorno de isodosis por el usuario, para prevenir una variación de dosis colateral indeseable; tal como se describe anteriormente . Todavía con referencia a la Figura 4, el arrastre de la dosis forma matemáticamente una línea 190 entre el punto 191 de arrastre inicial y el punto 192 de arrastre de detención. Computacionalmente, un algoritmo del software 36 del aparato 35 de planificación de la computadora intenta asegurarse el contorno 162' de isodosis particular de interés, no cruce 190 formada por el arrastre. Es decir, una restricción establecida a lo largo de la línea 190 puede ser implementado para constreñir la dosis a lo largo de la línea seleccionada por el usuario, a un nivel de valor que no excede el valor deseado de la dosis donde el nivel indeseable de la dosis es mayor que el nivel deseado de dosis, e implementado para constreñir la dosis a lo largo de la línea seleccionada por el usuario, a un nivel de valor no por
debajo del nivel deseado de dosis, donde el nivel de dosis indeseable es menor que el nivel de dosis deseado. Este objetivo puede ser también logrado donde la dosis indeseable está entre los puntos de arrastre inicial y de detención 191, 912, al promediar la dosis a lo largo de la línea 190 desde el punto de arrastre inicial 191 hasta el punto final 192. El algoritmo eleva luego la dosis cuando la línea 190 es iniciada sobre un punto con una dosis mayor que la dosis promedio a lo largo de la línea 190, y más bajo cuando el promedio es más alto. Por ejemplo, si una península de dosis está sobresaliendo dentro de un órgano, el punto inicial 191 puede estar en un contorno 162' de isodosis de, por ejemplo, 70 Gy. La línea 190 puede ser formada mediante el arrastre de ese contorno 162 de isodosis a través de otro contorno 162" de isodosis de, por ejemplo, 80 Gy, terminando en un punto final 192 de 70 Gy. Si el promedio a lo largo de la línea es de 73 Gy, la dosis promedio podría ser más alta que el punto inicial, de modo que el algoritmo asumiría que el usuario desea disminuir la dosis a lo largo de esa línea. En otro ejemplo más, el usuario desea empujar hacia afuera un "punto caliente" de una porción de la estructura de tejido saludable utilizando la alternativa de "arrastre de la dosis". El usuario arrastra la dosis al .acoplar un contorno 162 de isodosis con el dispositivo de señalamiento asociado
con el señalador 163 del monitor y arrastra el contorno 162 de isodosis a través y sobre el "punto saliente" . Este proceso se asemeja al agarre de una línea de contorno de un mapa de contorno, y al arrastre de la línea de contorno sobre el pico superior de la montaña descrita sobre el mapa de contorno, por ejemplo, el usuario coloca el dispositivo de señalamiento en algún lugar justo afuera del contorno pico, arrastra a través del pico, y libera la línea de contorno recolocada sobre el lado opuesto del pico. El algoritmo asociado del software 36 puede establecer una restricción a lo largo de la línea 190, tal que nada a lo largo de esa línea 190 entre los dos puntos 191, 192, recibe un nivel de dosis mayor que aquel anotado cuando el usuario comenzó inicialmente el arrastre . Idealmente, como establece en este ejemplo, el algoritmo eliminaría el pico de la montaña. No obstante, si el pico fuera muy amplio, la acción del usuario puede únicamente cavar un nuevo valle a lo largo y sobre cualquier lado de la línea 190. Si es así, el usuario puede realizar ya sea intentos adicionales, o bien considerar una metodología alternativa, tal como, por ejemplo, el método de control de deslizador global, descrito anteriormente. Nótese, correspondientemente, donde el usuario desea extender una línea de contorno de isodosis para incrementar la dosis de radiación en un área cercana, el algoritmo asociado de
software 36 puede establecer una restricción tal que nada a lo largo de una línea formada entre el punto de arrastre inicial y el punto de arrastre final reciba una dosis menor que aquella del punto de arrastre inicial . Quizás como se observa mejor en las Figuras 3 y 6, el software 36 puede incluir un algoritmo que (1) permite que el usuario "seleccione" o "marque" una porción 193 de un contorno 162" de isodosis u otro valor representativo de isodosis sobre la parte de imagen 161, teniendo un nivel de dosis deseado por el usuario; y (2) permite que el usuario manipule o "arrastre" un dispositivo de entrada de usuario, para "dibujar" o "esculpir" un contorno de isodosis propuesto a lo largo de una trayectoria 194 deseada por el usuario
(ilustrada como una línea discontinua) desde la posición seleccionada 193 hacia una segunda posición seleccionada sobre la parte de imagen 161, preferentemente cerca o adyacente al contorno 162" de isodosis. En respuesta a la selección y a la manipulación por el usuario, el dispositivo de entrada forma la trayectoria 194 deseada por el usuario, el software 36 reposiciona el contorno 162 de isodosis aproximadamente adyacente a la trayectoria 194 deseada por el usuario, con lo cual se reforma el contorno 162" de isodosis, y de este modo, se forma un nuevo arreglo de haz de radiación. Como con la manipulación del contorno de isodosis, descrito anteriormente, preferentemente la
liberación del dispositivo de entrada le ordena al algoritmo que envíe de salida en nuevo plan, en donde el contorno de isodosis ajustado forma una restricción agregado. Nótese que el software 36 puede incluir provisiones para la restricción de las dos metodologías anteriormente descritas de la manipulación del contorno de isodosis, para prevenir una variación indeseable en la dosis colateral. El usuario puede introducir uno o ambos de un valor de dosis de radiación máxima y mínima 164, 165 (Figura 9) para un volumen tumoral objetivo o un volumen de estructura. En respuesta a la entrada de los valores de dosis máxima y/o mínima 164, 165 por el usuario, el software 36 previene el movimiento del contorno 162" de isodosis que podría dar como resultado una dosis de radiación que se desvíe de la parte exterior de los constreñimientos de dosis proporcionados por el usuario . Como se observa quizás mejor en la Figura 7, el software 36 puede incluir un algoritmo que proporciona una herramienta que permite que el usuario "seleccione" o "marque" un contorno 162" 'de isodosis para "borrar" funcionalmente una anomalía de alta radiación o punto caliente (ilustrado) , una anomalía de baja radiación, o que realice una despliegue de dosis máxima más global. Para una anomalía de alta radiación, en respuesta a que el usuario selecciona el contorno 162" de isodosis, el software 36 puede
establecer un valor de dosis de radiación, dentro del contorno 162"' de isodosis, aproximadamente igual a un valor de dosis de radiación fuera del contorno 162"' de isodosis. Para una anomalía de baja radiación, el software 36 puede ajustar un valor de dosis de radiación dentro de un contorno 162"' de isodosis aproximadamente igual al valor de dosis de radiación fuera del contorno 162"' de isodosis. En cualquier situación, el desplazamiento de la dosis dentro del contorno 162"' de isodosis borra conceptualmente el contorno 162"' de isodosis. Como con las dos formas anteriormente descritas de manipulación del contorno de isodosis, la liberación del dispositivo de entrada ordena preferentemente que el algoritmo emita de salida un nuevo plan, en donde el cambio del valor en el contorno 162"' de isodosis forma una restricción agregada. También, como con las dos formas anteriormente descritas de manipulación del contorno de isodosis, el software 36 puede también incluir las provisiones para constreñir esta metodología de manipulación del contorno de isodosis para prevenir una variación de dosis colateral indeseable . El usuario puede introducir uno o ambos de los valores de dosis de radiación máxima y mínima 164, 165 (Figura 9) para un volumen tumoral objetivo o un volumen de estructura. En respuesta a la entrada del valor de dosis máxima y/o mínima 164, 165 por el usuario, el
software 36 puede prevenir cualquier cambio en la dosis dentro del contorno 162"' de isodosis, seleccionado, que podría dar como resultado una dosis de radiación que se desvía de la parte exterior de los constreñimientos de dosis proporcionados por el usuario. Como se muestra quizás mejor en las Figuras 3 y 8, el software 36 puede incluir un algoritmo que permite que el usuario "agarre" y "arrastre" una curva DVH 175' para reducir/incrementar un porcentaje de volumen tumoral o de volumen estructural que recibe más de un nivel de dosis predeterminada de radiación, como se ilustra en la Figura 8, para reducir/incrementar el nivel de la dosis excesiva para un porcentaje dado de volumen tumoral o volumen estructural, o una combinación intermedia entre éstas. La utilización de un dispositivo de entrada preferentemente en la forma de un dispositivo de señalamiento, el usuario puede seleccionar una porción de una curva DVH 175' localizada en una posición seleccionada 196 que indica un porcentaje 197 de volumen tumoral objetivo (o volumen estructural adyacente) permitido para recibir más de un nivel de dosis predeterminada de radiación 198. En respuesta al arrastre del usuario de la porción seleccionada 196 de la curva DVH 175' con el dispositivo de entrada a lo largo de una trayectoria deseada por el usuario hacia otro sitio, el software 36 altera el porcentaje 197 del volumen tumoral objetivo (o volumen
estructural adyacente) permitido para recibir más de un nivel de dosis de radiación predeterminada, con lo cual se forma el nuevo arreglo de haz de radiación que tiene un porcentaje 199 deseado por el usuario, de volumen tumoral objetivo (o volumen de la estructura adyacente) permitido para recibir más de un nivel de dosis predeterminada de radiación. Como con la manipulación/borrado del contorno de isodosis, descrito anteriormente, preferentemente la liberación del dispositivo de entrada le ordena al algoritmo que emita el nuevo plan, en donde la curva DVH 175' ajustada forma una restricción agregada. También, como con la manipulación/borrado del contorno de isodosis, el software 36 puede también incluir las provisiones para los constreñimientos de este tipo de manipulación de la curva DVH por el usuario, para prevenir una variación de dosis colateral indeseable. El usuario puede introducir uno o ambos de un valor de dosis de radiación mínima y máxima para un volumen tumoral objetivo o un volumen de estructura. En respuesta a la entrada el valor de dosis máxima y/o mínima 164, 165 (Figura 9) por el usuario, el software 36 puede prevenir cualquier cambio en la dosis que pudiera dar como resultado una desviación de la dosis de radiación desde afuera de los constreñimientos de dosis proporcionados por el usuario. Con referencia nuevamente a la Figura 3 , en una modalidad de la presente invención, al usuario se le
proporciona un control de deslizamiento 155 que permite una fusión de deshacer parcial o desenrollamiento, del cambio promovido por el arrastre del contorno 162 de isodosis. Como se anotó anteriormente, cuando el usuario arrastra el contorno 162 de isodosis de interés, y luego lo libera, el usuario provoca que los contornos de isodosis "tracen el mapa del contorno" para redibujar en la ventana de exploración 160 una nueva imagen del plan de tratamiento con radiación ("punto de verificación") . De este modo, al usuario se le presenta la información necesaria para determinar el efecto del cambio "propuesto". Conceptualmente, el usuario ha requerido un cambio en el plan de tratamiento con radiación sin el conocimiento de cuáles pudieran ser los compromisos o qué cambios podrían involucrar. El usuario, no obstante, en general necesita apreciar qué ha cambiado colateralmente y cómo la modificación propuesta afectó el cambio colateral . De este modo, al usuario se le presenta un control de deslizamiento 155 (deslizador de deshacer parcial) , en donde el usuario puede deslizar la manija 157 de la deslizadera 155 para "anular" en incrementos, las modificaciones propuestas. Aunque otras metodologías están dentro del alcance de la presente invención, la función de la deslizadera 155 es preferentemente lograda a través de la interpolación lineal entre los valores de dosis (correspondientes a la interpolación lineal de las intensidades de los haces) de los
puntos muestreados utilizados por el software 36 de optimización del plan, descrito con más detalle más adelante. La deslizadera 155 de deshacer parcial es básicamente equivalente a un dispositivo de retroceso que automáticamente encapsula el último ajuste que realizó el usuario. Además, en la modalidad preferida, la deslizadera 155 de deshacer parcial funciona por omisión con su manija 157 en la posición más a la derecha después de la liberación del contorno 162 de isodosis de interés y la ventana de exploración 160 correspondiente muestra el plan modificado. Si el usuario desliza la manija 157 de la deslizadera por toda la vía a la izquierda, el algoritmo deshace la modificación completamente. El deslizamiento de la manija 157 hacia atrás a la derecha, reinstituye la modificación completamente, de modo que el usuario puede, en tiempo real, realizar el efecto de la modificación, completamente o en incrementos, conforme el usuario desliza la manija 157 hacia atrás y hacia adelante. Ventajosamente, el usuario puede comprender más fácilmente el grado de los compromisos . El usuario puede seleccionar cualquier punto intermedio para ver la configuración del plan antes del ajuste y el resultado del ajuste. Por ejemplo, el usuario revisa los contornos 162 de isodosis que traslapan la imagen 161 en la ventana de exploración 160 de GUI 150, y determina que una dosis
excesiva está siendo distribuida a una estructura de órgano saludable, tal como el recto. El usuario lista el dispositivo de señalamiento asociado con el señalador del monitor 163 y arrastra el contorno 162 de isodosis, de interés, empujando correspondientemente la dosis fuera del camino del recto. En este ejemplo, se asume que el ajuste dio como resultado resultados menos que deseables en las áreas colaterales. El usuario, infeliz con el resultado del ajuste, experimenta entonces con el ajuste al mover la manija 157 de la deslizadera 155 de deshacer parcial hacia atrás y hacia adelante, examinando los contornos 162 de isodosis, cambiando sobre el monitor con cada incremento. Conforme el usuario mueve la manija 157 de la deslizadera 155 de deshacer parcial, provocando que los contornos 162 de isodosis se muevan "fluidamente" dentro y fuera del recto, el usuario selecciona la posición del contorno de isodosis correspondiente al mejor compromiso posible. Después de la liberación de la manija 157 de la deslizadera 155 de deshacer parcial, el algoritmo proporciona el plan de tratamiento actualizado. El usuario continúa luego con un examen de los resultados y realiza correspondientemente otros cambios. En las modalidades de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora proporciona una habilidad para interpolar mapas de fluencia. Esta habilidad proporciona al usuario la flexibilidad de examinar la gama
completa de opciones entre una pluralidad de escenarios de planes de referencia. Por ejemplo, en una modalidad de la presente invención, el algoritmo de deshacer parcial incrementa un control de deslizamiento dinámico 155 que, como se discute anteriormente, tiene el efecto de permitir que el usuario realice rápidamente una función de deshacer parcialmente los cambios. En su forma más simple, la función de deshacer parcialmente los cambios, permite la creación de un plan de tratamiento promedio, es decir, por ejemplo, equivalente a un escenario de plan que está conceptualmente
"a mitad de camino" entre el plan de pre-ajuste y el plan de post-ajuste. El algoritmo asociado puede promediar la dosis
(interpolación entre matrices de dosis) y promediar los patrones de fluencia (interpolación entre los perfiles de intensidad de haces) de los cuales es derivada la dosis de interés. Siempre y cuando el algoritmo esté limitado a un cierto grupo de constreñimientos, los algoritmos pueden realizar esta operación en respuesta, y producirán un plan de tratamiento seleccionado dentro del continuo entre el plan de tratamiento de pre-ajuste y el plan de tratamiento de postajuste. En las diversas modalidades de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora proporciona diferentes niveles de tales limitaciones sobre los constreñimientos, dependiendo del funcionamiento temporal deseado.
En la modalidad preferida de la presente invención, el sistema 35 de planificación por computadora proporciona la habilidad para interpolar entre los "puntos de verificación" . Algunos sistemas de planificación de tratamiento proporcionan un medio para guardar o temporalmente almacenar una pluralidad de iteraciones de un plan de tratamiento en la forma de una versión actualizada, para la comparación subsiguiente y para permitir el retrorrastreo . Se le proporciona al usuario un control en tiempo real que permite que el usuario establezca cualesquiera dos planes ("puntos de verificación") como los puntos finales sobre un continuo simple, proporcionándole de este modo al usuario una velocidad liberada mejorada para explorar diversas posibilidades contingentes. Con referencia a la Figura 3, la pantalla de GUI 150 puede incluir un botón 158, un menú de reducido (no mostrado) , o un dispositivo similar que permite acceso a la lista de planes, y un botón 158', el menú reducido (no mostrado) , o un dispositivo similar que permite la adición del plan actual a la lista. La interpolación entre la función de puntos de verificación puede permitir que el usuario realice algunos cambios, guarde el plan modificado como otra versión más, y luego al final reclame cualquiera de las versiones previas con el fin de deslizar básicamente hacia atrás y hacia adelante dentro del continuo entre estas versiones, o versiones previas, o con el plan de
visualización actual, para desarrollar adicionalmente versiones aún más contingentes . Conceptualmente, la interpolación entre la función de los puntos de verificación es una función de deshacer de niveles múltiples, que puede utilizar funcionalmente la interpolación lineal entre los valores de dosis de los puntos muestreados por evaluación/optimización. Esta función, no obstante, no está limitada a la comparación únicamente de las versiones previas de un plan creado utilizando las herramientas de este sistema. La interpolación entre dos puntos de verificación puede ser lograda primeramente mediante la determinación de un valor de dosis de radiación en cada uno de un grupo correspondiente de puntos, que representa una distribución de dosis de radiación para el primero y segundo puntos de verificación creados sobre las diferentes plataformas . Nótese que aunque otras metodologías están dentro del alcance de la presente invención, esta función es preferentemente implementada utilizando la interpolación lineal aplicada entre los valores de dosis de radiación para los grupos de puntos de representación las distribuciones de dosis de radiación para el primero y el segundo puntos de verificación. El software 36 de optimización del plan puede convertir el plan de tratamiento de radiación propuesto intermedio (o final) en un plan de tratamiento con radiación
discreto, administrable a través de la discretización de las intensidades de los haces de radiación, formando el arreglo de haces de radiación en los ajustes de intensidad de haces de radiación, correspondientes, compatibles con un dispositivo de administración preseleccionado 39 tal como, por ejemplo, el dispositivo de administración de terapia de radiación conforme. El software 36 puede luego mostrar gráficamente de manera automática al usuario el plan de tratamiento con radiación discreta, administrable. Esto puede ser logrado al proporcionar una función de objetivo de optimización, constreñida por el valor de dosis de radiación en cada punto en la distribución de dosis de radiación o en un grupo muestreado del mismo, que representa la distribución de dosis de radiación. Con el fin de permitir los ajustes del plan interactivo en tiempo real requeridos anteriormente sobre el hardware (equipo físico) de computadora de la generación actual, la función objetivo, que frecuentemente optimice la computadora que procesa el algoritmo de optimización respectivo, puede ser definido o reestablecido tal que éste es compatible con la optimización rápida (temporal) sin reducciones significativas en la capacidad. En la modalidad preferida de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar la optimización con primera derivadas monotónicas de los
contribuyentes objetivo. El aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar un algoritmo que reformula las metas, tal que cada contribuyente a la función objetivo es monotónico en su primera derivada, con el fin de lograr una disminución significativa en el tiempo requerido para realizar la optimización. Al enfocar la atención sobre la función objetivo, la computadora debe optimizar frecuentemente, en vez de cada función objetivo optimizada, una despliegue significativa en el tiempo computacional puede ser lograda con esfuerzo computacional mínimo. Nótese que la aplicación del algoritmo a todas las funciones objetivo optimizadas, está no obstante dentro del alcance de la presente invención. La selección del punto de evaluación de plan es otra metodología más que proporciona optimización temporal. La selección de puntos de muestra para la evaluación de las diversas iteraciones de un plan de tratamiento con radiación, puede incrementar significativamente el funcionamiento temporal . Este muestreo puede ser ya sea completamente aleatorio o aleatorio pero con una desviación para incrementar las regiones adyacentes de probabilidad muestreadas, de relevancia particular. En la modalidad preferida de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora proporciona un algoritmo para la selección automática de los puntos de evaluación de plan
mínimo para aumentar la velocidad y la interactividad al identificar un número más pequeño que el típico de puntos de evaluación de plan dentro del paciente, en los cuales se simula la dosis de tratamiento. Estos puntos de evaluación de plan son distribuidos suficientemente tal que el software 36 está "enterado" de las características de dosis importantes . Ya que el funcionamiento es inversamente proporcional al número de tales puntos de evaluación de plan, el algoritmo puede identificar el grupo más pequeño posible que cumple con ese criterio, siendo el trueque o intercambio el número de puntos de evaluación de plan que constriñen el funcionamiento y que dictan la precisión. Por ejemplo, se pueden tener 1,000 diferentes partes del tumor en que la dosis es calculada para ser utilizada, para calcular la función objetivo, y pueden existir otros 50,000 puntos dispersos a todo lo largo del paciente. Si el algoritmo seleccionó los 50,000 puntos, éste proporcionaría una descripción muy precisa del plan de tratamiento, pero los cálculos tendrían una cantidad inaceptable de tiempo. Si el algoritmo únicamente seleccionó 5 puntos, el resultado sería una descripción muy imprecisa del plan de tratamiento. Si el algoritmo, no obstante, seleccionó 500 puntos, la precisión dependería de dónde están estratégicamente localizados esos puntos. Por lo tanto, el algoritmo respectivo puede seleccionar el número más pequeño
posible de puntos en la posición adecuada, para tener así un número mínimo de puntos que todavía definen suficientemente la dosis distribuida al paciente. Una pluralidad de puntos muestreados de volumen tumoral objetivo y una pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura, pueden ser obtenidos mediante el muestreo aleatorio de una distribución de dosis de radiación o arreglo de haz de un plan de tratamiento con radiación, precedente, como se describió previamente. Este plan de tratamiento puede ser ya sea un plan importado o una iteración previa de un plan de tratamiento con radiación, propuesto. El software 36 de optimización del plan determina un valor de dosis de radiación en cada uno de los puntos muestreados de volumen tumoral objetivo y los puntos muestreados de volumen de estructura. Una función objetivo de optimización puede ser entonces construida o modificada mediante la adición de un término a la función objetivo para cada uno de los puntos muestreados de volumen tumoral objetivo, y cada uno de los puntos muestreados de volumen estructural . Cada término proporciona un extremo (una restricción mínima o máxima) a la función objetivo, que corresponde al arreglo del haz de radiación del plan de tratamiento con radiación precedente . Nótese que para asegurar la integridad de un plan de tratamiento con radiación, desarrollado utilizando puntos
de muestra en vez de la distribución de dosis de radiación completa, el software 36 puede proporcionar separadamente puntos muestreados aleatoriamente para ser utilizados para la evaluación del plan que son separados y distintos de aquellos utilizados para la optimización del plan. ?s decir, el software 36 puede construir una función objetivo constreñida por el valor de dosis de radiación en cada uno de una pluralidad de puntos muestreados de optimización de plan, que son distintos de aquellos utilizados para la evaluación del plan. De este modo, el usuario está evaluando el plan de tratamiento propuesto en vez de evaluar meramente el modelo matemático utilizado por el software 36. La eficiencia temporal puede además ser 'incrementada a través del uso del recálculo selectivo. Por ejemplo, para realizar una evaluación de una iteración de un plan de tratamiento con radiación propuesto, se le proporciona al usuario en general una parte de imagen bidimensional, tal como, por ejemplo, la imagen 161 ilustrada en la Figura 3. De este modo, el software 36 necesita únicamente recalcular el valor de dosis de radiación para los puntos muestreados de evaluación del plan, asociados con la imagen 161 actualmente visualizada, en vez de recalcular los valores para la dosis de radiación de cada punto muestreado de evaluación del plan para cada parte de imagen, incluyendo aquellos no actualmente visualizados.
La eficiencia temporal puede además ser incrementada todavía a través del uso de algoritmos en gradiente conjugados para determinar y mostrar los valores de radiación de dosis mínima y máxima para cada objetivo o estructura. Por ejemplo, el software 36 puede identificar para cada uno del volumen tumoral objetivo y el volumen estructural no objetivo, un pequeño grupo de puntos muestreados que tienen los más altos valores de dosis de radiación (por ejemplo, 5 puntos muestreados) y un grupo pequeño de los puntos muestreados que tienen los más bajos valores de dosis de radiación. El software 36 puede aplicar un algoritmo de ascenso de gradiente a cada grupo pequeño que tiene los más altos valores de dosis de radiación para determinar y para mostrar visualmente (Figura 10) el máximo 166 de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y para los volúmenes de estructura no objetivo.
Correspondientemente, el software 36 puede aplicar un i algoritmo de descenso de gradiente al grupo pequeño que tiene los más bajos valores de dosis de radiación, para determinar y para mostrar visualmente el mínimo 167 de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y los volúmenes de estructuras no objetivo. Utilizando un grupo pequeño de puntos muestreados en vez de todos los puntos muestreados, o la distribución de dosis de radiación completa, se reduce significativamente el tiempo requerido para calcular los
valores de dosis de radiación mínima y máxima para el objetivo y las estructuras. En un modalidad de la presente invención, el algoritmo puede también conducir dos grupos diferentes de muestreo de evaluación de plan: el primer grupo coincide con los puntos que son evaluados en la función objetivo, por ejemplo, aquellos que contribuyen a la retroalimentación. El segundo grupo coincide con los puntos utilizados para formular las curvas DVH y otras estadísticas. El algoritmo evalúa la función objetivo más frecuentemente que el algoritmo calcula las curvas DVH y otras estadísticas. El algoritmo puede, por lo tanto, proporcionar el uso de más puntos para ese último grupo. De este modo, el algoritmo alcanza la eficiencia temporal mediante el uso de un subgrupo más pequeño de puntos cuando éste necesita recalcular la función objetivo. Un control de deslizamiento 156 de Mejoramiento de Eficiencia de Distribución Rápida de IMRT u otra herramienta adecuada (Figura 3) puede ser agregado para proporcionar una restricción adicional, el cual puede ser utilizado para constreñir las soluciones mediante la adición de un contribuyente de costo adicional que puede dominar el proceso de optimización, y con esto reducir al mínimo los efectos de los otros contribuyentes. Es decir, una restricción proporcional al número de segmentos de campos de haces de
radiación, y una restricción proporcional a la atenuación promedio de los haces de radiación (para los sistemas de terapia con radiación modulados en intensidad) puede ser agregado a la función objetivo como una metodología de control de la eficiencia de un plan de tratamiento con radiación. Esta combinación de constreñimientos hace posible que el usuario controle el intercambio entre la calidad dosimétrica (qué tan bien el plan cumple las metas clínicas relacionadas a la distribución de dosis) y la eficiencia de distribución o administración (velocidad de administración) . Por ejemplo, en la modalidad preferida de la presente invención, si el costo dosimétrico (costo asociado con la calidad de la distribución de dosis) está por debajo de un nivel aceptable máximo, el costo total no incluye el componente del costo de administración, por ejemplo Costo Total = Costo Dosimétrico. No obstante, si el costo dosimétrico está por arriba del nivel máximo aceptable, el costo total puede ser restringido por el costo de administración, por ejemplo. Costo Total = Costo Dosimétrico + LS * (Costo de
Administración - Nivel Aceptable) ; donde LS es un número positivo grande, y el Costo de Administración está relacionado a la eficiencia temporal de administración. Si la complejidad del dispositivo de administración 39 está basada en las unidades monitoras
totales en vez de la cuenta de segmentos totales (como es el caso para MIMiC) , el Costo de Administración puede ser definido como sigue:
Número de haces delápit-l
Casta de Administración ^ — — £=2 — : — : — .--• Númerodekaee&deláph donde el Numero de haces de lápiz es el número de haces concentrados que golpean el volumen tumoral objetivo, y la
IntensidadRelativa está en el intervalo de 0 a 1, donde 1 representa la transmisión completa. Para planes eficientes, las hojas del colimador están abiertas por la mayor parte del tiempo. Para planes ineficientes, la IntensidadRelativa es cercana a 0. Con referencia nuevamente a las Figuras 2A, 2B y 2C, el siguiente paso en los sistemas de planificación 30 es frecuentemente descrito como un paso 108 de ajuste de instrumento. El grupo optimizado resultante de posiciones de haces de radiación y pesos de haces, o intensidades de haces para los segmentos de haces de radiación, es ajustado en las capacidades de administración de, el dispositivo de administración 39. En otras palabras, después de la terminación de la sintonización fina del plan de tratamiento, utilizando los diversos controles de deslizamiento, tal como el control de deslizamiento 154, y arrastrando los contornos 162 de isodosis, utilizando el señalador 163 del monitor,
etc., el siguiente paso mayor es realizar las conversiones apropiadas únicas para el tipo de dispositivo de administración 39, seleccionado, y distribuir el plan de tratamiento con radiación diseñado a la medida, al dispositivo 39 de administración seleccionado, para el tratamiento del paciente. Nótese que, aunque es mostrado como un paso separado, en la modalidad de la presente invención, el Paso de Ajuste Instrumental 108 es preferentemente funcionalmente combinado con el Paso de Optimización de Plan 107. El software 36 proporciona un número de señales de salida diferentes, dependiendo del dispositivo 39 seleccionado. El aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar un número de otros datos y gráficas adicionales que le permiten al usuario verificar los resultados y permitir que el usuario "haga un tiro de prueba" del plan de tratamiento con radiación, distribuyendo la dosis planificada al equipo de pruebas 37. Esto le proporciona ventajosamente al usuario la habilidad para asegurar que los resultados del plan de tratamiento concuerden con lo que el aparato 35 de planificación por computadora y el usuario esperan que realice. En la modalidad preferida de la presente invención, la pantalla GUI 150 puede incluir un botón (no mostrado) , el menú de despliegue (no mostrado) , o un dispositivo similar, el cual permite que el usuario
apruebe el plan de tratamiento con radiación. Nótese, típicamente que el usuario debe responder a un protocolo de seguridad, por ejemplo introduce una palabra clave, para completar la aprobación del plan de tratamiento con radiación. El aparato 35 de planificación por computadora puede luego realizar automáticamente una conexión vía la red de área 33 hacia el dispositivo de administración 39, seleccionado, y distribuye el plan de tratamiento con radiación, particular asociado con un paciente particular. En su forma más básica, el plan de tratamiento con radiación en esta etapa de desarrollo le ordena al dispositivo de administración 39 qué tanta radiación y por cuánta duración ésta va a ser distribuida desde una pluralidad de diferentes direcciones . El plan desarrollado puede o no ser siempre compatible con un dispositivo de administración 39, seleccionado. Los diversos mecanismos de administración del plan de los diversos dispositivos de administración 39 frecuentemente requieren que los flujos de haces tomen valores discretos específicos, mientras que los optimizadores de las diversas modalidades pueden funcionar ya sea en espacio discreto o continuo. Para modalidades donde se desarrolla la optimización del plan en el espacio continuo, diversas metodologías, tales como, por ejemplo, la discretización de "proporción de modo" y la discretización
"valle inferido" u otras metodologías de discretización conocidas por aquellos expertos en la técnica, pueden ser utilizadas separadamente o en combinación como un mecanismo para convertir tales planes optimizados a planes discretos administrables. Por ejemplo, para simplificar y/o acelerar la distribución del campo de tratamiento modulado en intensidad a través de un colimador de hojas múltiples típico, un número limitado de niveles de intensidad discretos son frecuentemente utilizados en la determinación del mapa de fluencia de tratamiento óptimo. Muchos sistemas actualmente proporcionan grupos simples de estos niveles (por ejemplo, 0 a 100% en pasos de 10%) . Los niveles efectivos utilizados, no obstante, pueden tener un efecto dramático sobre la simplicidad de tratamiento y la velocidad. De igual modo, los niveles óptimos para un plan de tratamiento son típicamente diferentes de aquellos para otro plan. En una modalidad de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora puede también proporcionar una función objetivo de optimización que puede ser utilizada para desarrollar un plan de tratamiento de radiación optimizado que tiene un grupo fijo de valores de intensidad de haz de radiación discreto, a partir de un plan de tratamiento con radiación precedente, caracterizado por tener valores arbitrarios de intensidad de haces de radiación. La función objetivo puede evaluar iterativamente
un plan de tratamiento con radiación, precedente, y una pluralidad de planes de tratamiento con radiación subsecuentes, derivados del plan de tratamiento con radiación precedente, para determinar una combinación de intensidades de haces de radiación discretos. A partir de esta determinación, el software 36 del aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar un plan de tratamiento con radiación optimizado, que tiene atributos clínicos que concuerdan sustancialmente con las metas de administración de radiación clínica del plan de tratamiento con radiación, precedente. El aparato 35 de planificación por computadora puede mantener un registro de los múltiples planes de tratamiento con radiación, los cuales pueden ser evaluados por la función objetiva de optimización. La función objetiva de optimización es construida tal que ésta puede inferir la combinación de las intensidades de los haces de radiación discretos, requeridas para ajustarse o concordar sustancialmente con las metas clínicas de distribución de radiación de un plan precedente de tratamiento con radiación, a partir de los planes de tratamiento con radiación, evaluados . En otra modalidad más de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora incluye el algoritmo de discretización de "proporción de modo" para proporcionar estimados rápidos de los niveles de fluencia
ideales para un campo de tratamiento dado. El algoritmo identifica los niveles óptimos para la discretización de fluencia al identificar aquellos en la distribución de probabilidad de fluencia. En una modalidad, el algoritmo funciona bajo un presunto de que los niveles discretos deben poder descomponerse en combinaciones de un subgrupo de esos niveles, tal que los N niveles son logrados utilizando las combinaciones de los log2N niveles . El algoritmo funciona al seleccionar los modos notables a partir de una distribución de probabilidad inferida de los datos de fluencia a diversas resoluciones . Un estimador de probabilidad funciona al expandir una ventana de muestras, suavizando progresivamente la distribución estimada hasta que existen menos modos que una constante predeterminada. Estos modos son evaluados en términos de qué tan bien son cubiertas las fluencias (el tamaño del modo) y su correlación con su distribución cerrada (más altas si los modos serán reforzados por replegamiento, más baja si éstos estarán dispersos) . En una modalidad de la presente invención, el aparato 35 de planificación por computadora también puede proporcionar un algoritmo que utiliza la discretización de "valle inferido" . Donde los niveles de intensidad discretos son predefinidos, el aparato 35 de planificación por computadora puede incluir un algoritmo que proporciona una técnica heurística, la cual ajusta la distancia desde el
óptimo hacia un punto discreto cercano, basado en los gradientes inferidos. El software 36 puede proporcionar un vector de dirección, el cual resume la aproximación hacia el óptimo. En una modalidad donde el software 36 utiliza un procedimiento de gradiente conjugado, el vector de dirección debe ser la última dirección viajada. Donde el software 36 utiliza un método de búsqueda, el vector de dirección debe ser proveniente de un punto de prueba reciente hacia el punto óptimo final. Para la discretización de valle inferido, un presunto estadísticamente basado es que esta dirección sea a lo largo de un valle poco profundo en la función objetiva, y es por lo tanto una dirección del gradiente mínimo. Preferentemente, el costo en un punto P es modelado como: Cp=C0 + ||P-0||(a+[b-a] ||[Gx(P-0)/||P-0||] |D ; donde CP = función objetiva evaluada en el punto P; C0 = costo más bajo; O = punto óptimo en el espacio continuo; y G = vector de unidad de gradiente a partir del optimizador,- a = gradiente a lo largo del vector G; y b = gradiente a lo largo de un vector ortogonal; y en donde los gradientes "a" y "b" son calculados al evaluar dos puntos de prueba y resolviéndolos . Esta función modela el costo como el costo óptimo, más la magnitud de la distancia desde el punto actual hacia el punto óptimo, tantas veces la suma de un vector, más la diferencia entre los vectores a y b, elevado en escala por un
término que es el producto de cruce del vector de unidad de gradiente, con la línea desde el punto actual hacia el punto óptimo, dividido entre la magnitud de la línea desde el punto actual hacia el punto óptimo. Estos costos puntuales pueden ser guardados para comparación con la nominación de algoritmo final, por lo tanto, la selección de buenos puntos candidatos iniciales mejoran el funcionamiento. El algoritmo puede utilizar el punto discreto más cercano, y un punto con al menos 1/4, pero no más de 3/4, de las dimensiones lanzadas a los segundos niveles discretos más cercanos, en donde las dimensiones lanzadas son adheridas con base en la distancia en que el punto debe moverse para lanzarse. Con referencia nuevamente a las Figuras 2A, 2B y 2C, el siguiente paso es el Paso de Estimulación de Dosis 109. Este paso es funcionalmente el mismo paso que el paso 105, excepto que éste es realizado ya sea durante o después de la optimización del plan, utilizando la máquina de optimización del aparato 35 de planificación por computadora, de la presente invención. La dosis de radiación al paciente es simulada con base en la información de control para el dispositivo de administración 39. El aparato 35 de planificación por computadora proporciona una pluralidad de salidas hacia el dispositivo de administración 39 y hacia el usuario. Un "humano" necesita verificar todos los resultados, por lo tanto, como se estableció previamente, el
aparato 35 de planificación por computadora puede proporcionar gráficas adicionales y datos que le permiten al usuario "hacer tiros de prueba" del plan de tratamiento sin el paciente, y realizar mediciones de la dosis distribuida al equipo de prueba 37, para determinar si el plan de tratamiento con radiación, optimizado por computadora, coincide con las expectativas del usuario, y asegurarse que la señal de salida del dispositivo de administración 39 concuerde con el plan de tratamiento con radiación. Con referencia a la casilla de decisión en las
Figuras 2A, 2B y 2C, identificado como Paso de Decisión 110, el usuario determina si el plan de tratamiento con radiación, optimizado por computadora, cumple las expectativas, si es así, el usuario se mueve al Proceso de Salida y Paso de Administración 111. Si el plan o los resultados son determinados como inaceptables, indeseables o incluso meramente sujetos a mejoramiento, el usuario regresa (da la vuelta) a los pasos 107-109 y realiza el Paso de Optimización del Plan 107 considerando modificaciones adicionales, examen o análisis, edición de prescripción de dosis o movimiento de los contornos de isodosis 162; el Paso de Ajuste de Instrumento 108 respecto a la optimización de la computadora de los haces, y nuevamente el Paso de Estimulación de Dosis 109 respecto a la realización de la simulación para revisión. Este bucle puede ser continuado hasta que el usuario
determina el plan que va a ser aceptable. El Proceso de Salida y Paso de Administración 111 permite que el médico revise la información simulada de la dosis de radiación y que apruebe el plan de radiación para la administración final al paciente. Después de tal revisión y aprobación, los datos para controlar el dispositivo de administración para el caso específico de administración de radiación, son guardados hacia un medio legible en computadora, o son directa y/o indirectamente transferidos vía la red 33 del área. Los datos enviados son identificados como el plan de tratamiento para un paciente particular, con lo cual el plan suministra qué tanta radiación administrar y desde qué direcciones . Los datos pueden también incluir instrucciones para la sincronización y el movimiento de los miembros en, por ejemplo, un colimador de hojas múltiples asociado con el dispositivo de administración 39, la información de ajuste de la fuente de radiación, y la información convencional del paciente . En la modalidad preferida de la presente invención, el usuario necesita únicamente "oprimir" un botón o un ítem de menú a partir de un menú de despliegue para lanzar un algoritmo asociado. En la situación típica, un médico o técnico aprobará el plan de tratamiento con radiación e introducirá una palabra clave, la cual a su vez provocará automáticamente el establecimiento de una conexión en red hacia el dispositivo 39 de
administración. Como se describió previamente, la Figura 2A ilustra un procedimiento para crear un plan de tratamiento con radiación que utiliza un aparato 35 de planificación por computadora de la presente invención, con lo cual el aparato opera en dos modos, siendo mostrado el primer modo en la Figura 2B, el modo de "Pellizco de plan" y un segundo modo "Único" mostrado en la Figura 2C, que utiliza un subgrupo de los pasos anotados anteriormente . Con referencia a la Figura 2C, el modo "Único" comprende los pasos 99-101, adquiriendo la imagen tumoral y estableciendo las posiciones de haces iniciales, luego salta los pasos 102-106 que son en general necesarios únicamente para la conversión de un plan de sistema previo, tales, como por ejemplo, el sistema de planificación CORVUS®, en una representación de ese plan en el aparato 35 de planificación por computadora de la presente invención, y luego salta directamente al paso 107 para la optimízación del plan, la optimización del haz de ajuste del instrumento del paso 108, la estimulación de dosis del paso 109 para la revisión, la decisión de bucle iterativo del paso 110 hasta la aceptación del plan, y finalmente el Paso 111 de Procesamiento de Salida y Administración. Las modalidades de la presente invención incluyen una interconexión gráfica de usuario. Con referencia principalmente a la Figura 3, un sistema o aparato de
computadora, tal como el aparato 35 de planificación por computadora, puede tener una interconexión gráfica de usuario (GUI) 150 a través de la cual el sistema operativo y el software de aplicación son funcionalmente visualizados y accedidos. Una GUI, tal como la GUI 150, puede representar los programas de aplicación en computadora, documentos, y archivos de datos como objetos GUI gráficamente visualizados, tales como iconos y menús. Los objetos de GUI pueden ser manipulados por un usuario para controlar y activar las funciones del sistema y la aplicación. Un usuario puede manipular objetos GUI por medio de un dispositivo de señalización tal como un ratón, pantalla de toque, u otro dispositivo de entrada (no mostrado) . Un ratón es un dispositivo de entrada el cual, cuando es movido sobre una superficie, mueve un señalador de pantalla de visualización tal como, por ejemplo, el señalador 163 de pantalla de visualización en una dirección correspondiente. Un ratón típicamente tiene un número de botones que pueden ser presionados ("cuqueados") para seleccionar un objeto GUI que es señalado por el señalador, y para activar la función asociada al objeto de GUI. Los sistemas operativos de GUI y las aplicaciones pueden también ser denominados como sistemas de "señalar y oprimir" . Los objetos GUI pueden incluir interconexiones seleccionables por el usuario tales como, por ejemplo, el
menú de despliegue 151, la casilla de verificación 152, el campo 153 de entrada de texto, el botón 158, y el control de deslizamiento 154 (los cuales pueden incluir manijas o barras horizontales o verticales 157 que pueden ser arrastradas con el ratón u otro dispositivo de señalización provocando una actualización a la función asociada al objeto GUI, después de la liberación. La GUI 150 puede también mostrar un objeto GUI en la forma de al menos una imagen gráfica de un tumor o parte de tumor, tal como la imagen de exploración 161, mostrada en la ventana de exploración 160. La GUI 150 puede también mostrar simultáneamente otras imágenes gráficas tales como los contornos 162 de isodosis que describen las varianzas de isodosis trazadas gráficamente en relación, con respecto al locus del tumor. La GUI 150 puede también mostrar al menos un objeto GUI en la forma de lengüetas de representación gráfica en la ventana de análisis 170, cálculos, u otras estadísticas introducidas a o extraídas por el software de aplicación. Como se estableció previamente, la modalidad preferida de la invención muestra una pluralidad de interconexiones seleccionables por el usuario tales como, por ejemplo, el menú de despliegue 151 y el botón selector 158; al menos una ventana de exploración 160, tal como una imagen de exploración CT 161 con una cubierta de dosis que incluye el contorno 162 de isodosis; y una "herramienta manual" en la
forma de un señalador de monitor que puede permitir que un usuario delineé lo que el usuario considera es el material tumoral, típicamente en una base parte por parte. La herramienta es típicamente mostrada como un señalador tipo ratón similar al señalador o cursor 163 de la pantalla. El GUI 150 puede también incluir un selector de estructura volumétrica automatizado (no mostrado) , el cual puede permitir que el usuario solo haga "click" sobre éste, con lo cual podría localizar automáticamente los límites del tumor y realizar automáticamente los ajustes donde el tumor está muy bien diferenciado. Adicionalmente, la GUI 150 puede incluir interconexiones seleccionables por el usuario tales como, por ejemplo, los menús de despliegue 151, 151' o las casillas de verificación 152, 152' para seleccionar un objetivo o estructura; los campos 153, 153' de entrada de texto (por ejemplo, metas de dosis, límites de dosis) ; controles de deslizamiento 154, 154', 154", para ajustar la importancia de diversos parámetros, los controles de deslizamiento 155, 156, para interpolar entre los planes y ajustar el funcionamiento del software; y las lengüetas de selección 171 de la ventana de análisis 170 que presentan diversas estadísticas. En una modalidad de la presente invención, parte de la representación 150 de ventana de GUI es dependiente del contexto. La interconexión incluye al menos un menú 151 de despliegue con componentes seleccionables. Para fines
ilustrativos y con referencia a la Figura 3, una selección "objetivo" 180 está abocada a la selección de diferentes órganos de tejido saludables con base en el tipo de órgano de tejido objetivo. La selección de un objetivo específico del mismo permitirá entrada o ajustes de relación con respecto al objetivo específico. En modalidades alternativas, una serie de lengüetas o recuadros de verificación (no mostrados) pueden ser también utilizados. La modalidad preferida incluye un menú de despliegue 151 para la selección 180 de "objetivo o diana" y un menú de despliegue 151' para la selección 181 de la "estructura" de tejido saludable. Por ejemplo, si el tumor "objetivo" es debido al cáncer de próstata, típicamente, las "estructuras" de tejido saludable de interés, relevantes para el plan de tratamiento, incluirían el recto y la vejiga. El usuario podría identificar y acceder a la selección de la estructura 181 vía el menú 151 de despliegue, de la estructura, para seleccionar cada uno de los órganos saludables de interés. El control, en conjunto con un campo 153' de entrada de texto proporcionaría la habilidad para ajustar el "límite de dosis" o cada uno al órgano saludable seleccionado, por ejemplo, si el usuario seleccionó la vejiga de la muestra, entonces ese control visualizado aplica a la vejiga, si el usuario seleccionó el recto de la lista, el mismo control aplica para el recto .
En una modalidad de la presente invención, la GUI 150 también incluye botones, selectores, tales como, por ejemplo, los' botones selectores 158, en donde un simple "click u opresión" lanzará algoritmos asociados. Al menos uno de los botones, el botón 158 se refiere al señalamiento de verificación, con lo cual la selección del botón 158 produce una lista en pantalla que muestra los planes guardados, evitables. Otro botón 158' lanza típicamente un' algoritmo para guardar un plan junto con los parámetros de restricción asociados. Las funciones, no obstante, con relación a los botones selectores 158, 185', pueden más bien estar relacionadas o asignadas a un menú de despliegue similar al menú de despliegue 151 y viceversa, u otra metodología GUI de inicio de un evento. Como se estableció anteriormente, la GUI 150 incluye una ventana 160 que muestra una exploración, u otra imagen 161. La exploración 161 es en general más fuertemente utilizada durante el Paso de Herramientas de Anatomía 101 y el Paso de Optimización de Plan 107. La exploración 161 proporciona una representación bidimensional de una imagen tridimensional, ya sea completamente o parte por parte. El aparato 35 de planificación por computadora de la presente invención contiene un algoritmo, el cual muestra visualmente y refleja los parámetros del plan actual o seleccionado, tales como la intensidad del haz de radiación del plan, en la
forma de contornos 162 de isodosis. Alternativamente, en vez de mostrar la dosis sobre partes individuales utilizando contornos 162 de isodosis, el usuario puede seleccionar la visualización para estar en la forma de acuarelas de color transparente, por ejemplo más rojo si existe más dosis y más azul si existe menos dosis. Quizás como se observa mejor en las Figuras 3 y 4, en una modalidad de la presente invención, un dispositivo de señalamiento 163 de visualización en pantalla, típicamente en la forma de un señalador de ratón o hilos de retículo, responde a un dispositivo de entrada (no mostrado) . ?ste dispositivo apoya varias características descritas anteriormente. En una modalidad, el usuario puede ser provisto con habilidad para manipular una curva DVH 175 como una metodología de introducir la dosis o las limitaciones estructurales al "agarrar" las líneas o contornos sobre la gráfica para manipular su posición. En la modalidad preferida de la presente invención, se le proporciona al usuario también la habilidad para manipular los contornos de isodosis mismos, tales como, por ejemplo, los contornos de isodosis 162, 162', mediante el uso del dispositivo de señalización para agarrar y arrastrar un contorno de isodosis donde el usuario desea que esté el contorno de isodosis. El arrastre sobre la imagen de un contorno de isodosis, tal como, por ejemplo, los contornos de isodosis 162', arrastra
la dosis para establecer una restricción absoluta a lo largo de una línea 190 entre el punto de arrastre inicial 191 y el punto de arrastre final 192. Cuando el usuario libera el "agarre" del dispositivo de finalización sobre el contorno de isodosis 162', la acción ordena que un algoritmo del software 36 envíe de salida un nuevo plan en donde la línea arrastrada 190 forma la restricción agregada. El dispositivo de señalización puede también ser utilizado para funciones GUI más básicas tales como la selección de un ítem 151 de menú de despliegue, "oprimido" sobre un botón 158, seleccionando un recuadro de verificación 152, o sujetando una manija 157 de uno de los controles de deslizamiento 154, 155 ó 156. En una modalidad alternativa, la GUI 150 proporciona un indicador de dosis en pantalla para indicar la dosis a cualquier punto dado sobre la ventana de exploración 160. El posicionamiento del dispositivo de señalización 163 sobre o adyacente a los contornos de isodosis traslapados sobre la exploración tomográfica 161, provoca la visualización del valor de dosis de un punto particular en la estructura del tumor. El movimiento del ratón sobre la imagen producirá una medición de dosis continuamente actualizada. En otra modalidad más, el valor de dosis en pantalla es mostrado visualmente inmediatamente adyacente a un cursor conforme éste se mueve . En otra, modalidad alternativa, la GUI 150 proporciona la extracción de dosis directa, con lo cual el usuario establece
o identifica los objetivos o estructuras y los constriñe al contorno de isodosis seleccionado 162. En esta modalidad, un control separado (no mostrado) es típicamente utilizado para establecer el modo de extracción de dosis. Los recuadros de verificación son una herramienta simple para introducir información simple en un sistema/aparato de computadora. En una modalidad de la presente invención, donde la entrada de datos deseada hacia el aparato 35 de planificación por computadora es meramente una inclusión seleccionable de un ítem en el proceso de optimización, pueden ser utilizados los recuadros de verificación 152. Por ejemplo, un recuadro de verificación 152 puede ser utilizado para seleccionar la próstata como un objetivo o el recto como una estructura de tejido saludable. Los campos de entrada de texto son una herramienta simple para introducir datos numéricos dentro de un algoritmo del sistema/aparato de computadora. En una modalidad de la presente invención, los campos 153 de entrada de texto son disponibles para la entrada de la dosis de meta objetivo y el límite de dosis de estructura saludable, aunque son también posibles otros parámetros de prescripción. Los controles de deslizador son también una herramienta simple para introducir parámetros ajustables discretos y no discretos en un algoritmo de sistema/aparato de computadora. En la modalidad preferida de la presente
invención, los controles de deslizamiento 154, 155, 156, son la metodología preferida para la entrada de diversos parámetros ajustables. Para al menos un objetivo, el usuario podría especificar el nivel de dosis deseado en el campo 153 de entrada de texto, correspondiente a la "dosis de meta" . Esto puede ser logrado al introducir una entrada numérica en el campo 153 de entrada de texto para cada uno de al menos uno de los objetivos seleccionados por el menú desplegable 151. Por ejemplo, el usuario podría introducir el número 67.25 en el campo 157 de dosis de meta para la próstata. Correspondientemente, la GUI 150 muestra al menos uno, pero típicamente dos o más controles de deslizamiento 154, 154" para establecer las limitaciones para el uso en el cálculo por computadora del plan de tratamiento con radiación. Básicamente, en la configuración preferida, los controles de deslizamiento 154, 154' son proporcionados para constreñir la homogeneidad y la capacidad de conformación del objetivo seleccionado, como se ilustra en la figura 3. Por ejemplo, para algunos tumores objetivo el usuario desearía constreñir el nivel de dosis máxima para evitar introducir demasiada dosis en el tumor objetivo. En otras situaciones, el usuario puede no
estar interesado en el nivel de dosis y por lo tanto puede permitir que la computadora introduzca tanta dosis como el algoritmo lo decida, con el fin de proporcionar el plan óptimo. En otras situaciones, el usuario puede estar interesado en que todos los objetivos obtengan al menos X nivel de dosis. En otros, el usuario puede estar interesado en que todos los objetivos obtengan entre un nivel X e Y de dosis. Además, los controles de deslizamiento tales como, por ejemplo, el control de deslizamiento 154' son también efectivos para dictar los constreñimientos de estructura, tales como la "importancia". También por ejemplo, en el uso • del control de deslizamiento 154" de "Homogeneidad Objetivo" de la figura 3, el usuario introduce una dosis de meta de 50 Gy en el campo 153 de entrada de texto para un tumor de próstata objetivo. El aparato 35 de planificación por computadora luego desarrolla y muestra visualmente un plan que muestra 50 Gy en todo sitio en el tumor. No obstante, debido a la forma del tumor, el plan da como resultado 80 Gy que son administrados a alguna parte en medio del tumor. El usuario determina que la dosis es excesiva. El usuario selecciona el control de deslizamiento 154" de "Homogeneidad Objetivo" que funciona como un dato de entrada de influencia al algoritmo,
para no permitir "puntos calientes" . El usuario, con un ratón, señalador o equivalente, "oprime" sobre la "manija" de control 157 del control de deslizamiento 154" de "Homogeneidad Objetivo" y desliza la manija 157. En la modalidad preferida, el usuario podría deslizar la manija 157 a la derecha. Nada sucedería hasta que el usuario libere el dispositivo (botón del ratón) , y de este modo la manija 157 está en la nueva posición. El efecto de liberar el dispositivo (botón del ratón) da como resultado el nuevo cálculo y la visualización de un plan de tratamiento revisado o nuevo. La corrida de este control particular incluso más lejos limita efectivamente la variación de la dosis dentro del tumor. Si el punto de 80 Gy o el contorno de isodosis 162 de 80 Gy dibujado sobre la pantalla 160 permanece, un incremento adicional en la posición de la manija de deslizamiento 157 funcionalmente debería dar como resultado el punto de 80 Gy o el contorno de isodosis 162 que desaparece de la pantalla 160. En una modalidad de la presente invención un control de deslizamiento 155 es utilizado en conjunto con la función de "deshacer parcialmente" con lo cual es proporcionado el ajuste dinámico para interpolar la fluencia o la dosis directamente mientras que el ajuste está siendo realizado, y resolviendo los parámetros de restricción de interpolación cuando el control es liberado. En una
modalidad de la presente invención, un control de deslizamiento, similar al control de deslizamiento 155, también funciona de la manera anterior cuando se interpola entre los "puntos de verificación" (planes de tratamiento con radiación previamente guardados) . En modalidades de la presente invención, una pequeña porción de la pantalla, la ventana de análisis 170, está abocada a la visualización de lengüetas de selección. Las lengüetas de selección 171 (Figuras 3, 4 y 5A-G) son utilizadas para la visualización de diversas señales de salida de optimización de plan utilizadas por el usuario en la evaluación del plan. Estas lengüetas incluyen información de salida relevante tal como: Isodosis 200 (Figura 5A) ; ?structuras 201 (Figura 5B) ; Medición 202 (Figura 5C) ; Win/Nivel 203 (Figura 5D) ; curvas DVH 206 (Figura 5E) ; y las Estadísticas 207 (Figuras 5F-5G) . En una modalidad alternativa, una pequeña porción de la pantalla puede estar abocada a un grupo de herramientas que llevan a cabo las señales de salida funcionalmente equivalentes de las lengüetas 171. Con referencia a la Figura 5A, la lengüeta 200 de Isodosis en la ventana de análisis 170 muestra el nivel de color y de dosis en los contornos 162 de isodosis descritos en la exploración tipo tomográfica 161 de la ventana de exploración 160 de la GUI 150. Con referencia a la Figura 5B, la lengüeta 201 de Estructuras muestra los
botones, recuadros de verificación, y recuadros de visualización que proporcionan una plantilla de apariencia para las estructuras en pantalla. Con referencia a la Figura 5C, la lengüeta 202 de Medición proporciona una herramienta para muestrear valores de imágenes y la dosis a un punto sobre la exploración 161 de la ventana de exploración 160 de la GUI 150. Con referencia a la Figura 5D, la lengüeta WinNivel 203 incluye los controles 204, 205 para la brillantes y contraste de la imagen 161. Con referencia a la Figura 5E, la lengüeta DVH 206 muestra los diversos DVHs . Con referencia a la Figura 5F, la lengüeta de Estadísticas 207 muestra la dosis efectiva mínima, máxima y media planeada para cada estructura. Con referencia a la Figura 5G, la lengüeta de Estadísticas 207 también muestra un resumen del ajuste de la máquina de administración que muestra el valor de radiación y la complejidad, cuando ha sido seleccionado el indicador 209 "Administración" . Es importante hacer notar que aunque las modalidades de la presente invención han sido descritas en el contexto de un sistema completamente funcional, aquellos expertos en la técnica apreciarán que el mecanismo de la presente invención y/o aspectos de la misma son capaces de ser distribuidos en la forma de un medio legible en computadora de instrucciones en una variedad de formas para la ejecución en un procesador, procesadores o similares, y
que la presente invención aplica igualmente no obstante del tipo particular de medio que lleve señales, utilizado para llevar a cabo efectivamente la distribución. Los ejemplos de medios legibles en computadora incluyen: medios tipo código duro no volátiles tales como las memorias de solo lectura (ROMs por sus siglas en ingles) o borrables, las memorias de solo lectura eléctricamente programables (EEPROMs por sus siglas en ingles) , medios tipos grabables tales como discos flexibles, unidades de disco duro, y CD-ROMs, y los medios tipo transmisión tales como las conexiones de comunicación digitales y analógicas. En las figuras y en la especificación, se ha descrito una modalidad preferida típica de la invención junto con algunas de las modalidades alternativas, y aunque son empleados términos específicos, los términos son utilizados en un sentido descriptivo únicamente, y no para fines de limitación. La invención ha sido descrita con detalle considerable con referencia específica a estas modalidades ilustradas. Será aparente, no obstante, que pueden ser realizados diversas modificaciones y cambios dentro del espíritu y alcance de la invención, como se describe en la especificación anterior. Por ejemplo, aunque la transmisión de datos entre los diversos componentes como el sistema 30 es lograda sobre una red 33 de área, los datos pueden también ser fácilmente "llevados manualmente" o distribuidos por
otros medios. También por ejemplo, los diversos componentes de la GUI son intercambiables, por ejemplo recuadros de verificación son sustituibles con menús de despliegue y viceversa. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención
Claims (39)
1. Un sistema para determinar un arreglo de haz de radiación óptimo para aplicar radiación a un volumen objetivo tumoral, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación de un volumen de una estructura no objetivo en un paciente, el sistema está caracterizado porque comprende: un aparato de planificación por computadora que incluye : una computadora de optimización del plan de tratamiento que tiene una memoria para almacenar datos y un software de optimización del plan, en ésta; y un dispositivo de entrada en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, para proporcionarle al usuario el acceso a las funciones de control del software de optimización del plan; una red de comunicaciones en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento; un dispositivo de obtención de imágenes en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, a través de la red de comunicaciones para proporcionar al menos una parte de imagen bidimensional del volumen objetivo tumoral y el volumen de la estructura no objetivo; el software de optimización del plan que es almacenado en la memoria de la computadora de optimización del plan de tratamiento, obtiene computacionalmente un arreglo de haz de radiación propuesto, y computacionalmente optimiza el arreglo de haz de radiación propuesto iterativamente, con base en una pluralidad de constreñimientos para formar el arreglo de haz de radiación optimizado, el software de optimización del plan incluye una interconexión gráfica de usuario para mostrar la parte de imagen, objetos gráficos, y una representación gráfica de la distribución de dosis de radiación para cada arreglo de haz de radiación propuesto, el software está adaptado para recibir señales de entrada provenientes del dispositivo de entrada para manipular las representaciones de la distribución de dosis de radiación visualizadas sobre la interconexión gráfica de usuario; y un dispositivo de administración de terapia de radiación, conforme, en comunicación con la computadora de optimización del plan de tratamiento, a través de la red de comunicaciones para aplicar el arreglo de haz de radiación optimizado, al paciente.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la representación gráfica de la distribución de dosis de radiación está en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis, los contornos de isodosis de la gráfica de isodosis son directamente manipulados por el usuario para cambiar una dosis de radiación, para al menos uno del volumen tumoral objetivo y del volumen de la estructura no objetivo, para producir el arreglo de haz de radiación optimizado.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la representación gráfica de la distribución de dosis de radiación está en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis, al menos una gráfica de histograma de volumen de dosis es directamente manipulable por el usuario para cambiar una dosis de radiación hacia al menos uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo, para producir el arreglo de haz de radiación optimizado.
4. El software de optimización del plan, para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación hacia un volumen de la estructura no objetivo en un paciente, caracterizado porque comprende un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por una computadora, provoca que la computadora realice las siguientes operaciones : mostrar gráficamente una parte de imagen del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo; y mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de imagen, y en una forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis, de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación, los contornos de isodosis de la gráfica de isodosis, manipulados por un usuario para cambiar una dosis de radiación hacia al menos uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo, para producir un segundo arreglo de haz de radiación.
5. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : la interconexión con un dispositivo de señalamiento para cambiar el primer arreglo de haz de radiación visualizado; y en respuesta a la señal de entrada de un usuario hacia el dispositivo de señalamiento, el establecimiento de una restricción a lo largo de una línea seleccionada por el usuario, que conecta un punto de arrastre de inicio que tiene un nivel deseado de dosis, y un punto de arrastre final que tiene un nivel indeseable de dosis, y el establecimiento del nivel de dosis en el punto de arrastre final, sustancialmente igual al nivel de dosis deseado, para formar con esto el segundo arreglo de haz de radiación.
6. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la restricción establecida a lo largo de la línea seleccionada por el usuario, constriñe la dosis a lo largo de la línea seleccionada por el usuario a un nivel de valor que no excede el nivel deseado de dosis cuando el nivel indeseable de dosis es mayor que el nivel deseado de dosis, y en donde la restricción establecido a lo largo de la línea seleccionada por el usuario constriñe la dosis a lo largo de la línea seleccionada por el usuario a un nivel de valor no menor que el nivel deseado de dosis, cuando el nivel indeseable de dosis es menor que el nivel deseado de dosis.
7. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : la interconexión con un dispositivo de señalamiento para cambiar el primer arreglo de haz de radiación visualizado; y en respuesta a la señal de entrada de un usuario hacia el dispositivo de señalamiento, la selección de una primera porción de un contorno de isodosis que tiene un nivel de dosis deseado por el usuario, y que responde al arrastre del dispositivo de señalamiento por parte del usuario, a lo largo de una trayectoria deseada por el usuario desde la primera posición seleccionada sobre la parte de imagen hacia una segunda posición seleccionada sobre la parte de imagen, la relocalización del contorno de isodosis sustancialmente adyacente a la trayectoria deseada por el usuario, para formar con esto el segundo arreglo de haz de radiación.
8. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : la interconexión con un dispositivo de señalamiento para cambiar el primer arreglo de haz de radiación visualizado; y en respuesta a la selección de un usuario de un contorno de isodosis de acuerdo al primer arreglo de haz de radiación, el establecimiento de un valor de dosis de radiación dentro del contorno de isodosis sustancialmente igual a un valor de la dosis de radiación fuera del contorno de isodosis, para formar con esto el segundo arreglo del haz de radiación.
9. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones: la interconexión con un dispositivo de entrada controlado por el usuario, para recibir al menos una de una dosis de radiación mínima y una máxima para al menos uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo, para definir una señal de entrada de valor extremo; y en respuesta a la señal de entrada de valor extremo, la restricción de la manipulación del contorno de isodosis por el usuario, para prevenir una variación de dosis colateral, indeseable.
10. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : la interconexión con un dispositivo de señal de entrada controlado por el usuario, para recibir un balance deseado por el usuario entre el mantenimiento de la calidad dosimétrica y el mantenimiento de la eficiencia de administración de radiación para un dispositivo de administración de radiación, para definir un umbral de eficiencia; y en respuesta al umbral de eficiencia, la restricción de la manipulación del contorno de isodosis por el usuario, para mantener la eficiencia de administración de radiación por arriba del umbral de eficiencia.
11. El software de optimización del plan, para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación hacia un volumen de la estructura no objetivo en un paciente, el software está -caracterizado porque comprende un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por una computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones: mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo, en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación, al menos una gráfica de histograma de volumen de dosis directamente manipulable por un usuario para cambiar una dosis de radiación hacia al menos uno del volumen tumoral efectivo y el volumen de la estructura no objetivo, para producir un segundo arreglo de haz de radiación.
12.. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones: la interconexión con un dispositivo de señalamiento para cambiar el primer arreglo de haz de radiación mostrado; en respuesta a una señal de entrada del usuario hacia el dispositivo de señalamiento, la selección de una porción de un histograma de volumen de dosis localizado en una primera posición seleccionada, e indicando un primer porcentaje del volumen tumoral objetivo o del volumen de la estructura no objetivo, permitido para recibir más de un nivel de dosis de radiación predeterminado; y en respuesta al arrastre del usuario de la porción seleccionada del histograma del volumen de dosis con el dispositivo de entrada a lo largo de una trayectoria deseada por el usuario hacia una segunda posición seleccionada, la alteración del porcentaje respectivo del volumen tumoral objetivo o del volumen de la estructura no objetivo permitida para recibir más de un nivel de dosis de radiación predeterminado, para formar con esto el segundo arreglo de haz de radiación.
13. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : la interconexión con un dispositivo de entrada controlado por el usuario, para recibir al menos una de una dosis de radiación mínima y una máxima para al menos uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no' objetivo, para definir una señal de entrada de valor extremo ,-y en respuesta a la señal de entrada de valor extremo, la restricción de la manipulación del histograma de volumen de dosis por parte del usuario, para prevenir una variación indeseable en la dosis colateral . 1 .
El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones: la interconexión con un dispositivo de entrada controlado por el usuario, para recibir un balance deseado por el usuario, entre el costo de la distribución de radiación y la eficiencia de distribución de radiación para un dispositivo de distribución de radiación, para definir un umbral de eficiencia; y en respuesta al umbral de eficiencia, la restricción de la manipulación del histograma de volumen de dosis por parte del usuario, para mantener la eficiencia de administración de radiación por arriba del umbral de eficiencia.
15. El software de optimización del plan para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado a partir de un plan de tratamiento con radiación externamente formado, para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación hacia un volumen de una estructura no objetivo en un paciente, el software está caracterizado porque comprende un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por una computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones: recibir un primer plan de tratamiento con radiación creado por un sistema externo que tiene una primera configuración de haz de radiación, que define una primera distribución de dosis de radiación; y la construcción de una función objetiva de optimización que tiene un extremo correspondiente a la primera configuración del haz de radiación del primer plan de tratamiento con radiación, para formar un segundo plan de tratamiento con radiación que tiene una segunda distribución de dosis de radiación, aproximadamente igual que la primera distribución de dosis de radiación.
16. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque las instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora construya una función objetiva de optimización, provocan además que la computadora realice las siguientes operaciones: formar una pluralidad de puntos muestreados del volumen tumoral objetivo y una pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación del primer plan de tratamiento con radiación; determinar un primer valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo, y la pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo; y formar la función objetiva de optimización mediante la adición de un término a la función objetiva para cada uno de la pluralidad de puntos muestreados del volumen tumoral objetivo y cada uno de la pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo, en donde cada término proporciona un extremo a la función objetiva, y en donde los términos asociados con los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo, son seleccionados de modo que la función objetiva penaliza la dosis de radiación cuando un segundo valor de la dosis de radiación ya sea en el punto muestreado del volumen tumoral objetivo del segundo plan de tratamiento con radiación, difiere sustancialmente del primer valor respectivo de la dosis de radiación.
17. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la función objetiva de optimización incluye una pluralidad de constreñimientos, y en donde las instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora construya una función objetiva de optimización, provoca además que la computadora realice las siguientes operaciones : determinar la primera distribución de dosis de radiación; y formar la función objetiva de optimización al ajustar iterativamente al menos uno de la pluralidad de los constreñimientos, de modo que el extremo de la función objetiva de optimización corresponde a una distribución de dosis de radiación aproximadamente igual a la primera distribución de dosis de radiación.
18. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque las instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora construya una función objetiva de optimización, provocan además que la computadora realice las siguientes operaciones : formar una pluralidad de puntos muestreados del volumen tumoral objetivo y una pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación del primer plan de tratamiento con radiación; determinar un primer valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de los puntos muestreados del volumen tumoral objetivo, y la pluralidad de puntos muestreados del volumen de la estructura no objetivo que definen una distribución de dosis de radiación muestreada; en respuesta a la distribución de dosis de radiación muestreada, se determina una estadística del volumen de dosis para cada uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo; y formar la función objetiva de optimización mediante la adición de un término a la función objetiva para cada una de las estadísticas del volumen de dosis del volumen tumoral objetivo, y las estadísticas del volumen de dosis del volumen de la estructura no objetivo, en donde cada término proporciona un extremo para la función objetiva, y en donde los términos asociados con la estadística del volumen de dosis del volumen tumoral objetivo, se seleccionan de modo que la función objetiva penaliza la estadística de volumen de dosis para el volumen tumoral objetivo, cuando un segundo valor de la dosis de radiación en cualquier punto muestreado del volumen tumoral objetivo del segundo plan del tratamiento con radiación, difiere sustancialmente de manera indeseable del primer valor respectivo de la dosis de radiación.
19. El software de optimización del plan para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado a partir de un par de planes de tratamiento con radiación, para aplicar la radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación a un volumen de la estructura no objetivo en un paciente, el software está caracterizado porque comprende un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por una computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : acceder a un primer y segundo plan de tratamiento con radiación, cada plan de tratamiento con radiación define un punto de verificación; el establecimiento de los dos puntos de verificación como puntos finales sobre un continuo simple; la interconexión con un dispositivo de entrada controlado por el usuario; y en respuesta a la manipulación del usuario del dispositivo de entrada controlado por el usuario, la interpolación entre los dos puntos de verificación para formar y mostrar visualmente un plan de tratamiento con radiación, propuesto, intermedio.
20. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora provocan que la computadora interpole entre los dos puntos de verificación, provoca además que la computadora realice la siguiente operación: determinar un primer valor de dosis de radiación en cada uno de una pluralidad de los puntos que comprenden una distribución de dosis de radiación para el primer punto de verificación; determinar un segundo valor de dosis de radiación en cada uno de una pluralidad de puntos correspondientes, que comprenden una distribución de dosis de radiación para el segundo punto de verificación; y interpolar linealmente entre el primero y el segundo valores correspondientes de la dosis de radiación.
21. El software de optimización del plan de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el plan de tratamiento con radiación propuesto, intermedio, incluye un arreglo de haz de radiación comprendido de una pluralidad de intensidades de haz de radiación, el software comprende además un grupo de instrucciones que, cuando son ejecutadas por la computadora, provocan que la computadora realice las siguientes operaciones : convertir el plan de tratamiento con radiación propuesto, intermedio en un plan de tratamiento con radiación discreto, administrable, a través de la discretización de la pluralidad de intensidades de haces de radiación en una pluralidad correspondiente de ajustes de intensidad de haces de radiación, compatibles con un dispositivo de administración de terapia con radiación, conforme, preseleccionado; y mostrar gráficamente el plan de tratamiento con radiación, discreto, administrable.
22. Un método para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado, para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación hacia un volumen de la estructura no objetivo en un paciente, el método está caracterizado porque comprende los pasos de .- mostrar gráficamente una parte de imagen del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo; mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de imagen, y en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación que define un primer plan de tratamiento; y la manipulación de al menos uno de los contornos de ísodosis mostrados de la gráfica de isodosis, con un dispositivo - de señalamiento para formar y visualizar un segundo arreglo de haz de radiación que define un segundo plan de tratamiento con radiación.
23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el paso de manipulación de al menos uno de los contornos de isodosis mostrados, comprende los pasos de: seleccionar gráficamente con el dispositivo de señalamiento, una porción de un contorno de isodosis localizado en una primera posición seleccionada y que tiene un primer nivel deseado de dosis; arrastrar gráficamente la porción seleccionada del contorno de isodosis con el dispositivo de señalamiento a partir de la primera posición seleccionada sobre la parte de imagen, hacia una segunda posición seleccionada sobre la parte de imagen que tiene un segundo nivel de dosis indeseable; y en respuesta al movimiento del primer nivel de dosis a partir de la primera posición seleccionada hacia la segunda posición seleccionada, establece el segundo nivel de dosis para la segunda posición seleccionada, sustancialmente igual al primer nivel deseado de dosis, para formar con esto el segundo plan de tratamiento.
24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque comprende el paso de: establecer una restricción entre la primera y segunda posiciones seleccionadas sobre la parte de imagen, en donde la restricción constriñe la dosis directamente entre la primera y las posiciones seleccionadas a un- nivel de valor que no excede el nivel deseado de dosis cuando el nivel de dosis indeseable es mayor que el nivel deseado de dosis, y en donde la restricción constriñe la dosis directamente entre la primera y las posiciones seleccionadas a un nivel de valor no por debajo del nivel deseado de dosis, cuando el nivel indeseable de dosis es menor que el nivel deseado de dosis.
25. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el paso de manipular al menos uno de los contornos de isodosis mostrados, comprende los pasos de: gráficamente con el dispositivo de señalamiento, seleccionar una porción de un contorno de isodosis localizado en una primera posición seleccionada, y que tiene un nivel de dosis deseado por el usuario; marcar gráficamente con el dispositivo de señalamiento una trayectoria deseada por el usuario a partir de la primera posición seleccionada, sobre la parte de imagen hacia una segunda posición seleccionada sobre la parte de imagen adyacente a la porción separada del contorno de isodosis, rodeando sustancialmente de manera sustancial una porción de la parte de imagen rodeada circularmente por el contorno de isodosis; y en respuesta a la marcación de la trayectoria deseada por el usuario, la formación del segundo plan de tratamiento que tiene el nivel de dosis deseado restringido adyacente a la trayectoria deseada del usuario.
26. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque que el paso de manipular al menos uno de los contornos de isodosis mostrados, comprende los pasos de: seleccionar gráficamente con el dispositivo de señalamiento, un contorno de isodosis de acuerdo al primer arreglo de haz de radiación; y en respuesta a la selección del contorno de isodosis, el remedio de un valor de dosis de radiación dentro del contorno de isodosis a un valor aproximadamente igual a un valor de dosis de radiación fuera del contorno de isodosis, con lo cual se forma el segundo arreglo de haz de radiación.
27. Un método para determinar un arreglo de haz de radiación optimizado, para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación a un volumen de la estructura no objetivo en un paciente, el método está caracterizado porque comprende los pasos de : mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación que define un primer plan de tratamiento; y manipular al menos una de las gráficas de histograma de volumen de dosis, mostradas, con un dispositivo de señalamiento para formar y visualizar un segundo arreglo de haz de radiación que define un segundo plan de tratamiento.
28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el paso de manipulación de al menos una de las gráficas de histograma de volumen de dosis, mostrada, comprende los pasos de: gráficamente con el dispositivo de señalamiento, seleccionar una porción de un histograma de volumen de dosis en una primera posición seleccionada, e indicando un primer porcentaje de volumen tumoral objetivo o estructura no objetivo permitida para recibir más de un nivel de dosis de radiación preseleccionado; arrastrar gráficamente la porción seleccionada del histograma del volumen de dosis con el dispositivo de señalamiento desde la primera posición seleccionada a lo largo de una trayectoria deseada por el usuario, hacia una segunda posición seleccionada que indica un segundo porcentaje de volumen tumoral objetivo o estructura no objetivo permitida para recibir más de un nivel de dosis de radiación preseleccionado; y en respuesta al movimiento de la porción seleccionada del histograma de volumen de dosis desde la primera posición seleccionada hacia la segunda posición seleccionada, la alteración del porcentaje del volumen tumoral objetivo o del volumen de la estructura no objetivo permitido para recibir más del nivel de dosis predeterminado de radiación, con lo cual se forma el segundo arreglo de haz de radiación.
29. Un método para formar un plan de tratamiento con radiación, optimizado, a partir de un plan de tratamiento externamente formado, para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación a los volúmenes de estructuras no objetivo en un paciente, el método está caracterizado porque comprende los pasos de : proporcionar una computadora y un dispositivo de obtención de imágenes para obtener al menos una imagen bidimensional del volumen tumoral objetivo y los volúmenes de las estructuras no objetivo; la provisión de una interconexión gráfica de usuario para visualizar la imagen y para visualizar las opciones de interconexión del usuario; identificar el volumen tumoral objetivo y los volúmenes de las estructuras no objetivo, significativas, en la imagen; recibir un primer plan de tratamiento con radiación creado por un sistema externo que tiene un primer arreglo de haz de radiación; y en respuesta al primer plan de tratamiento con radiación, la construcción de una función objetiva de optimización que tiene un extremo correspondiente a la primera configuración del haz de radiación del primer plan de tratamiento con radiación.
30. Un método para formar un plan de tratamiento con radiación, optimizado, para aplicar radiación a un volumen tumoral objetivo, al tiempo que se reduce al mínimo la radiación a un volumen de estructura no objetivo en un paciente, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar un dispositivo de administración de terapia con radiación, conforme, adaptado para implementar el plan de tratamiento con radiación, optimizado, el dispositivo de administración se caracteriza por tener una intensidad de administración del haz de radiación y una pluralidad de segmentos de campos de haces de radiación, cada uno controlado por el plan de tratamiento con radiación, optimizado; la construcción de una función objetiva de optimización que tiene una pluralidad de constreñimientos, para formar el plan de tratamiento con radiación, optimizado; y agregar a la función objetiva de optimización al menos uno de una restricción proporcional al número de segmentos de campo de haz de radiación, y una restricción proporcional a la atenuación de haz de radiación promedio, con lo cual se controla la eficiencia del plan de tratamiento con radiación, optimizado.
31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la restricción proporcional al número de segmentos de campos de haces de radiación, se incrementa en un valor conforme disminuye la eficiencia temporal por debajo de un valor de umbral seleccionado.
32. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la restricción proporcional a la atenuación del haz de radiación promedio, controla una cantidad total de la radiación no efectiva, que va a ser administrada durante el tratamiento con radiación.
33. Un método para facilitar los ajustes interactivos a un plan propuesto de tratamiento con radiación, a través del recálculo y la visualización de las distribuciones de dosis de radiación, bidimensionales, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: mostrar gráficamente una parte de imagen de un volumen tumoral objetivo y un volumen de estructura no objetivo; mostrar gráficamente de manera concurrente una distribución de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo sobre la parte de imagen, y en la forma de una gráfica de isodosis que incluye una pluralidad de contornos de isodosis de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación que define un primer plan de tratamiento; y el cambio de la distribución de dosis de radiación en al menos uno del volumen tumoral objetivo y el volumen de la estructura no objetivo, para formar un segundo arreglo de haz de radiación que define un segundo plan de tratamiento; calcular nuevamente solo la distribución de dosis bidimensional mostrada sobre la parte de imagen visualizada,-y la visualización de la distribución de dosis bidimensional, recalculada.
34. Un método para facilitar los ajustes interactivos a un plan propuesto de tratamiento con radiación, a través del recálculo y la visualización de las estadísticas de volumen de dosis, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar una primera distribución de dosis de radiación para un volumen tumoral objetivo y un volumen de la estructura no objetivo de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación; la formación de una pluralidad de puntos muestreados para el primer arreglo de haz de radiación, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación; la determinación de un valor de dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados; mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y la estructura no objetivo, en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis que definen estadísticas de volumen de dosis de acuerdo al valor de la dosis de radiación para la pluralidad de puntos muestreados ; el cambio de la distribución de dosis de radiación en al menos uno del volumen tumoral objetivo y de la estructura no objetivo, para formar un segundo arreglo de haz de radiación; el cálculo nuevamente del valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados ,-y la visualización de las estadísticas del volumen de dosis para el volumen tumoral objetivo y la estructura no objetivo de acuerdo al valor recalculado de la dosis de radiación para la pluralidad de puntos muestreados.
35. Un método para facilitar los ajustes de plan interactivos a un plan de tratamiento con radiación propuesto, a través de la optimización del plan de tratamiento con radiación, el método está caracterizado porque comprende los pasos de : proporcionar una primera distribución de dosis de radiación para un volumen tumoral objetivo y un volumen de la estructura no objetivo, de acuerdo a un primer arreglo de haz de radiación; la formación de una pluralidad de puntos muestreados para' el primer arreglo de haz de radiación, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación; determinar un valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados; proporcionar una función objetiva de optimización constreñida por el valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados; aplicar la función objetiva de optimización para formar un segundo arreglo de haz de radiación,- recalcular el valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de los puntos muestreados; y mostrar visualmente la distribución de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y la estructura no objetivo, de acuerdo al valor recalculado de radiación para la pluralidad de puntos muestreados.
36. El método de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque el volumen tumoral objetivo tiene un límite externo, y en donde el muestreo aleatorio es desviado para incrementar la probabilidad muestreada adyacente al límite externo del volumen tumoral objetivo.
37. Un método para facilitar los ajustes del plan interactivo, a un plan de tratamiento con radiación, propuesto, a través de la optimización del plan de tratamiento con radiación, y el cálculo nuevamente y la visualización de las estadísticas del volumen de dosis, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar una primera distribución de dosis de radiación para un volumen tumoral objetivo, y un volumen de la estructura no objetivo de acuerdo al primer arreglo de haz de radiación; la formación de una pluralidad de puntos muestreados de optimización del plan, para el primer arreglo de haz de radiación, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación, cada punto muestreado de optimización del plan tiene un valor de dosis de radiación; formar separadamente a partir de los puntos muestreados de optimización del plan, una pluralidad de puntos muestreados de evaluación del plan, para el primer arreglo de haz de radiación, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación; determinar el valor de la dosis de radiación de cada uno de la pluralidad de puntos muestreados del plan de optimización; determinar un valor de dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados de evaluación del plan; la provisión de una función objetiva de optimización constreñida por el valor de la dosis de radiación, en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados de optimización del plan; mostrar gráficamente la dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo y para estructura no objetivo, en la forma de una pluralidad de gráficas de histograma de volumen de dosis, que definen estadísticas de volumen de dosis de acuerdo al valor de la pluralidad de puntos muestreados de evaluación del plan; " la aplicación de la función objetiva de optimización para formar un segundo arreglo de haz de radiación; calcular nuevamente el valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados de evaluación del plan, para el segundo arreglo de haz de radiación; y visualizar la estadística de volumen de dosis para el volumen tumoral objetivo, y el volumen de la estructura no objetivo de acuerdo al valor recalculado para la pluralidad de puntos muestreados de evaluación del plan.
38. Un método para formar un plan de tratamiento con radiación, optimizado, que tiene un grupo fijo de valores discretos de intensidad de haz de radiación a partir de un plan de tratamiento con radiación, caracterizado porqué tiene valores arbitrarios de intensidad del haz de radiación, para la aplicación de radiación a un volumen tumoral objetivo, mientras que se reduce al mínimo la radiación a un volumen de estructura no objetivo en un paciente, el método comprende los pasos de : proporcionar un plan candidato de tratamiento con radiación y una función objetiva de optimización para evaluar iterativamente el plan candidato de tratamiento con radiación; evaluar iterativamente el plan candidato de tratamiento con radiación, para formar un arreglo de haz de radiación optimizado que satisface una pluralidad de metas clínicas preseleccionadas, y se tiene valores arbitrarios de intensidad de alta radiación, que definen un plan precedente de tratamiento con radiación; la provisión de un registro de al menos dos iteraciones del plan de tratamiento con radiación, evaluados durante la optimización del plan candidato de tratamiento con radiación; y en respuesta a las evaluaciones iterativas, se infiere la combinación de intensidades discretas de haces de radiación, requeridas para concordar sustancialmente con las metas clínicas de administración del plan precedente de tratamiento con radiación, a partir de al menos dos planes de tratamiento con radiación evaluados, para formar con esto el plan de tratamiento con radiación, optimizado.
39. Un método para facilitar los ajustes de plan interactivos, a un plan de tratamiento con radiación propuesto, a través del recálculo y visualización de la dosis de radiación mínima y dosis de radiación máxima para un volumen tumoral objetivo y los volúmenes de estructuras no objetivo, el método está caracterizado porque comprende los pasos de : proporcionar una distribución de dosis de radiación para el volumen tumoral objetivo, y al menos un volumen de estructura no objetivo de acuerdo a un arreglo de haz de radiación; formar una pluralidad de puntos muestreados para el arreglo de haz de radiación, al muestrear aleatoriamente la primera distribución de dosis de radiación; determinar un valor de la dosis de radiación en cada uno de la pluralidad de puntos muestreados,- identificar, para cada uno del volumen tumoral objetivo y al menos un volumen de estructura no objetivo, un primer grupo de la pluralidad de puntos muestreados que tienen los valores más altos, y un segundo grupo de la pluralidad de puntos muestreados que tienen los valores más baj os ; aplicar un algoritmo de ascenso de gradiente a cada primer grupo, para determinar y para mostrar visualmente la dosis máxima de radiación para el volumen tumoral objetivo, y al menos un volumen de estructura no objetivo; y aplicar un algoritmo de descenso del gradiente a cada segundo grupo, para determinar y para mostrar visualmente la dosis de radiación mínima para el volumen tumoral objetivo, y al menos un volumen de estructura no objetivo.
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|---|---|---|---|
| US60/518,020 | 2003-10-07 | ||
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