ES2632931T3 - Modelización de la acción de una fibra óptica en un tratamiento por terapia fotodinámica, y asistencia a la planificación de tal tratamiento - Google Patents

Abstract

Procedimiento (200) de asistencia, realizado por ordenador, para la planificación de un tratamiento de un futuro paciente por terapia fotodinámica, durante el cual una sustancia fotosensible predefinida debe administrarse al futuro paciente, después sometida a una iluminación a una longitud de onda predeterminada por medio de un número de fibras ópticas idénticas aptas para ser introducidas en una longitud de inserción en la zona a tratar según una posición con respecto a una rejilla de braquiterapia (1), siendo cada fibra óptica del tipo que emite con una intensidad máxima en una dirección perpendicular al eje longitudinal de la fibra, que comprende: - una fase de modelización del volumen elemental de acción teórica de una fibra óptica en asociación con dicha sustancia fotosensible por el de un cilindro de radio de acción R y de longitud L que corresponde a dicha longitud de inserción, siendo dicho radio de acción R determinado por la realización de las etapas siguientes: - construcción (110) de una base de datos informática a partir de datos de una pluralidad de ensayos clínicos llevados a cabo en diferentes pacientes utilizando dicha sustancia fotosensible asociada a al menos una fibra óptica, estando cada ensayo clínico asociado a un conjunto de parámetros que corresponden a las condiciones reales del ensayo clínico y que comprende al menos el número de fibras ópticas utilizadas, su posición con respecto a una rejilla de braquiterapia, y la longitud de inserción de cada una de las fibras en la zona a tratar, consistiendo dicha construcción en memorizar para cada paciente, en dicha base de datos, un primer fichero numérico que corresponde a una serie de imágenes numéricas de la zona a tratar antes del ensayo clínico, un segundo fichero numérico que corresponde a una serie de imágenes numéricas de la zona después del ensayo clínico, y dicho conjunto de parámetros que corresponde a las condiciones reales del ensayo clínico; - medir (120), para cada paciente de la base de datos, el volumen de la zona efectivamente necrosada durante el ensayo clínico, a partir de dichos primer y segundo ficheros numéricos; - calcular (130) para cada paciente de la base de datos, el volumen total teórico de acción en función de los parámetros de dicho conjunto y del volumen elemental de acción teórico de una fibra; - determinar (140) dicho radio de acción R por correlación del volumen total teórico de acción calculado, para cada paciente en la base de datos, con el volumen medido de la zona efectivamente necrosada; - una fase de planificación del tratamiento del futuro paciente que comprende las etapas de: - cargar y visualizar (210) un fichero numérico que corresponde a una serie de imágenes (7) numéricas de la zona a tratar en una interfaz gráfica de usuario (6) mostrado en una pantalla de ordenador; - contornear (220) la zona a tratar por introducción directa sobre cada imagen de la serie mostrada en la pantalla de ordenador; - medir (230) el volumen de la zona a tratar por reconstrucción volúmica a partir de un tratamiento numérico de los contornos (11) introducidos; - visualizar y posicionar (240) una representación plana (16) de la rejilla de braquiterapia (1) en sobreimpresión sobre cada imagen (7) de la serie y contornos (11) introducidos correspondientes; - determinar (250) mediante el cálculo del número de fibras ópticas a utilizar, su posición con respecto a la rejilla de braquiterapia y de su longitud de inserción que optimizan la correspondencia de un volumen total teórico de acción calculado con el volumen medido de la zona a tratar, siendo dicho volumen total teórico de acción calculado en función de la posición de cada fibra, y del volumen elemental de acción teórica de una fibra óptica en asociación con dicha sustancia fotosensible modelizado durante la fase de modelización.

Description

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

corresponde a la longitud de inserción de la fibra.

Para permitir la optimización, la etapa 250 utiliza preferentemente un algoritmo de optimización de tipo descenso de gradiente, como el algoritmo de Powell. Este algoritmo realiza unas minimizaciones unidimensionales según unas imagen7direcciones conjugadas. Dos vectores (o direcciones) S1 y S2 de son conjugados frente a una matriz definida

positiva y simétrica A si . Este algoritmo necesita así la definición de una función objetiva f a minimizar. Aquí, la función f se ha determinado de manera que el algoritmo posicione las fibras lo mejor posible, es decir con un recubrimiento óptimo de la zona diana, pero bajo la restricción de que no debe haber región necrosada extraprostática (fuera de la diana). La función utilizada puede definirse matemáticamente por la relación siguiente:

imagen8

En la que N es un número total de fibras, i es un índice representativo de una fibra específica, v es un voxel, T la región diana y H la que se queda fuera de la diana, y w1 y w2 son unos pesos positivos fijados.

Dicho de otra manera, el algoritmo de Powell se utiliza aquí para encontrar los mejores valores de parámetros (número N, posición de cada fibra i, longitud de inserción) que minimizarán la diferencia entre el volumen teórico calculado para diferentes valores de parámetros y el volumen medido de la zona a tratar. En la práctica, el algoritmo empezará imponiendo un primer valor de N posible, estimado dividiendo el volumen diana medido en la etapa 230 por el volumen elemental de acción teórico de una fibra, siendo este último igual a  R2L, en el que R es el radio de acción predefinido de la fibra.

El algoritmo se prosigue entonces buscando de manera repetitiva, para todas las posiciones y longitud de inserción posibles de fibras, las que permitirán al algoritmo converger hacia el valor mínimo de la función f. Teniendo en cuanta la modelización seleccionada y la simplicidad de los cálculos utilizados por el algoritmo, se puede obtener muy rápidamente un resultado, al final de un tiempo de algunos minutos solamente. Los cálculos son aún más rápidos ya que el algoritmo considera sólo las posiciones efectivamente elegibles (círculos de color verde sobre la representación plana de la rejilla mostrada en la etapa 240).

La etapa de optimización 250 se inicia preferentemente por el usuario, por ejemplo por accionamiento de una tecla de acción específica 17 de la interfaz gráfica de usuario 6 situada en una zona de introducción 18 (véase la figura 10).

Conviene señalar que una de las mayores flexibilidad de utilización puede también ofrecerse proponiendo al usuario, antes del lanzamiento de la optimización 250, elegir algunos parámetros, como por ejemplo el número de fibras a utilizar, por tanto que este número no sea incompatible con el número máximo de fibras que son elegibles en la zona a tratar. En este caso, el número de fibras se introduce directamente por el usuario, preferentemente a nivel de la zona de introducción 18 de la interfaz gráfica. Por otro lado, el usuario puede definir el mismo, además del primer margen de seguridad antes citado, dos márgenes de seguridad suplementarios, un primer margen que corresponde a la distancia mínima entre el extremo de las fibras y la cápsula de la próstata a nivel de la base (fijada por defecto a 5 mm), y un segundo margen de seguridad que corresponde a la distancia mínima entre el extremo de las fibras y la cápsula de la próstata a nivel del ápex (fijado por defecto a 3 mm). Estos diferentes márgenes de seguridad pueden modificarse ventajosamente por el usuario, por introducción directa, a nivel de campos específicamente designados en la zona de introducción 18 de la interfaz gráfica. Finalmente, como ya se ha mencionado anteriormente, el usuario puede seleccionar el valor R del radio de acción en el conjunto de valores {5,5 mm; 5,6 mm; 6,5 mm; 7,5 mm; 8,5 mm}.

En todos los casos, al final de la etapa 250 de optimización, se dispone de un resultado que da como mínimo el número (seleccionado por el usuario u optimizado automáticamente), la posición y la longitud de cada fibra, habiendo sido el valor de todos estos parámetros optimizado en el caso particular del paciente. Este resultado se muestra ventajosamente en la interfaz gráfica del usuario, por ejemplo en una zona de visualización específica 19 (figura 10) próxima de la zona de introducción 18.

Además de estos datos, se pueden prever también mostrar los datos adicionales siguientes:

-el porcentaje de recubrimiento de la necrosis simulado con respecto al volumen diana.

-un índice que corresponde a la suma de las longitudes de las fibras sobre el volumen diana.

-la suma de la longitud de las fibras.

-una representación gráfica del volumen de acción simulado sobre las imágenes IRM en las tres incidencias (axial – coronal y sagital).

8

imagen9

Claims (1)

1. imagen1

   imagen2