4D

D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la Invención es un equipo, asociado al campo de la medicina, de verificación y software de verificación para el control de calidad de la radioterapia 4D.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La radiocirugía craneal estereotáxica se ha utilizado con éxito durante años para el tratamiento de lesiones intracraneales, ya que puede entregar con precisión una dosis alta al tumor, manteniendo valores suficientemente bajos en los órganos de riesgo y tejido sano comprometidos con la irradiación. Los buenos resultados han llevado al desarrollo de la estereotáxia para lesiones extracraneales, acuñándose el término de SBRT (Stereotactic Body Radiation Therapy).

La administración de alta dosis en SBRT exige procedimientos y herramientas estrictas para garantizar que la precisión se logre para cada tratamiento y cada fracción. El paso para iniciar un programa de SBRT clínica implica determinar los requerimientos para el posicionamiento del paciente, la administración del tratamiento, y la verificación de la administración de la dosis de radiación. Este escenario es especialmente complejo en el caso de lesiones que se encuentran en movimiento durante la irradiación, fundamentalmente debido a la respiración del paciente.

En los centros más avanzados es ya habitual el uso de 4D-CT durante las diferentes fases respiratorias, para generar una imagen reconstruida en el tiempo, de acuerdo con las diferentes fases de la mecánica ventilatoria. Además, las técnicas de compresión abdominal pueden incluirse también aquí para reducir el área de tratamiento en tejido sano de manera más eficaz y ayudar a una posible parametrización del movimiento.

La información que proporciona la imagen 4D puede ser utilizada en los algoritmos de planificación de la dosis. Estos generan aberturas de los sistemas de colimación, como el MLC (muitileaf collmimator) para la aplicación la de intensidad modulada, capaces de administrar mapas de fluencia previamente generados a partir de una planificación inversa lastrada por un cálculo matemático respecto a una imagen estática en cada cálculo, aun considerando los desplazamientos.

Los mapas de fluencia son generados a partir de una información global respecto al problema a que se enfrenta cada incidencia, por lo que, si algo se mueve, el cálculo tiene que ser realizado de nuevo, lo que retrasa los tratamientos y dificulta una radioterapia adaptativa.

Los algoritmos que generan aberturas del MLC basados en la anatomía, en cambio, pueden abordar el problema de forma más realista, relacionando cada segmento de colimación en la planificación con proyecciones de los volúmenes de interés y, por lo tanto, de manera más eficiente con las posibles modificaciones de esas proyecciones en el tiempo.

El informe de recomendaciones americano establece que los algoritmos de cálculo que representan con precisión el transporte de fotones y electrones, tal como se podría realizar con el método Monte Carlo, serían ideales por las circunstancias Involucradas en SBRT, donde es recurrente una lesión pequeña rodeado en su totalidad por un medio de baja densidad, o en su defecto diferente.

Para estas consideraciones asociadas a las dificultades que presenta la SBRT, la única vía fiable es el cálculo Monte Carlo en su versión más potente (Full Monte Carlo- fMC) donde se simula el transporte de las partículas del haz a lo largo del acelerador y en el paciente.

El método Monte Carlo se trata de un método de análisis preventivo en casos en donde la experimentación es poco posible, proporcionando soluciones teóricas a problemas matemáticos complejos tras realizar un muestreo de números aleatorios para muestrear las funciones de distribución de probabilidad que gobiernan el fenómeno físico.

Con el fin de implementar la aplicación de SBRT basada en la imagen 4D, es necesario abordar las incertidumbres especificas que deben ser resueltas antes de la implementación clínica, ya que pueden modificar los resultados esperados. Con objeto de cubrir estas incertidumbres, la radioterapia actual exige el desarrollo de planificaciones robustas que arrojen soluciones válidas dentro de un error asumido. En la actualidad se discute sobre la posibilidad de establecer una alternativa a los escenarios habituales, que heredaron los escenarios quirúrgicos, a través de un sistema de optimización robusto que tenga en cuenta los factores de incertidumbre, dentro del nuevo contexto más flexible y adaptativo de planificación.

El proceso de segmentación de la imagen para la delimitación de la enfermedad es un factor para tener en cuenta en el manejo de las incertidumbres, por lo que el uso de algoritmos automáticos o semiautomáticos juega un papel relevante de cara a la reproducibilidad del proceso, que permitirá una planificación directa con la imagen procesada.

Las técnicas de imagen guiada durante el tratamiento (IGRT), como el gatting o tracking, son métodos apropiados para controlar los posibles cambios en la imagen de tratamiento, así como otras técnicas que no requieren marcas fiduciarias, resultando en procedimiento menos invasivos sobre el paciente. Sistemas de compresión para reducir el movimiento de la lesión en direcciones determinadas, también pueden ayudar a controlar en cierta medida estos desplazamientos durante la irradiación.

Existen trabajos previos en las que algún tipo de dispositivo simula la mecánica ventilatoria y/o movimiento cardíaco, tales como los documentos US8545061 ;

EP1292936; US7667191.

Otras cuyo objetivo se encuentra vinculado al campo del radiodiagnóstico como US20190239846A1; US20170042502; US8535061 ; DE10200023313.

En cuanto a software relacionado con la propuesta de la invención, existen documentos tales como US6652142; EP2736415; WO201711337; EP638284.

Se citan a continuación otros documentos relacionados:

El documento WO2016058898 presentan un método para la construcción de un maniquí desde volúmenes diseñados en CAD a partir de una imagen de un paciente.

El documento W02017019809A1 expone un método basado en cámaras que pueden alojar diferentes fluidos, y que son insuflados por un sistema de bombeo controlado según la mecánica respiratoria específica, y en cuyo interior se encuentra una diana que simula el tumor y que se mueve con la dinámica del flujo.

El documento US6225622B1 explica un dispositivo dinámico de escaneo de radiación donde el maniquí y sensor se mueven como un conjunto para estudiar la uniformidad y planitud de un haz de luz.

El documento US6697451 B2 presenta un maniquí dinámico en el que la sección central del maniquí se mueve para imitar movimientos cardíacos.

El documento US7699522B2 muestra un maniquí dinámico en que el sensor se inserta en el maniquí por medio de un cilindro radio transparente y permite hacer movimientos lineales en una única dirección y movimientos de rotación.

El documento US10796607B2 expone un maniquí dinámico que imita el tórax y los movimientos de la caja torácica durante la respiración. La caja se comprime y expande durante el funcionamiento del maniquí, a través de dispositivos mecánicos. También aporta órganos interiores a la caja torácica que se mueven usando mecanismos secundarios.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se corresponde con un equipo médico y software de verificación y control de calidad radioterápica 4D, que comprende una estructura fija anterior y una estructura fija posterior, con un eje cilindrico, donde se localiza un dispositivo de detección de radiación ionizante, fijado a unos mecanismos de desplazamiento, anterior y posterior, que mueven el eje en función de las órdenes recibidas desde una unidad de control.

Las estructuras fijas anterior y posterior están configuradas a partir de perfiles estructurales y perfiles guía verticales, unidos entre sí mediante elementos de fijación, de forma que la geometría de las estructuras fijas será de paralelepípedo.

Acoplados a las estructuras fijas, se localizan unos soportes destinados a sustentar un maniquí antropomórfico en cuyo interior discurrirá el eje con el dispositivo de detección. El equipo médico de radioterapia está diseñado para acoplarse a la geometría del maniquí antropomórfico que es atravesado por el eje cilindrico, logrando que el movimiento del eje cilindrico donde se ubica el dispositivo de detección de radiación ionizante se lleve a cabo en el interior del maniquí para conseguir emular el movimiento de la lesión en el interior del paciente.

Por otra parte, el equipo comprende asimismo unas carcasas de protección radiológica que se fijan a las estructuras mediante elementos de unión, teniendo dichas carcasas una abertura con una geometría determinada para permitir el movimiento del eje.

La unidad de control permite calcular y transmitir el movimiento que deben realizar los mecanismos de desplazamiento para poder colocar el eje y, por lo tanto, el dispositivo de detección que se localiza en él, en posiciones adecuadas para realizar una simulación del movimiento de una lesión durante el tratamiento de radioterapia o cualquier otro movimiento en cuya traza se quiera verificar la dosis durante la irradiación.

Respecto a las estructuras fijas anterior y posterior, los mecanismos de desplazamiento se trasladan vertical, transversal y longitudinalmente; y se construyen a partir de unos elementos internos, cuya configuración garantiza que se produzcan esos movimientos.

Entre los elementos internos que construyen los mecanismos de desplazamiento, se destaca, común a los mecanismos de desplazamiento anterior y posterior, un carro de desplazamiento transversal, anterior y posterior, constituido por una placa a la que se le acoplan unas ruedas y que se mueven por la acción de un motor.

El carro de desplazamiento transversal anterior se encuentra vinculado a un carro de desplazamiento longitudinal, por medio de un perfil guía transversal, fijado por sus extremos a un soporte inferior que cuenta con unas ruedas, que desplazan longitudinalmente el soporte y cuyo movimiento viene determinado por un motor y un elemento de transmisión.

Adicionalmente, el carro de desplazamiento longitudinal anterior se adapta a un carro de desplazamiento vertical anterior, a partir de perfiles guía longitudinales anteriores, que se unen a una bandeja horizontal que cuenta con unas placas, unos motores, unas correas de transmisión y unas ruedas que permiten que el carro de desplazamiento vertical anterior pueda moverse verticalmente a través de los perfiles guía verticales de la estructura fija anterior. Por otra parte, el carro de desplazamiento transversal posterior cuenta adicionalmente con una pieza hueca que permite el desplazamiento longitudinal del eje al atravesar dicha pieza hueca. El carro de desplazamiento transversal posterior se enlaza con un carro de desplazamiento vertical posterior a través de un perfil guía transversal posterior que se fija al carro de desplazamiento vertical por ambos extremos del perfil.

El carro de desplazamiento transversal posterior comprende, adicionalmente al perfil guía transversal, unas placas, unos motores y unas ruedas que permiten el desplazamiento vertical del carro con la ayuda de los perfiles guía verticales de la estructura fija posterior y unas correas de transmisión asociadas a los motores.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del equipo médico de radioterapia.

Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del mecanismo de desplazamiento anterior del equipo médico de radioterapia.

Figura 3.- Muestra una vista en detalle del mecanismo de desplazamiento posterior del equipo médico de radioterapia.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Se describe, a continuación, con ayuda de las Figuras 1 a 3, una realización preferente del equipo médico de radioterapia.

En la Figura 1 se representa un equipo médico de radioterapia, que comprende una estructura fija anterior (1) dotada de unos perfiles estructurales (2) y unos perfiles guía verticales (3) fijados entre sí mediante elementos de sujeción y una estructura fija posterior (4) dotada también de perfiles estructurales (2) y perfiles guía verticales (3) unidos del mismo modo entre sí mediante elementos de sujeción. Asimismo, en la Figura 1 se muestran unos soportes (5) que se fijan a la zona inferior de los perfiles guía verticales (3) de las estructuras fijas (1 , 4) y que se encuentran enfrentados entre sí y están destinados a soportar un maniquí antropomórfico (6).

Adicionalmente, el equipo médico de radioterapia comprende un eje (7) en el que se localiza un dispositivo de detección de radiación ionizante (8) destinado a desplazarse por la zona interna del maniquí antropomórfico (6) modificando así su ubicación de acuerdo a la traza de movimiento que se quiere verificar.

Por otro lado, el equipo médico de radioterapia comprende un mecanismo de desplazamiento anterior (9) fijado a un extremo del eje (7) y que se desplaza en dirección transversal, longitudinal y vertical con respecto a la estructura fija anterior (1), ocurriendo igualmente con un mecanismo de desplazamiento posterior (10) fijado a otro extremo del eje (7) y que también se desplaza en dirección transversal, longitudinal y vertical respecto a la estructura fija posterior (4), de forma sincronizada con el mecanismo de desplazamiento anterior (9).

En la Figura 1 , se describe también como el equipo médico de radiación comprende unas carcasas de protección radiológica (33) que se encajan a los perfiles estructurales (2) y perfiles guía verticales (3) de las estructuras fijas (1, 4), y se encuentran enfrentadas entre sí.

La Figura 2 muestra el mecanismo de desplazamiento anterior (9) que comprende un carro de desplazamiento transversal anterior (12) que se vincula a un extremo del eje (7). Dicho carro de desplazamiento transversal anterior comprende adicionalmente una primera placa (13), unas primeras ruedas (14) que se montan en dicha primera placa (13), un primer motor (15) montado sobre la primera placa (13) destinado a transmitir el movimiento a las primeras ruedas (14) mediante el empleo de unas correas de transmisión (35) asociadas a dicho primer motor (15).

De la misma forma, en la Figura 2 se observa un carro de desplazamiento longitudinal anterior (16) que comprende un perfil guía transversal anterior (17) sobre el que desplazan las primeras ruedas (14) del carro de desplazamiento transversal anterior (12). Comprende también un soporte inferior (18) vinculado a ambos extremos del perfil transversal anterior (17), unas segundas ruedas (19) que se montan en el soporte inferior (18) mencionado y un cuarto motor (20), asociado a un elemento de transmisión (21) y a unas correas de transmisión (35), que ocasiona el movimiento de desplazamiento longitudinal del soporte inferior (18) y ios elementos relacionados a éste.

Al mismo tiempo, el mecanismo de desplazamiento anterior (9) incorpora un carro de desplazamiento vertical anterior (22) que comprende unos perfiles guía longitudinales

(23) sobre los que desplazan las segundas ruedas (19) del soporte inferior (18), una bandeja horizontal (24) sobre la que se encuentran montados los perfiles guía longitudinales (23) enfrentados, y sobre la que se encuentra montado el cuarto motor (20). Asimismo, comprende unas terceras placas (25) solidarias a la bandeja horizontal

(24) situadas a ambos lados y perpendicularmente a la misma, unos motores (26) montados sobre las terceras placas (25) y unas terceras ruedas (27) accionadas por los terceros motores (26) y que se desplazan gracias a la acción de unas correas de transmisión (35) sobre los perfiles guía verticales (3) de la estructura fija anterior (1).

La Figura 3 muestra el mecanismo de desplazamiento posterior (10) que comprende un carro de desplazamiento transversal posterior (28) vinculado al otro extremo del eje (7), y que comprende una primera placa (13), unas primeras ruedas (14) montadas en dicha primera placa (13), un primer motor (15) montado también en la primera placa (13) y que acciona las primeras ruedas (14) mediante el empleo de unas correas de transmisión (35) vinculadas a al primer motor (15) mencionado anteriormente. El carro de desplazamiento transversal posterior (28) comprende también una pieza hueca (34), montada en la primera placa (13) y que permite el deslizamiento del eje (7) por su interior.

Se observa también, finalmente, gracias a la Figura 3, un carro de desplazamiento vertical posterior (29) que comprende un perfil guía transversal posterior (30) sobre el que desplazan las primeras ruedas (14) del carro de desplazamiento transversal posterior (29), unas sendas segundas placas (31) enfrentadas y únicas a los extremos del perfil guía transversal posterior (30), unas segundas ruedas (19) montadas en dichas segundas placas (31) y, finalmente, unos segundos motores (32) montados sobre las segundas placas (31) que accionan las segundas ruedas (19) que se desplazan sobre los perfiles guía verticales (3) de la estructura fija posterior (4) gracias a unas correas de transmisión (35) conectadas a los segundos motores (32).