Способ формирования дозных полей при лучевой терапии

 

Использование: в медицине, а именно в устройствах осуществления лучевой терапии. Сущность: способ формирования фазных полей при лучевой терапии заключается в визуальном представлении параметров фазного поля на носителе информации в виде ограниченных изодозами замкнутых непересекающихся областей, вводе, обработке информации и управлении перемещением луча и дозой облучения программно, по определенному закону, каждой области, ограниченной изодозой, присваивают постоянное значение параметра дозы облучения и визуально выделяют эти области. Дополнительно перемещением луча и дозой управляют по закону сглаживания ступенчатой кривой, а при пересечении линии изодозы ее изменяют дискретно. Ограниченные изодозами области выделяют определенным цветом. Облучение может быть проведено лазером, при этом носителем информации может быть поверхность объекта лучевого воздействия. Технический результат: упрощение формирования поля облучения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицине и предназначено для осуществления лучевой терапии в клинической практике, в частности, в дерматологии, онкологии, а также для лечения ран и светового массажа. При этом могут быть использованы лазерное, рентгеновское, радио- или ультразвуковое излучения.

Известен способ формирования дозных полей при лучевой терапии, основанный на физическом представлении требуемого параметра поля, а именно распределения дозы по направлению перемещения луча путем формирования на прозрачной пленке видимого изображения графика скорости перемещения по полю луча постоянной мощности, последующем считывании этого параметра фотодатчиком и соответствующем автоматическом управлении скоростью перемещения луча (а.с. СССР N 530493, кл. A 61 N 5/01, з.21.05.71г.).

Недостатками известного способа являются невозможность автоматического формирования полей любых очертаний, так как не предусмотрено управление направлением перемещения луча, и отсутствие наглядного представления о других параметрах дозного поля, что приводит к недостаточной эффективности лучевой обработки сложных полей.

Известен также способ формирования дозных полей при лучевой терапии путем физического представления очертаний дозного поля в виде перфорированного шаблона, считывания параметров с использованием фотодатчика и электронного устройства и соответствующего управления перемещением луча. При этом величина дозы задается вручную с пульта управления (заявка ФРГ N 2620846, A 61 N 5/06, A 61 B 17/36, оп. 24.11.77г.).

Указанный способ не обеспечивает автоматического управления мощностью луча синхронно с его перемещением, то-есть, отсутствует возможность автоматического формирования дозных полей с различным распределением величины дозы по полю. Дискретность задания очертаний поля также снижает точность его формирования. Отсутствует наглядное представление дозных полей. Все это снижает эффективность лечения.

Известным является также способ формирования дозных полей при лучевой терапии путем физического представления и считывания требуемых параметров поля с помощью программного механического устройства с последующим управлением в соответствии с этими параметрами перемещением (ротацией и углом наклона) луча и величиной дозы (модностью луча) (а.с. СССР N 714999, H 05 H 7/00, A 61 N 5/00, з. 12.06.78г.).

Этот способ обеспечивает формирование дозных полей разных очертаний с различным распределением дозы внутри поля. Недостатками этого способа являются неоперативность лечения вследствие трудности перестройки механического программного устройства при переходе от одного вида поля к другому, сложность привязки координат луча к облучаемой области объекта.

Наиболее близким к предложенному изобретению является способ формирования дозных полей при лучевой терапии, включающий визуальное представление параметров дозного поля в виде ограниченных изодозами областей, ввод, обработку информации и управление перемещением луча и дозой облучения по определенному, в данном случае плавному закону с помощью программного вычислительного устройства. При этом в прототипе параметры будущего дозного поля задаются в виде совокупности точек, распределенных в объеме и в конкретной плоскости облучаемого пространства, в каждой из точек задается рассчитываемое на ЭВМ и запоминаемое в памяти значение дозы, затем осуществляют предварительное физическое представление параметров дозного поля на носителе информации экране дисплея, причем изображение представляют в виде нескольких изодоз, рассчитанных по ранее полученным параметрам дозного поля в указанных точках, оценивают визуально соответствие полученного изображения поля характеру облучаемого объекта, при необходимости вновь пересчитывают значения доз в вышеупомянутых точках, вновь формируют изодозное изображение поля и после его окончательной оценки управляют перемещением луча и величиной его дозы в соответствии со считываемыми из памяти компьютера значениями координат точек и величинами заданных для каждой точке доз (патент США N 5027818, A 61 B 6/00, 1991).

Основным недостатком способа прототипа является сложность способа, его программного обеспечения, повышенная стоимость, практическое ограничение области его использования лечением объемных опухолей, онкологических болезней, практическая невозможность (вследствие повышенной стоимости) применения известного метода для расширенного круга дерматологических заболеваний. Кроме того, изодозное изображение, формируемое для визуального представления дозного поля, содержит информацию о значениях доз не на всей обследуемой поверхности, а только на линиях изодоз, что затрудняет оценку качества будущего дозного поля, предназначенного для лечения дерматологических заболеваний.

Задачей изобретения является упрощение способа, обеспечение возможности его использования для лечения широкого круга дерматологических заболеваний, лечения ран и светового массажа.

Для решения указанной задачи в способе формирования дозных полей при лучевой терапии, включающем визуальное представление параметров дозного поля на носителе информации в виде ограниченных изодозами замкнутых непересекающихся областей, ввод, обработку информации и управление перемещением луча и дозой облучения по определенному, например, плавному закону посредством программного вычислительного устройства, каждой из ограниченных изодозами областей присваивают постоянное значение параметра дозы облучения и визуально выделяют эти области.

Величину дозы облучения для ограниченной изодозой области устанавливают постоянной, а при пересечении линии изодозы изменяют дискретно.

Перемещением луча и дозой облучения управляют по выбранному закону сглаживания ступенчатой кривой.

Ограниченные изодозами области выделяют определенным цветом, соответствующим значению дозы данной области.

Облучение осуществляют оптическим лазером, в качестве носителя информации используют поверхность объекта лучевого воздействия, а визуальное представление формируют лучом оптического лазера.

В предложенном способе параметры будущего дозного поля задают и визуально выделяют непосредственно на формируемом на экране дисплея изображении поля, что позволяет немедленно, без других преобразований, сравнивать их с объектом облучения, а управление лучом ведут в соответствии с указанными на этом изображении параметрами, также без каких либо преобразований этих параметров.

То есть, способ имеет повышенную по сравнению с прототипом оперативность и более прост. Простота и оперативность являются новым техническим результатом предложенного технического решения, что свидетельствует о соответствии его критерию изобретательского уровня.

Обеспечение возможности ступенчатого и/или плавного изменения величины дозы при перемещении луча расширяет возможность способа по выбору режимов лечения.

Отображение на изображении значения установленной для данной области величины дозы с помощью цвета облегчает восприятие оператором величин доз, приближает изображение будущего дозного поля к естественному виду облучаемой поверхности, улучшает возможность их сравнения.

Использование в качестве носителя информации поверхности самого объекта облучения позволяет при формировании изображения точнее отследить форму и состояние поверхности, которую надо подвергнуть облучению, и, следовательно, точнее задать параметры требуемого дозного поля. Облегчается привязка координат объекта к изображению дозного поля.

На фиг. 1 изображена блок-схема установки для осуществления способа; на фиг. 2 вариант изображения дозного поля с одной областью (Ж) экстремального значения дозы; на фиг.3 вариант изображения дозного поля с двумя областями (Д и И) экстремальных значений доз; на фиг.4 направления обхода лучом дозного поля; на фиг. 5 графики изменения дозы облучения при проходе луча по облучаемой поверхности.

Обозначения, принятые на чертежах: А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, и И области дозного поля; D величина дозы, Дж/см; L пространственная координата, см.

Установка для осуществления способа (фиг.1) состоит из источника излучения 1, например, лазера, луч 2 которого отражается от зеркала 3 устройства 4 для перемещения луча по облучаемой области 5 биообъекта 6. Вычислительное устройство включает процессор 7 с памятью, выход 8 которого соединен со входом управления мощностью лазера 1, а выход 9 со входом управления перемещения луча устройства 4. Процессор 7 соединен с дисплеем 10, сканером 11 и блоком 12 управления процессором (клавиатура, джойстик, устройство типа "мышь").

В качестве источника излучения 1 может быть использован, например, гелий-неоновый лазер (оптического диапазона) с регулируемой мощностью луча, в качестве вычислительного устройства ПЭВМ типа IBM PC/AT с соответствующим программным обеспечением. Используются следующие программные средства: программа обработки изображений, например, типа IMAGE (НПО "Спектр", г. Москва) и программа считывания параметров и управления лучом лазера, в частности, типа АКТИС-3 (СП "Мега-Форатек система", г. Екатеринбург).

Способ формирования дозных полей осуществляют следующим образом.

С помощью соответствующего программного средства, с использованием полученных при диагностике данных о требуемом дозном поле и в соответствии с опытом оператора на дисплее 10 формируют физическое представление необходимого для данного пациента дозного поля (фиг.3 или 4). На фиг.3, кроме вложенных друг в друга областей (А, Б, В), имеются также области, находящиеся рядом (например, В и Е). На изображении дозного поля замкнутая кривая 13 соответствует очертаниям облучаемой области 5 биообъекта 6. Для каждой из замкнутых непересекающихся областей А, Б, В, Г, Д, Е, Ж и И дозного поля устанавливают определенное значение дозы облучения. Это отражают в изображении областей А И присвоением каждой из них определенного цвета или интенсивности цвета (не показано). В последнем случае рост интенсивности цвета соответствует, например, увеличению дозы.

Указание величины дозы в любой области может быть осуществлено также, например, простановкой на этой области цифры, равной величине дозы в Дж/см.

Выбор предназначенного для редактирования на экране дисплея изображения дозного поля может производиться из имеющейся в памяти ЭВМ базы данных типовых дозных полей или водиться в ЭВМ с бумаги с помощью сканера.

С помощью программы обработки изображения производят коррекцию первоначально выбранного изображения дозного поля (изменение конфигурации областей, величин доз) в соответствии с состоянием подлежащей облучению патологической или пораженной области пациента и заносят полученное изображение в базу данных для дальнейшего использования.

Затем осуществляют привязку координат перемещения луча к точкам на поверхности биообъекта 6. Например, на противоположных сторонах облучаемой области 5 биообъекта 6 наносятся краской (зеленкой) контрольные точки 14, 15, желательно в характерных точках облучаемой области 5 (фиг.1). Затем в эти точки вручную, например, с использованием устройства 12 типа "мышь" поочередно выводится луч лазера с пониженной безопасной мощностью. Координаты точек фиксируются и заносятся в память ПЭВМ, точки высвечиваются на изображении дозного поля с фиксированным известным расстоянием между ними, но при неизвестном точно их расположении относительно изображения поля на экране (точки 16 и 17 на фиг. 2). После этого с помощью программы перемещают на экране дисплея указанные точки до совпадения их с точками 18, 19 изображения (фиг. 2), соответствующими точками 14, 15 (фиг.1) объекта 6. При этом обеспечивается привязка изображения дозного поля на экране к положению облучаемой области на биообъекте. В случае сохранения нанесенных на поверхности биообъекта контрольных точек 14, 15 до следующего сеанса выведение луча в каждую из них уже обеспечивает привязку координат.

При другом способе привязки координат изображения дозного поля (фиг.2) к облучаемой области 5 (фиг. 1) на поверхности объекта 6 изображают лучам 2 лазера 1 при безопасной мощности внешний контур 13 изображения поля путем непрерывного автоматического передвижения луча по этому замкнутому контуру, после чего взаимным перемещением биообъекта и головки устройства 4 перемещения луча совмещают полученное на объекте изображение дозного поля с облучаемой областью.

После привязки координат осуществляют считывание параметров дозного поля (фиг.2), т.е. координат кривой 13, и координат кривых, разделяющих области А И, а также значений доз для каждой из указанных областей и управление перемещением и мощностью луча. Например, перемещают луч 2 внутри ограниченной кривой 13 облучаемой области по параллельным друг другу направлениям (фиг. 4). Одновременно с перемещением луча 2 по поверхности 5 биообъекта производят отражение его перемещения на изображении дозного поля (при необходимости, для удобства контроля процесса облучения). Параллельные направления перемещения луча (пунктирные строчки на фиг. 4) сдвинуты друг относительно друга на расстояние, обеспечивающее равномерное покрытие лучом всей облучаемой поверхности. При этом мощность луча устанавливается соответствующей той дозе облучения, которая выбрана для области, в которой он находится в данный момент. При нахождении луча 2, например, в области объекта, соответствующей области А изображения, считывается установленное для этой области значение дозы и энергия облучения устанавливается равной этому значению, пока луч не выйдет из указанной области. Аналогично производится считывание значения дозы и установление энергии облучения при заходе его в любую из областей.

Установление требуемой энергии облучения производится, например, изменением скорости перемещения луча постоянной известной мощности.

Энергия облучения и доза облучения D при описанном процессе меняются по ступенчатой кривой 20 в зависимости от пространственной координаты L перемещения луча (фиг.5).

При использовании программы сглаживания кривой 20 может быть получено плавное изменение мощности луча и дозы облучения, например, по кривой 21 (пунктир на фиг.5).

Кроме того, перемещение луча 2 может быть осуществлено вначале путем обхода по контуру облучаемой области, т.е. по кривой 13. Затем луч сдвигают внутрь области А на величину, пропорциональную диаметру луча, и осуществляют обход лучом области по замкнутому контуру, аналогичному кривой 13. Величина энергии облучения при этом устанавливается в соответствии с дозой, заданной для области А. Аналоговым образом осуществляются последующие обходы области А по все более уменьшающимся замкнутым кривым. При заходе луча на область Б энергия облучения устанавливается в соответствии с требуемой для этой области дозой и так далее, для других областей. Таким образом осуществляют обход и обработку всей облучаемой поверхности.

Способ может быть осуществлен без вывода изображения дозного поля на экран дисплея. В этом случае в память ЭВМ вводят все параметры поля, например, с его физического представления на листе бумаги, с помощью сканера 11. Для привязки к поверхности биообъекта на ней рисуют лучом лазера 1 безопасной мощности замкнутую кривую, соответствующую внешнему контуру 13 дозного поля, считанного сканером 11, путем непрерывного перемещения луча по этой кривой. Полученное изображение совмещают с подлежащей облучению областью 5 биообъекта 6 путем их взаимного перемещения. После этого производят облучение поверхности биообъекта в соответствии с заданными параметрами дозного поля.

При осуществлении способа физическое представление дозного поля может быть сформировано непосредственно на облучаемой поверхности 5 биообъекта. Для этого включают оптический лазер 1 на безопасной мощности и с помощью джойстика или устройства типа "мышь" обводят лучом 2 лазера вначале по внешнему контуру области биоообъекта 6, которая должна быть подвергнута облучению. При этом координаты контура вводятся в память устройства, луч начинает непрерывный обход по установленной кривой, образуя видимое изображение контура облучаемой поверхности (замкнутая линия 20 на фиг.1). Затем аналогичным образом выделяют на облучаемой поверхности требуемое число отдельных областей (как, например, на фиг.2) и вводят в ПЭВМ значения доз для каждой области. После этого производят облучение выделенной поверхности биообъекта лучом, направлением перемещения и энергией облучения которого управляют с помощью ПЭВМ в соответствии с установленными параметрами.

Формула изобретения

1. Способ формирования дозных полей при лучевой терапии, включающий визуальное представление параметров дозного поля на носителе информации в виде ограниченных изодозами замкнутых непересекающихся областей, ввод, обработку информации и управление перемещением луча и дозой облучения по определенному, например плавному, закону посредством программного вычислительного устройства, отличающийся тем, что каждой из ограниченных изодозами областей присваивают постоянное значение параметра дозы облучения и визуально выделяют эти области.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину дозы облучения для ограниченной изодозой области устанавливают постоянной, а при пересечении линии изодозы изменяют дискретно.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещением луча и дозой облучения управляют по выбранному закону сглаживания ступенчатой кривой.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что ограниченные изодозами области выделяют определенным цветом, соответствующим значению дозы данной области.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что облучение осуществляют оптическим лазером, в качестве носителя информации используют поверхность объекта лучевого воздействия, а визуальное представление формируют лучом оптического лазера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5