BR112020014382A2 - dispositivo iort para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo IORT (10) para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer, que compreende uma fonte de partículas, um dispositivo de aceleração (11), que envia um feixe de partículas (12) em um alvo (14) através de um aplicador (15), um filtro de dispersão (16), que permite que a distância entre a fonte de partículas e o alvo (14) seja mantida em uma faixa compatível com o uso de dispositivos IORT (10) em salas de operação padrões, e um sistema óptico para colimar o feixe das partículas (12), que é colocado entre o filtro de dispersão (16) e o aplicador (15); especificamente, o sistema de colimação óptica do feixe de partículas compreende uma tela primária (17), configurada para blindar a radiação produzida pelo filtro de dispersão (16), uma tela secundária (18), configurada para blindar os fótons produzidos na tela primária (17), e um aparelho de colimação (19), que provê o alojamento das câmaras do monitor (20).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DISPOSITIVO IORT PARA TRATAMENTO DE RADIOTERAPIA DE PACIENTES COM CÂNCER”

[001] Esta invenção se refere, no geral, a um dispositivo IORT para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer.

[002] As enfermidades mais temidas dos tempos modernos, indubitavelmente, incluem tumores, devido às altas taxas de mortalidade de alguns tipos de tumores e à dificuldade no tratamento dos mesmos.

[003] Um tumor ou, menos comumente, neoplasia ou câncer, se maligno, consiste em uma classe de enfermidades caracterizadas pela reprodução não controlada de algumas células do corpo, que param de responder aos mecanismos fisiológicos de controle celular seguinte ao dano em sua constituição genética.

[004] A fim de se tornar tumorosa, uma célula precisa ficar fora de controle, isto é, um erro deve ocorrer no sistema que controla sua reprodução; de fato, todas as células cancerosas e pré-cancerosas têm alterações muito extensivas em sua composição cromossômica: o número de cromossomos presentes em seu núcleo é mudado e os próprios cromossomos são danificados, múltiplos ou ausentes.

[005] A mudança cromossômica das células tumorosas é tão séria e extensiva que provê-se evidência de que, em todos os casos de tumores, todas as células cancerosas são descendentes de uma única célula mãe que passou por mutação.

[006] Este caos genético aleatório explica a extrema variabilidade em termos de aparência, efeitos, sintomas e prognose das muitas formas de câncer já conhecidas.

[007] Apesar de ter um único mecanismo originador geral, os tumores podem manifestar uma faixa muito ampla de desenvolvimentos e sintomatologias. Entretanto, algo que é constante para todos os mesmos é um aumento no número de células cancerosas, devido à velocidade mais alta da reprodução celular, significando que um número mais alto de células tumorosas se multiplica e um número mais baixo das mesmas morre, ao mesmo tempo em que aquelas que sobrevivem continuam se multiplicando.

[008] O crescimento de um tumor usualmente segue uma lei geométrica: no início, o mesmo é muito lento, mas acelera à medida que a massa do tumor aumenta. O tamanho crítico de um tumor é aproximadamente um centímetro cúbico: uma vez que o mesmo alcançou este tamanho, o tumor começa a crescer muito rapidamente e a causar os sintomas iniciais e o mesmo torna-se detectável com exames e testes médicos.

[009] Entretanto, frequentemente, os sintomas iniciais são ignorados ou subestimados.

[010] A grande velocidade de reprodução das células cancerosas forma a base da necessidade e da urgência em tratar as mesmas tão rapidamente e tão efetivamente quanto possível, isto é, eliminando com o maior grau de segurança possível todas as células “afetadas”, já que, da forma já indicada, o tumor pode evoluir, e, portanto, retornar, até mesmo a partir de uma única célula que sofreu mutação.

[011] O mais amplamente conhecido tratamento para o câncer é a cirurgia. Com esta, se possível, são feitas tentativas de remover o que é definido como a massa tumorosa, isto é, o conjunto células que sofreram mutação, e o que circunda as mesmas. Este método de tratamento não é sempre usável ou, quando usado, não é sempre suficiente para garantir o resultado desejado. De fato, é impossível saber se o tumor também afetou as células circundantes ou adjacentes, que parecem saudáveis; além do mais, é possível que a própria cirurgia resulte em disseminação de células tumorosas.

[012] Por estes motivos, em combinação com a, ou como uma alternativa à, cirurgia, a quimioterapia e a radioterapia também são usadas.

[013] A radioterapia consiste no uso da radiação de ionização para irradiar o tecido neoplástico e/ou o tecido adjacente à neoplasia.

[014] A quimioterapia explora a sensibilidade específica dos tumores individuais a certas substâncias e, para cada paciente, uma mistura customizada de múltiplos medicamentos é desenhada. Esta mistura quase sempre contém um ou mais inibidores de divisão celular, para impedir a proliferação celular. Entretanto, estes medicamentos causam alguns sérios e indesejáveis efeitos colaterais, tais como perda de cabelo da cabeça e do corpo, afetando os pacientes que passam pela quimioterapia.

[015] A radioterapia também tem efeitos indesejados. De fato, como a quimioterapia, a mesma enfraquece consideravelmente o corpo e até mesmo os órgãos saudáveis do paciente são sujeitos a seus efeitos diretos, mesmo se apenas parcialmente.

[016] Portanto, em ambos os casos, é importante poder minimizar sua aplicação para impedir que os efeitos colaterais sejam muito grandes.

[017] Especificamente, a IORT (Radioterapia Intraoperativa) consiste em irradiar o leito tumoral ou o tumor residual durante a cirurgia; esta técnica permite a minimização da dose distribuída ao tecido saudável e, portanto, a maximização da dose distribuída ao alvo, graças à possibilidade de inserir telas dedicadas na abertura cirúrgica ou à possibilidade de mobilizar o tecido saudável e/ou os órgãos em risco.

[018] A IORT foi estabelecida nos últimos anos graças ao desenvolvimento de aceleradores móveis, desenhados para realizar o tratamento diretamente na sala de operação. Um dos aspectos cruciais de um acelerador para a IORT é a quantidade de dispersão de radiação produzida durante o tratamento na sala de operação.

[019] A proteção de radiação de um acelerador da IORT define os limites de uso e, portanto, juntamente com as dimensões e o peso do sistema, é o elemento chave que torna o investimento sólido.

[020] De fato, o número máximo de tratamentos que podem ser realizados em um intervalo de tempo pré-determinado é limitado pela quantidade de dispersão de radiação à qual os operadores e o público são expostos.

[021] As diretrizes internacionais, adotadas em nível nacional, tomadas a partir do documento “Structural Shielding Design and Evaluation for Megavoltage X-and Gamma Rays for Radiotherapy Facilities”, NCRP REPORT 151, 2007, definiram em 1 mSv/ano a máximo dose de dispersão de radiação à qual a população pode ser exposta; este limite também é declarado como 20 pSv/semana.

[022] Portanto, o parâmetro que identifica a efetividade de um acelerador em termos de proteção de radiação é a razão de dispersão de radiação medida em uma distância pré-determinada pela quantidade da dose distribuída no alvo; quanto mais baixo for este parâmetro, medido em pSv/Gy, mais alta é a quantidade da dose distribuível e, portanto, mais alto é o número de tratamentos que podem ser realizados.

[023] Entretanto, no caso de um acelerador dedicado à radioterapia intraoperativa que opera em uma sala de operação padrão, é necessário considerar a dispersão de radiação na íntegra do espaço circundante (divisível nas regiões identificadas como 1, 2 e 3 na figura 1 anexa, que correspondem respectivamente a um plano superior, um plano de instalação e um plano inferior) e, portanto, o máximo valor de dispersão de radiação deve ser identificado (comumente identificado como o “ponto ideal”); o valor deste ponto ideal determina a máxima quantidade da dose distribuível no intervalo de tempo identificado.

[024] Por exemplo, se o ponto ideal prover o valor de 0,2 pSv/Gy no plano inferior 3, com o máximo valor de radiação em uma semana sendo definido em 20 pSv/semana, então, a máxima quantidade da dose distribuível é dada por 20 pSv/semana dividido por 0,2 pSv/Gy, isto é, 100 Gy/semana.

[025] A carga de trabalho semanal é dada pelo valor mínimo das cargas de trabalho nos diferentes pontos.

[026] Levando tudo isto em conta, as tradicionais estratégias de desenho e técnicas de construção atualmente não permitem a produção de um acelerador dedicado, com um peso abaixo de 600 kg, que tem mínimos valores de dispersão de radiação adequados para estabilizar as condições que permitem que mais do que 5 tratamentos por semana sejam realizados na supramencionada sala de operação padrão.

[027] O objetivo geral desta invenção é, portanto, superar as supramencionadas desvantagens da tecnologia anterior e, em particular, prover um dispositivo para tratamento de radioterapia dos pacientes com câncer que permite uma redução na dispersão de radiação em todas as regiões de uma sala de operação padrão.

[028] Um outro objetivo desta invenção é prover um dispositivo para tratamento de radioterapia dos pacientes com câncer que permite a minimização da dispersão de radiação tanto no plano do paciente quanto nos planos abaixo e acima, mantendo as dimensões e os pesos absolutamente compatíveis com aqueles de um tipo tradicional de dispositivo que opera em uma sala de operação padrão.

[029] Estes e ainda outros objetivos são alcançados por um dispositivo para tratamento de radioterapia dos pacientes com câncer, de acordo com a reivindicação 1 anexa.

[030] Outras características técnicas do dispositivo para tratamento de radioterapia de acordo com a invenção são apresentadas nas outras reivindicações dependentes.

[031] Vantajosamente, esta invenção propõe, começando com a identificação do problema, uma solução altamente inovadora, que permite a minimização de dispersão de radiação na íntegra do espaço que circunda o dispositivo, no interior de uma sala de operação padrão, ao mesmo tempo em que mantém as dimensões e os pesos do dispositivo compatíveis com aqueles de um tipo tradicional de máquina.

[032] Outros recursos estruturais e funcionais desta invenção e as vantagens relacionadas em relação à tecnologia anterior ficam mais aparentes a partir da seguinte descrição, em relação a uma modalidade não limitante de exemplo e preferida do dispositivo para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer de acordo com esta invenção, ilustrada nos desenhos anexos, em que: - a figura 1 é uma vista esquemática de uma sala de operação padrão, dividida em uma região para instalação do dispositivo para tratamento de radioterapia de acordo com esta invenção, bem como uma região acima e uma região abaixo; - a figura 2 é uma vista lateral esquemática do dispositivo para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer, de acordo com a invenção; - a figura 3 mostra a geometria de uma tela usada no dispositivo para tratamento de radioterapia, de acordo com esta invenção; - a figura 4 é uma vista esquemática dos vários componentes da radiação de vazamento do dispositivo para tratamento de radioterapia; - a figura 5 é uma seção transversal parcial do dispositivo para tratamento de radioterapia de acordo com a invenção, que ilustra os sistemas de blindagem adotados.

[033] Em relação aos desenhos anexos, a radiação gerada pelo dispositivo IORT para tratamento de radioterapia 10 e dispersada nas regiões 1, 2 e 3 de uma sala de operação padrão pode, de acordo com as publicações conhecidas (tal como o documento “Structural Shielding Design and for Megavoltage X- and Gamma Rays for Radiotherapy Facilities", NCRP REPORT 151, 2007), ser apontada para cinco fontes diferentes: 1) feixe scatter primário, mesmo embora este componente não esteja presente no caso de dispositivos de radioterapia IORT, em virtude de o feixe ser colimado diretamente e integralmente no alvo a ser tratado, que absorve o mesmo completamente; 2) radiação de vazamento (LR), isto é, a radiação de vazamento do acelerador 11 do dispositivo de radioterapia 10; 3) dispersão de radiação do paciente 14 (PSR); 4) dispersão de radiação na parede (WSR), que, no geral, em qualquer ponto, pode ser expressada como uma soma da radiação de vazamento (LR) e da dispersão de radiação do paciente (PSR), de maneira tal que a WSR seja uma combinação linear de LR e PSR com coeficientes a serem determinados ponto por ponto (WSR = axLR + bxPSR); 5) radiação secundária, que é um componente completamente desprezível.

[034] Um dos termos principais é a dispersão de radiação do paciente 14 (PSR), isto é, os fótons gerados no alvo (paciente 14) pelo feixe de elétrons 12 que sai do acelerador 11 do dispositivo IORT 10, através do processo Bremsstrahlung; esta radiação tem uma distribuição cardioide, extremamente intensa ao longo da direção do feixe de elétrons 12 e exige blindagem específica, já que a mesma não pode ser limitada de nenhuma maneira, mas apenas blindada. Esta blindagem específica,

conhecida por si própria, que é o compromisso ideal entre a efetividade e o peso, tem uma estrutura de pirâmide, tal como aquela rotulada em 13 nas figuras 1, 2 e 3 anexas.

[035] Portanto, da forma já descrita, fica evidente que, a fim de reduzir a dispersão de radiação total nas várias regiões 1, 2, 3 de uma sala de operação padrão, é necessário minimizar a radiação de vazamento (LR) do acelerador 11 do dispositivo de radioterapia IORT 10.

[036] No caso de um acelerador 11 de um dispositivo de radioterapia IORT 10, a radiação de vazamento LR é a soma de quatro termos independentes (da forma mostrada com detalhes na figura 4 anexa): - a assim denominada radiação reversa LRB, causada por dispersão de elétrons na estrutura de aceleração 11 quando o campo elétrico oscilante for invertido; - a radiação de vazamento LRL proveniente da estrutura de aceleração 11, causada por dispersão entre o feixe de elétrons 12 e própria a estrutura de aceleração (este fenômeno ocorre se a dinâmica radial do feixe de elétrons não for adequadamente controlada); - a radiação de vazamento LRSC causada pelo impacto do feixe de elétrons 12 no filtro de dispersão 16 do acelerador 11 (entretanto, a presença do filtro de dispersão 16 torna-se necessária pela necessidade de manter a SSD (distância entre a fonte e a superfície do alvo) em uma faixa compatível com o uso em uma sala de operação padrão (isto é, tipicamente, em 70 cm) e de suprir uma energia máxima de 12 MeV, para permitir o adequado tratamento do alvo na técnica IORT (com uma máxima variação de dose em 10 % em um alvo de aproximadamente 3,5 cm de espessura)); - a radiação de vazamento LRA, causada por dispersão entre o feixe de elétrons 12 e o aplicador 15.

[037] Pode-se lidar efetivamente com a limitação das radiações LRB, LRL e LRA de várias maneiras e usando técnicas conhecidas, enquanto, até agora, não tenha havido nenhum sistema disponível que possa gerenciar a radiação LRSC produzida pelo filtro de dispersão 16.

[038] Esta invenção resolve este aspecto, provendo uma solução técnica capaz de minimizar esta quantidade.

[039] Da forma já indicada, a radiação de vazamento LRSC produzida pelo filtro de dispersão 16 é um fator não eliminável e deve ser adequadamente blindado. A solução é desenhar um sistema óptico para colimar o feixe de elétrons 12 que maximiza a transmissão de elétrons e que, ao mesmo tempo, pode blindar os fótons produzidos pelo filtro de dispersão 16; tudo isto considerando o fato de que a máxima energia dos fótons produzidos ao longo da direção do feixe 12 é igual à energia dos elétrons, ao mesmo tempo em que a máxima energia dos fótons produzidos no plano perpendicular à direção do feixe 12 é aproximadamente um quarto (a título de exemplo, no caso de um feixe de elétrons 12 com energia igual a 12 MeV, a espessura TVL (espessura da blindagem que reduz a intensidade dos raios X para um décimo) ao longo do eixo geométrico é 5 cm, ao mesmo tempo em que no plano perpendicular ao mesmo é 1,3 cm).

[040] O sistema de colimação feito de acordo com esta invenção é mostrado com detalhes na figura 5 anexa e tem: - um filtro de dispersão 16, que é preferivelmente feito de material de metal com um baixo número atômico (Z) e com uma espessura entre 0,5 e 0,8 mm; - uma tela primária 17, configurada para blindar a radiação produzida pelo filtro de dispersão 16; - uma tela secundária 18, configurada para blindar os fótons produzidos na tela primária 17, integralmente feita de material adequado para blindar os fótons (tais como Chumbo e Tungstênio) e configurada para interceptar a íntegra do lóbulo produzido na primária, de uma maneira tal para limitar adequadamente os fótons produzidos tanto no plano do paciente quanto no plano inferior; - um aparelho de colimação 19, feito de material com um baixo número atômico (Z) e altamente resistente ao dano proveniente das radiações de ionização (tal como Tecapeek), que provê o alojamento das câmaras do monitor 20.

[041] Especificamente, a tela primária 17 tem um cilindro interno 21 feito de um material com um baixo número atômico (Z) e com uma espessura, tal como para reduzir a energia dos elétrons incidentes no cilindro externo pelo menos em um fator de 3; a título de exemplo, considerando 12 MeV como a máxima energia dos elétrons e PTFE como o material do cilindro interno 21, então, a máxima energia incidente nas paredes do cilindro 21 é aproximadamente 7 MeV, ao mesmo tempo em que a espessura do PTFE é determinada, em uma primeira aproximação (CSDA), usando a equação de Harder, ETH/E0 = 1 – TH/Rp (em que Rp é a faixa prática e TH é a espessura do cilindro 21 feito de PTFE), o que dá a solução TH ≥ 1,44 cm. Além do mais, a tela primária 17 também tem um cilindro externo 22, feito de um material adequado para blindar os fótons (tais como Chumbo ou Tungstênio) e com uma espessura total igual a pelo menos 2 TVL para o feixe de 90 º, isto é, no exemplo examinado, pelo menos 2,6 cm se usando Chumbo ou 2 cm se usando Tungstênio.

[042] Especificamente, a tela secundária 18 tem uma série de furos de passagem com diâmetros tal como para permitir tanto um fluxo ideal do feixe de elétrons 12 quanto uma adequada blindagem dos fótons produzidos pelo filtro de dispersão 16 e pela parte de extremidade da tela primária 17.

[043] Além do mais, a espessura da tela secundária 18 é igual a pelo menos 1 TVL para o feixe de 90 º, isto é, no exemplo examinado, 1,3 cm se usando Chumbo ou 1 cm se usando Tungstênio.

[044] A partir da descrição, as características do dispositivo para tratamento de radioterapia dos pacientes com câncer, que é o objetivo desta invenção, claramente emergem, assim como as vantagens do mesmo.

[045] Por último, fica claro que o dispositivo em questão pode ser modificado e adaptado de diversas maneiras sem, desse modo, fugir dos princípios de inovação do conceito inventivo reivindicado nas reivindicações anexas, ao mesmo tempo em que fica claro que, na atuação prática da invenção, os materiais, as formas e as dimensões dos detalhes ilustrados podem ser de qualquer tipo de acordo com as exigências, e podem ser substituídos por outros elementos tecnicamente equivalentes.

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo IORT (10) para tratamento de radioterapia de pacientes com câncer, que compreende uma fonte de partículas, um dispositivo de aceleração (11) que envia um feixe de partículas (12) em um alvo (14) através de um aplicador (15), um filtro de dispersão (16) que permite manter a distância entre a dita fonte de partículas e o dito alvo (14) em uma faixa compatível com o uso do dito dispositivo IORT (10) em salas de operação padrões e que permite prover uma energia máxima de 12 MeV, para permitir um adequado tratamento do alvo (14), e um sistema óptico para colimar o dito feixe de partículas (12) que é colocado entre o dito filtro de dispersão (16) e o dito aplicador (15), caracterizado por o dito sistema de colimação óptica do dito feixe de partículas (12) compreender uma tela primária (17), configurada para blindar a radiação produzida pelo dito filtro de dispersão (16), uma tela secundária (18) configurada para blindar os fótons produzidos na dita tela primária (17), e um aparelho de colimação (19), que provê o alojamento das câmaras do monitor (20).

2. Dispositivo IORT (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito filtro de dispersão (16) ser feito de um material de metal com um baixo número atômico (Z).

3. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito filtro de dispersão (16) ter uma espessura que varia de 0,5 a 0,8 mm.

4. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dita tela secundária (18) ser integralmente feita de material adequado para blindar os fótons, tais como Chumbo e Tungstênio, e ser configurada para reduzir os fótons produzidos tanto no plano alvo (14) quanto no plano inferior.

5. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o dito aparelho de colimação (19) ser feito de um material com um baixo número atômico (Z) e altamente resistente ao dano proveniente das radiações de ionização, tal como o Tecapeek.

6. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dita tela primária (17) ter um cilindro externo (22), feito de um material adequado para blindar os fótons, tais como Chumbo ou Tungstênio, e ter uma espessura total igual a pelo menos 2 TVL para o feixe de 90 º, e um cilindro interno (21), feito de um material com um baixo número atômico (Z) e com uma espessura tal como para reduzir a energia das partículas incidentes no dito cilindro externo (22) de pelo menos um fator 3.

7. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dita tela secundária (18) ter uma série de furos de passagem com diâmetros tal como para permitir um fluxo adequado do dito feixe de partícula (12) e uma blindagem dos fótons produzidos pelo dito filtro de dispersão (16) e por uma parte de extremidade da dita tela primária (17).

8. Dispositivo IORT (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a dita tela secundária (18) ter uma espessura igual a pelo menos 1 TVL para o feixe de 90 º.