PT1615560E - Manequim para controlo de qualidade de um sistema de simulação virtual de um tratamento de radioterapia - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "MANEQUIM PARA 0 CONTROLO DE QUALIDADE DE UM SISTEMA DE SIMULAÇÃO VIRTUAL DE UM TRATAMENTO DE RADIOTERAPIA" O presente invento diz respeito ao âmbito da radioterapia. Mais precisamente, o invento diz respeito a um dispositivo conhecido pelo nome de "manequim" utilizado para a preparação da aparelhagem por ocasião das operações de simulação virtual preparatórias da realização de um tratamento de radioterapia por meio de um scanner ou análogo. 0 tratamento dos tumores por meio de radioterapia é actualmente possível utilizando aparelhos que compreendem um dispositivo de imagiologia médica, como por exemplo um scanner, acoplado a um dispositivo de emissão de radiações utilizado para o tratamento do paciente. A preparação desses aparelhos, antes da realização efectiva da irradiação do paciente comporta uma etapa dita de "simulação virtual".

Este termo refere-se a um conjunto de programas de software que permitem ao utilizador definir ou calcular aquilo que se designa por "isocentro de tratamento", quer dizer, a zona pontual onde deve convergir a radiação destinada a destruir o tumor, depois simular o tratamento a efectuar com a ajuda de clichés radiológicos reconstruídos. 2 ΡΕ1615560

Durante a fase de simulação virtual são utilizadas duas componentes de software: programas de software que, por um lado, definem os contornos do tumor a tratar e, por outro lado, definem os contornos dos órgãos que é importante que não sejam atingidos durante a emissão das radiações; e programas de software que permitem posicionar os feixes graças à visão dos clichés radiológicos reconstruídos e posicionar as caches ou as lâminas do coli-mador. 0 dispositivo que assegura a simulação virtual propõe todos os movimentos de um acelerador de partículas com a ajuda de programas de software parametrizados. Mais classicamente, a pertinência dos dados fornecidos por estes programas de software só pode ser controlada por ocasião de uma simulação efectuada na presença do paciente, o que é constrangedor para este último. Por conseguinte é desejável dispor de uma ferramenta que permita realizar um controlo da pertinência do funcionamento dos programas de software de simulação virtual sem ser na presença do paciente. É já conhecido o processo que consiste em utilizar, para a calibragem dos scanners, dispositivos chamados "manequins". Estes dispositivos são constituídos por um volume de dimensões conhecidas de um material (água, poliestireno de diversas densidades, plexiglas) que se comporta essencialmente da mesma maneira que o tecido humano a 3 ΡΕ1615560 que o exame diz respeito, sob o ponto de vista da absorção e da difusão da radiação utilizada. Esses manequins conhecidos não são adequados à realização de uma simulação virtual tal como aqui acabou de ser definida.

No documento "A quality assurance phantom for digitally reconstructed radiograph (DRRs) Med Phys 1994. 21, 902" foi proposta a utilização de um manequim constituído por um quadro de poliestireno de 15 cm de lado, comportando quatro faces de teste. Este quadro permite realizar uma avaliação da resolução espacial do aparelho. Na face principal são gravadas formas geométricas que permitem medir a função de transferência de modulação, a precisão do contraste, a linearidade espacial dos clichés radiológicos reconstruídos e a qualidade do algoritmo de reconstrução dos clichés radiológicos reconstruídos por um feixe divergente. Mas esse manequim não permite realizar todas as operações necessárias para se verificar a qualidade da simulação virtual. Por conseguinte, é sempre necessário, para se controlar a qualidade de uma simulação virtual no seu conjunto, realizar várias análises sucessivas de diferentes objectos-teste, o que exige uma importante disponibilidade por parte do scanner e da consola de simulação virtual. A finalidade do invento consiste em propor um manequim que permita testar o conjunto das funções de simulação virtual de um sistema de radioterapia que utilize um dispositivo de imagiologia tal como um scanner, no decurso de um número minimo de operações. 4 ΡΕ1615560

Para esse efeito, o invento tem por objecto um manequim para o controlo de qualidade de um sistema de simulação virtual de um tratamento de radioterapia comportando um dispositivo de imagiologia médica, caracterizado por comportar: uma caixa de suporte; um núcleo disposto na referida caixa de suporte e constituído por uma pluralidade de elementos de formas, dimensões e densidades diferentes, as referidas densidades simulando as densidades de diversos órgãos e meios do corpo humano, dois destes elementos sendo constituídos por dois troncos de pirâmide de densidades diferentes encaixados um no outro, pelo menos um deles não apresentando uma total simetria em relação ao seu eixo longitudinal; umas esferas num material não radiotransparente dispostas no referido núcleo; e pelo menos duas faces laterais amovíveis opostas uma à outra encerrando fios metálicos definindo figuras geométricas .

De preferência, o manequim é de forma geral cúbica .

De preferência, uma das esferas é colocada no centro do núcleo. 5 ΡΕ1615560

De preferência, o manequim comporta seis faces laterais amovíveis encerrando fios metálicos definindo figuras geométricas.

Como se terá compreendido, o manequim de acordo com o invento é constituído em primeiro lugar por uma caixa de suporte, de preferência de forma cúbica. Na caixa de suporte são montadas pelo menos duas placas, em cada uma das quais é materializada uma figura geométrica com a ajuda de fios metálicos embebidos na própria placa, colocadas em posições opostas uma em relação à outra na caixa de suporte. Estas duas placas servem para verificar se a divergência da imagem reconstruída é correcta. Vantajosamente todas as faces da caixa de suporte comportam placas dessas, de maneira que é possível realizar um máximo de testes de divergência no decurso de uma única operação. A caixa acha-se guarnecida interiormente de volumes que apresentam formas geométricas assinaláveis, bem como densidades diferentes, permitindo simular as densidades de diversos órgãos (como por exemplo o seio, os músculos, os ossos, os pulmões cheios de ar). Um desses volumes, em particular, é constituído por troncos de pirâmide encaixados. No interior desses volumes é colocado um certo número de esferas metálicas, de preferência em aço, em posições definidas. De preferência, uma dessas esferas é colocada no centro do manequim. Essas esferas constituem marcas de referência de iso-centros de tratamento. A comparação entre a imagem dos volumes de que se acha guarnecida a caixa e a realidade 6 ΡΕ1615560 permite verificar se a qualidade da calibragem dos programas de software de simulação virtual é ou não boa. 0 invento será melhor compreendido através da leitura da descrição que irá ser apresentada a seguir, feita com referência aos desenhos anexos, em que: a Figura 1 é uma vista em perspectiva que representa um exemplo de caixa de suporte para um manequim de acordo com o invento e as faces laterais que lhe estão associadas; a Figura 2 é uma vista em perspectiva que representa um exemplo de núcleo destinado a ser inserido na referida caixa de suporte; a Figura 3 é uma vista em corte segundo III-III (Figura 3a) e em corte segundo IV-IV (Figura 3b) que representa uma parte do referido núcleo; e a Figura 4 é uma vista em perspectiva que representa uma outra parte do referido núcleo. A caixa de suporte 1 representada na Figura 1 é constituída pelo conjunto de dois elementos que, no exemplo representado, formam um cubo de 19 cm de lado. 0 primeiro elemento 2 é uma caixa aberta na sua face superior, cuja base é um quadrado de 19 cm de lado e cujas faces laterais têm uma altura de 18 cm. 0 segundo elemento 3 é uma placa quadrada de 19 cm de lado e de 1 cm de espessura que é disposta na parte de cima da caixa 1 de maneira a formar uma tampa para o primeiro elemento 2. Estes dois elementos 2, 3 7 ΡΕ1615560 são feitos num material como por exemplo poliestireno anti-choque (densidade 1,05), mas poderiam também ser em polime-tilmetacrilato (PMMA), por exemplo. Estes dois elementos 2, 3 são solidarizados por meio de parafusos num material como por exemplo nylon, de 2 cm de comprimento. A caixa de suporte 2 é destinada a encerrar um núcleo 4, um exemplo do qual se acha representado na Figura 2.

Este núcleo é constituído por um conjunto cúbico de 17 cm de lado, composto por elementos alguns dos quais possuem características geométricas assinaláveis e apresentam densidades diversas representativas das densidades de diversos órgãos e meios do corpo humano que as radiações do dispositivo de radioterapia são susceptíveis de atravessar. Entre esses elementos encontram-se quatro cubos 5, 6, 7, 8 de 3,5 cm de lado, cada um dos quais ocupa um vértice do núcleo 4. Dois desses cubos 5, 6 acham-se colocados em dois vértices diagonalmente opostos. Esses cubos 5, 6, 7, 8 são todos de densidades diferentes. Por exemplo, o cubo 5 tem uma densidade de 0,991 simulando a densidade do seio, o cubo 6 tem uma densidade de 1,609 simulando a densidade do osso, o cubo 7 tem uma densidade de 1,062 simulando a densidade do músculo e o cubo 8 tem uma densidade de 0,465 simulando a densidade do pulmão exalado. Nos vértices dos cubos 5, 6 situados nos pontos tendo as coordenadas (5; 5; 5) e (-5;-5;-5) no sistema de coordenadas tendo por origem o centro do núcleo 4 são colocadas esferas 9, 10 num mate- 8 ΡΕ1615560 rial não radiotransparente, como por exemplo aço, destinadas a simular isocentros de tratamento. 0 aço é escolhido de preferência a outros materiais porque é bem visível nas imagens reconstruídas e não provoca demasiados artefactos nessa imagem.

Outros desses elementos são constituídos por um elemento 11 em forma de tronco de pirâmide de comprimento "L" = 13,5 cm, cuja base maior é um quadrado de 5,5 cm de lado, e por um elemento 12 que envolve o elemento 11 e possui uma forma exterior não totalmente simétrica em relação ao seu eixo longitudinal. Este elemento 12 envolve o elemento 11 numa espessura "e,n = 1 cm segundo três dos lados da sua base maior e numa espessura "e" = 0,5 cm segundo o quarto lado. Estes dois elementos 11, 12 têm densidades diferentes. 0 conjunto formado por esses dois elementos 11, 12 é destinado a formar a parte central do núcleo 4. Este conjunto tem um comprimento "L" de 13,5 cm, portanto inferior ao comprimento de uma aresta do núcleo 4 que ele portanto não atravessa de lado a lado. De preferência, no seio do elemento 11, a uma distância "d" da base maior igual a 8,5 cm, encontra-se situada uma esfera de aço 13 que simula um isocentro de tratamento. A distância "d" é escolhida de maneira a que a esfera 13 vá ficar situada exactamente no centro do cubo formado pelo núcleo 4 montado.

Na parte do núcleo 4 situada para trás dos elementos em tronco de pirâmide 11, 12 acham-se igualmente integrados três elementos paralelepipédicos 14, 15, 16 de 9 ΡΕ1615560 comprimento "1" = 6 cm e de largura e espessura iguais a 2 cm. Estes elementos são dispostos de maneira a ficarem sobrepostos e decalados longitudinalmente uns em relação aos outros. Também neste caso, eles são de densidades diferentes simulando diversos constituintes do corpo humano. A restante parte 17 do núcleo cúbico 4, no qual se encontram colocados os diferentes elementos 5, 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15, 16, é constituída por um corpo em poliestireno .

Finalmente, a caixa 1 é revestida nas suas seis faces por umas placas quadradas 18, 19, 20, 21, 22, 23 de 20 cm de lado e de 0,5 cm de espessura que lhe são fixadas de maneira amovível por meio de parafusos de 1 cm de comprimento num material radiotransparente como por exemplo nylon. Estas placas 18-23 são em plexiglas e comportam, embebidos na sua massa, uns fios metálicos, por exemplo de cobre, que desenham figuras geométricas como por exemplo as que se acham representadas na Figura 1. Cada uma dessas figuras pode ser dedicada à verificação de uma ou de várias funções particulares do programa de software, segundo a maneira como o programa de software restituir a sua forma. O facto de haver seis dessas placas amovíveis 18-23 é vantajoso na medida em que isso permite testar um máximo de funções no decurso de um único ensaio. Também faz parte do espírito do invento prever um número de placas amovíveis menos elevado. No entanto é necessário que haja um mínimo de duas placas 18-23 dispostas em duas faces opostas do 10 ΡΕ1615560 núcleo 4 para verificar se a divergência da imagem reconstruída é correcta. Para esse efeito é particularmente indicada a utilização de motivos representando círculos, como representado nas placas 18, 21 da Figura 1. O manequim que aqui acaba de ser descrito e representado é apenas um exemplo. Em particular, faria parte do âmbito do invento conferir a este manequim uma forma diferente da forma cúbica. O cubo tem a vantagem de uma grande facilidade de manipulação e de uma capacidade de permuta das placas 18-23 de que são constituídas as suas faces exteriores. As formas e as dimensões dos elementos que formam o núcleo 4 podem ser diferentes das que aqui foram descritas. No entanto é indispensável a presença de elementos em forma de tronco de pirâmide 11, 12 de densidades diferentes encaixados um no outro.

Isso permite verificar: a capacidade do programa de software para efectuar com precisão, de uma maneira automática, o traçado do contorno de órgãos de diferentes densidades; a precisão das margens de segurança que podem ser afectadas a um órgão que se vai deslocar no decurso do tratamento; o motivo do elemento 12 ser assimétrico é devido ao facto disso ser necessário para verificar uma expansão não simétrica do órgão; conhecendo-se a espessura dos elementos 11 e 12 é possível comparar a medição desses elementos com o cálculo da margem feito 11 ΡΕ1615560 pelo programa de software que deve corresponder à espessura do material do elemento exterior 12; a capacidade do programa de software para interpolar contornos diferentes, podendo-se assim estimar a precisão da reconstrução do volume.

Lisboa, 24 de Agosto de 2007

Claims (4)

1. ΡΕ1615560 1 REIVINDICAÇÕES 1. Manequim para o controlo de qualidade de um sistema de simulação virtual de um tratamento de radioterapia comportando um dispositivo de imagiologia médica, caracterizado por comportar: uma caixa de suporte (1); um núcleo (4) disposto na referida caixa de suporte (1) e constituído por uma pluralidade de elementos (5, 6, 7, 8, 11, 12, 14, 15, 16, 17) de formas, dimensões e densidades diferentes, as referidas densidades simulando as densidades de diversos órgãos e meios do corpo humano, dois destes elementos (11, 12) sendo constituídos por dois troncos de pirâmide de densidades diferentes encaixados um no outro, pelo menos um deles não apresentando uma total simetria em relação ao seu eixo longitudinal; umas esferas (9, 10, 13), num material não radio-transparente dispostas no referido núcleo (4); e pelo menos duas faces laterais amovíveis (18, 21) opostas uma à outra encerrando fios metálicos definindo figuras geométricas.
2. 2. Manequim de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser de forma geral cúbica. 2 ΡΕ1615560
3. 3. Manequim de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por uma das esferas (13) se achar colocada no centro do núcleo (4).
4. 4. Manequim de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por comportar seis faces laterais amovíveis (18-23) encerrando fios metálicos definindo figuras geométricas. Lisboa, 24 de Agosto de 2007