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WO2002085455A1 - Dispositif de pilotage d'une unite d'imagerie anatomique ou d'une unite de radiotherapie - Google Patents

Dispositif de pilotage d'une unite d'imagerie anatomique ou d'une unite de radiotherapie Download PDF

Info

Publication number
WO2002085455A1
WO2002085455A1 PCT/FR2002/001371 FR0201371W WO02085455A1 WO 2002085455 A1 WO2002085455 A1 WO 2002085455A1 FR 0201371 W FR0201371 W FR 0201371W WO 02085455 A1 WO02085455 A1 WO 02085455A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
patient
rest
value
control unit
values
Prior art date
Application number
PCT/FR2002/001371
Other languages
English (en)
Inventor
Patrick Le Corre
Original Assignee
Dyn'r
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dyn'r filed Critical Dyn'r
Priority to US10/513,763 priority Critical patent/US7783335B2/en
Publication of WO2002085455A1 publication Critical patent/WO2002085455A1/fr

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1064—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for adjusting radiation treatment in response to monitoring

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling an anatomical imaging unit or a radiotherapy unit for the treatment of organs of the human body, and more specifically, organs subject to movements linked to movement. diaphragm, and whose position therefore varies depending on the thoracic expansion.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks of anatomical imaging and radiotherapy and has the essential objective of providing a control device leading to significantly reduce the geometric margins as currently introduced, and thereby even, to allow clear and precise three-dimensional reconstructions, to virtually eliminate the risks of complications such as radiation pneumonias, and to allow the doses administered to be increased.
  • Another objective of the invention is to provide a device allowing the patients to take charge and to live the treatment sessions in a serene manner.
  • the invention relates to a device for controlling an anatomical imaging or radiotherapy unit, comprising:
  • control unit connected to the measurement means so as to receive the signals coming from the latter, and to the imaging or radiotherapy unit so as to control the latter, said control unit:
  • control unit - And means for viewing the patient's breathing curve connected to the control unit and arranged so as to be visible to said patient, said control unit being adapted to generate the display on said means of viewing values of rest and trigger.
  • the respiratory level for which the acquisition of images or irradiation will be triggered is determined, and the memory is stored a value, called the trigger value, representative of this respiratory level,
  • the patient's respiratory level is continuously measured and:
  • a sequence of acquisition of radiographs or irradiation is launched consisting in authorizing triggering only when the patient has blocked his breathing at a respiratory level corresponding to the value of memorized trigger and stop command when the patient stops his apnea, - and the rest / trigger cycles are repeated until the irradiation time planned for the session has elapsed, or until all the pictures are taken desired are carried out.
  • the device according to the invention therefore makes it possible, in a preliminary phase, to memorize two values representative respectively of the ventilatory level of rest of the patient, and of the pulmonary volume in inspiration or in expiration of this patient, for whom it has been decided to trigger the taking of stereotypes or irradiation.
  • Triggering therefore only takes place if two conditions are met: an initial condition which requires the patient to breathe normally before having his apnea, and a final condition which requires that the apnea be performed with a level of breathing that is always the same during each image acquisition session as during the same processing session, and from one processing session to another.
  • the patient can view his respiratory curve on which the stored rest and trigger values are materialized.
  • This visualization by the patients, of their breathing curve allows, in fact, the latter to take charge and to involve them in the control of the level of apnea. In practice, such care thus tends to make patients much more attentive and serene.
  • the patient is the only master of the moment when he will trigger his apnea, from the moment when he breathes normally. Therefore, he can perform each session at his own pace, without any stress.
  • this involvement of the patients constitutes one of the basic principles of the operation of the control device according to the invention, because it allows, without risk of stress for these patients due to the fact that they manage themselves the course of the sessions, to trigger the acquisitions of stereotypes or the irradiations, for ventilatory levels higher than the ventilatory level of rest. Therefore, in fact, practitioners benefit, for each patient, from a wide range of respiratory levels to determine a positioning of the target volume allowing optimal acquisition and treatment under perfectly reproducible conditions.
  • the current devices for implementing this principle consist of very heavy equipment, such as the artificial respiration unit described in WO 98/52635.
  • the technique used always consists in using a closed respiratory circuit which leaves it to the sole operator to block the patient's breathing, with a view to "radiation".
  • triggers since the management of triggers is the sole responsibility of the operator, these triggers can only be caused at respiratory levels comparable to the level of rest breathing, failing which the patients would not be able to withstand complete treatment sessions.
  • the means for measuring the thoracic expansion comprise a spirometer.
  • the spirometer is, in fact, the only means of measurement allowing to provide a correlation between the thoracic expansion and the corresponding volume of air.
  • the control unit advantageously comprises, for each patient, means for memorizing a trigger value representative of a level of inspiration. It has indeed been found that apnea in the inspiration phase, which leads to an increase in the lungs and a decrease in their density, thus leads to a reduction in the target volume which contributes to the protection of the lung, in as part of the treatment of chest tumors. In addition, inspiration also leads to a decrease in lung tissue and therefore, the risk of radiation damage to healthy tissue surrounding the target volume.
  • the increase in the volume of the lungs is beneficial for the many patients suffering from respiratory failure due to their smoking, because it can constitute for some a source of success of their radiotherapy.
  • control device comprises means for supporting the spirometer capable of keeping it in a position set back relative to the patient's head, said spirometer being connected to a mouthpiece by a tube. of breathing on which an interchangeable bacterial filter is interposed.
  • This positioning of the spirometer allows the patient to lie down in the supine position, with his hands crossed above the head, so that the chest of this patient is completely free, thus allowing the positioning of oblique beams.
  • the interchangeable bacterial filter is intended to avoid any risk of contamination between patients.
  • control unit comprises means for storing a range of rest and trigger values, each representative of a measurement margin relative to the measured rest and trigger values.
  • the purpose of this margin of measurement is to take into account possible variations in the ventilatory level of rest and the level of apnea, which can be estimated at around 5% of vital capacity for blockage in deep inspiration.
  • the control unit is programmed, in order to control an acquisition or an irradiation, to measure in real time the real values of the ventilatory level of rest of the patient, and to calculate at each instant, as a function of the measured rest value, a trigger value cropped with respect to said rest value.
  • the trigger value at an instant t is systematically cropped with respect to a rest value measured at an instant t - ⁇ , therefore an actual rest value, and the control device is therefore designed to hold account for any drifts in the ventilatory level of rest, resulting for example from variations in temperature, humidity ...
  • control unit is programmed to authorize the triggering of the acquisition or the irradiation after a predetermined period of time according to the instant when the correspondence between the memorized and measured trigger values is established. .
  • the purpose of this period of time is to ensure that the patient maintains his apnea, in order to avoid in particular an untimely triggering. It also allows take into account either the inertia of the imaging or radiotherapy unit, or the response time of the operator.
  • control device advantageously comprises means for displaying the patient's respiratory curve connected to the control unit and arranged so as to be visible to the operator, and means of communication between the operator and the patient. capable of enabling said patient to be informed of the instant when the measured and memorized rest values correspond.
  • These visualization means allow the operator to check the good progress of the session and to warn the patient, after each apnea, of the moment from which he can go back to apnea.
  • the communication means further comprise a button for controlling the lighting of an indicator light on the patient display means.
  • the control unit is programmed so as to automatically activate the imaging or radiotherapy unit during the correspondence between the measured and memorized trigger values.
  • the control unit comprises a relay box interposed between the control unit and the imaging or radiotherapy unit, and comprising an emergency stop button operable by an operator.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control device according to the invention
  • - and Figure 2 is a graph showing the respiratory curve of a patient during treatment, as presented to said patient and to the operator.
  • the device shown by way of example in FIG. 1 is suitable for controlling a radiotherapy unit 1 intended for the treatment of thoracic tumors and comprising a particle accelerator.
  • This control device comprises, firstly, a spirometer 2 of the pneumo-tachograph type, comprising an integrating sensor of the differences in pressure of the respiratory flow, and adapted to deliver an electrical signal representative of the volume of air corresponding to the thoracic expansion. .
  • This spirometer 2 is fixed by any means 3 known per se to the head of the treatment table 4 so as to be positioned beyond the head of the patient during the preparation and treatment sessions.
  • the spirometer 2 is also connected to a mouthpiece 5 by a flexible pipe 6 on which is interposed an interchangeable bacterial filter 7.
  • the spirometer 2 incorporates, in addition, means for heating the sensor to a stabilized temperature, such as an electrical resistance, supplied continuously during the preparation and treatment sessions, and intended to eliminate the moisture produced by the breathing of the patient likely to cause errors in the value of the volumes calculated due to the modification of the characteristics of the component of the pressure drop.
  • a stabilized temperature such as an electrical resistance
  • this spirometer being dedicated to radiotherapy (or imaging), it is not possible to disconnect the patient during the session, in order to perform, before each new measurement, and as required any conventional spirometer, a zero of the differential pressure integrator.
  • the spirometer according to the invention is therefore provided with a specific system, such as a bypass circuit controllable by the operator, making it possible to isolate the differential pressure integrator during each taking of zero flow.
  • the device further comprises a microcomputer 8 to which a monitor 9 is connected.
  • This microcomputer 8 disposed near the control console, is connected to the spirometer 2 by a link 10, so as to receive a signal representative of the patient's breathing curve as a function of time which can be viewed on the monitor 9.
  • the device further comprises a pair of glasses 11 comprising at least one liquid crystal screen, connected by a cable 12, to an interface output of the microcomputer 8, and intended to be worn by the patient so as to allow the latter to visualize his breathing curve.
  • the device finally comprises a control link 13 connecting the microcomputer 8 and the radiotherapy unit 1 enabling the latter to be automatically controlled.
  • a relay box 14 intended to be disposed near the control console, and comprising an emergency stop button and a voltage indicator allowing the operator to check the proper functioning of the operations.
  • the radiotherapy treatments by means of the piloting device according to the invention take place as described below.
  • the procedure for preparation for radiotherapy includes, before any examination, the creation of a personalized semi-corporal compression in polyurethane foam.
  • the patient positioned in his restraint, is lying on the treatment table 4 in supine position, with his hands crossed above the head, so as to release the entire thorax.
  • the scanner dedicated to radiotherapy.
  • a calibration of the spirometer 2 is carried out in order to guarantee the reproducibility of the values measured from one session to another.
  • the first stage, of preparation in addition to the conventional stages of contouring the target volume and of determining radiation beams and, in general, of the treatment to be administered, also consists in determining and memorizing two values which will condition the course of the treatment sessions.
  • the first value is determined when the patient breathes normally, at rest, by measuring its metabolic tidal volume, and memorization of a rest value Nr representative of the ventilatory rest level of this patient.
  • the second value is determined when the patient performs a deep inspiration, by raising the level of inspiration for which the tumor is in an optimal position for the acquisition of images and radiotherapeutic treatment.
  • the corresponding stored value called the Na trigger value, therefore corresponds to the inspiration level for which the acquisition of images and irradiation will then be triggered during all the sessions.
  • the values are, moreover, stored with a configurable measurement margin according to the respiratory capacity of the patients, this measurement margin being intended to allow taking into account possible variations in the ventilatory level of rest and apnea.
  • This memorization is also carried out in a file dedicated to the patient and intended to integrate all the parameters and data relating to the treatment, in order to ensure perfect traceability.
  • control unit is programmed to continuously calculate the patient's breathing curve as a function of the signal delivered by the spirometer 2 and to display a graphical representation of this curve on the screens of the monitor 9 and of the glasses 11.
  • the rest values Nr and trigger values Na are also shown on the screens with their measurement margin.
  • control unit 8 is programmed to trigger the irradiation for a duration corresponding to the time during which the patient maintains his apnea, or a duration determined by the operator at the end of which a light, for example red, is lit on the screens of the glasses 11.
  • the patient can then resume his nominal breathing so that his ventilatory level of rest returns to coincide with the value of rest Nr.
  • the radiotherapy unit 1 is therefore automatically controlled with remarkable repeatability and reproducibility of the levels of shots, and the patient, who finds himself involved during the sessions, experiences the latter in a much more serene manner. .

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de pilotage d'une unité d'imagerie ou de radiothérapie (1) en vue du traitement d'organes du corps humain sujets à des déplacements liés aux mouvements du diaphragme. Selon l'invention, ce dispositif de pilotage est conçu pour permettre, dans une phase préalable de préparation, de mémoriser deux valeurs, dites de repos et de déclenchement, représentatives respectivement, pour chaque patient, de son niveau ventilatoire de repos et d'un niveau respiratoire d'inspiration ou d'expiration, de déclenchement de l'acquisition d'images ou de l'irradiation, puis, lors du pilotage réel de l'unité (1), de commander une acquisition d'images ou une irradiation, une fois établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau ventilatoire de repos et la valeur de repos mémorisée, et uniquement lorsque est ensuite établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau respiratoire du patient et la valeur de déclenchement mémorisée. De plus, ce dispositif de pilotage comporte des moyens (11) de visualisation de la courbe respiratoire du patient, visibles par ce dernier, et sur lesquels sont matérialisées les valeurs de repos et de déclenchement.

Description

DISPOSITIF DE PILOTAGE D UNE UNITE DÏMAGERIE ANATOMIQUE OU DUNE UNITE DE RADIOTHERAPIE
L'invention concerne un dispositif de pilotage d'une unité d'imagerie anatomique ou d'une unité de radiothérapie en vue du traitement d'organes du corps humain, et de façon plus spécifique, d'organes sujets à des déplacements liés au mouvement du diaphragme, et dont la position varie donc en fonction de l'expansion thoracique.
Dans le domaine de la radiothérapie, les scanners à rayons X sont maintenant intégrés dans les services, et ont conduit à fondamentalement transformer les procédures de préparation. L'acquisition hélicoïdale a, en effet, diminué la durée de l'examen et permis à la fois un nombre important de coupes et une épaisseur de reconstruction faible. Ces images de grande qualité ont ravi les utilisateurs autant pour l'exploration en vue du contourage que pour la simulation virtuelle. La forme des faisceaux d'irradiation a ainsi pu être déduite de la forme du volume-cible, et le calcul tridimensionnel de la distribution de doses a offert des outils d'analyse favorisant une optimisation dosimètrique.
En contrepartie, la précision introduite par l'information de la procédure de simulation a imposé de limiter l'erreur de positionnement quotidienne. Ainsi, des contentions personnalisées réalisées avant l'acquisition scanner sont maintenant utilisées au cours de la procédure de préparation et lors de toutes les séances de traitement. Malgré cela, des évaluations ont toutefois montré les limites de la précision quotidienne et ont conduit à adopter des marges adaptées à chaque situation.
Plus difficile, par contre, est la prise en compte des mouvements du diaphragme et donc de l'organe à visualiser ou à traiter entre les différentes phases de la préparation et lors de chaque séance de traitement. De toutes les sources de mobilité, en effet, la respiration engendre les plus importantes perturbations. Les déplacements les plus importants, tels que l'ont démontré plusieurs études, sont situés près du diaphragme et peuvent atteindre jusqu'à 4cm, et sont donc très supérieurs à l'erreur de repositionnement quotidien.
Afin de solutionner ce problème, il a été envisagé d'évaluer les amplitudes de mouvement des organes avec la respiration, et d'incorporer ces amplitudes dans le plan dosimétrique. Toutefois, il est apparu peu réaliste d'appliquer des marges correspondantes sans risquer de créer des complications importantes, par exemple des poumons dans le cadre du traitement de tumeurs thoraciques, et de compromettre la qualité de soin du patient.
Il convient d'ajouter à ces données, que la qualité du traitement est également fonction de l'habileté des opérateurs qui ne sont pas toujours forcément les mêmes lors d'une série de séances de traitement.
Dans la pratique, il découle de tout ce qui précède que les potentialités liées à la simulation virtuelle ne sont pas exploitées de façon optimale, et que, dans le cadre de la radiothérapie, les doses d'irradiation sont actuellement obligatoirement relativement faibles, et les cas de complications thérapeutiques, telles que pneumopathies radiques lors du traitement de tumeurs thoraciques, malheureusement encore beaucoup trop nombreux.
La présente invention a pour objectif de pallier les inconvénients précités de l'imagerie anatomique et de la radiothérapie et a pour objectif essentiel de fournir un dispositif de pilotage conduisant à réduire de façon notable les marges géométriques telles qu'actuellement introduites, et par là-même, à permettre des reconstructions en trois dimensions nettes et précises, à quasi éliminer les risques de complications telles que pneumopathies radiques, et à permettre d'augmenter les doses administrées. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant aux patients de se prendre en charge et de vivre les séances de traitement de façon sereine.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif consistant en un appareillage très "léger" de faible prix de revient et encombrement, et de mise en œuvre très aisée. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant de commander un déclenchement automatique des acquisitions d'images ou des irradiations.
A cet effet, l'invention vise un dispositif de pilotage d'une unité d'imagerie anatomique ou de radiothérapie, comprenant :
- des moyens de mesure de l'expansion thoracique des patients,
- une unité de commande reliée aux moyens de mesure de façon à recevoir les signaux issus de ces derniers, et à l'unité d'imagerie ou de radiothérapie de façon à piloter cette dernière, ladite unité de commande :
• comportant des moyens de mémorisation de valeurs, dites de repos et de déclenchement, représentatives respectivement, pour chaque patient, de son niveau ventilatoire de repos et d'un niveau respiratoire d'inspiration ou d'expiration, de déclenchement de l'acquisition d'images ou de l'irradiation,
• étant programmée pour commander une acquisition ou une irradiation, une fois établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau ventilatoire de repos et la valeur de repos mémorisée, puis uniquement lorsque est ensuite établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau respiratoire du patient et la valeur de déclenchement mémorisée, et pour stopper l'acquisition ou l'irradiation lorsque cette seconde correspondance n'est plus respectée.
- et des moyens de visualisation de la courbe de respiration du patient raccordés à l'unité de commande et disposés de façon à être visibles par ledit patient, ladite unité de commande étant adaptée pour générer l'affichage sur lesdits moyens de visualisation des valeurs de repos et de déclenchement.
U tel dispositif de pilotage est donc conçu pour permettre d'opérer de la façon suivante :
• dans une phase préalable de préparation : - on mesure le volume courant métabolique du patient, et on mémorise une valeur, dite valeur de repos, représentative de son niveau ventilatoire de repos,
- et lorsque le patient est dans des conditions respiratoires de repos, on demande à ce dernier d'effectuer une inspiration ou une expiration, on détermine le niveau respiratoire pour lequel l'acquisition d'images ou l'irradiation sera déclenchée, et on mémorise une valeur, dite valeur de déclenchement, représentative de ce niveau respiratoire,
• et lors de chaque séance de traitement, ou lors de chaque séance ultérieure d'imagerie visant par exemple à permettre un suivi des effets d'un traitement, on mesure en continu le niveau respiratoire du patient et :
- lorsque le patient est au repos, on compare son niveau ventilatoire de repos avec la valeur de repos mémorisée,
- lors d'une correspondance entre les valeurs de repos mesurée et mémorisée, on lance une séquence d'acquisition de clichés ou d'irradiation consistant à autoriser le déclenchement uniquement lorsque le patient a bloqué sa respiration à un niveau respiratoire correspondant à la valeur de déclenchement mémorisée et à commander l'arrêt lorsque le patient cesse son apnée, - et on répète les cycles repos/déclenchement jusqu'à ce que le temps d'irradiation prévu pour la séance soit écoulé, ou jusqu'à ce que tous les clichés désirés soient effectués.
Le dispositif selon l'invention permet donc, dans une phase préalable, de mémoriser deux valeurs représentatives respectivement du niveau ventilatoire de repos du patient, et du volume pulmonaire en inspiration ou en expiration de ce patient, pour lequel on a décidé de déclencher la prise de clichés ou l'irradiation.
Ensuite, lors de chaque séance d'imagerie ou de traitement, le déclenchement n'est commandé que si le patient, préalablement en situation de respiration de repos, est parvenu à bloquer sa respiration au niveau de respiration de déclenchement requis. Le déclenchement n'intervient donc que moyennant le respect de deux conditions : une condition initiale qui impose que le patient respire normalement avant de faire son apnée, et une condition finale qui impose que l'apnée soit réalisée avec un niveau de respiration toujours identique tant lors de chaque séance d'acquisition de clichés que lors d'une même séance de traitement, et d'une séance de traitement à une autre.
L'obligation de respecter ces deux conditions, associée au fait que les deux valeurs calculées en phase d'imagerie préalable sont mémorisées dans un fichier dédié au patient, conduisent à l'obtention d'une parfaite reproductibilité des conditions d'apnée et à une parfaite répétitivité des irradiations ou une parfaite similitude des conditions dans lesquelles sont effectués les clichés successifs.
Dans la pratique, et en premier lieu, le fait que tous les clichés soient réalisés dans des conditions de blocage respiratoire strictement identiques, conduit à des reconstructions en trois dimensions très précises et très nettes, qui permettent de limiter les marges théoriques introduites lors de ces reconstructions.
De plus, lors des séances de radiothérapie, le fait que les irradiations sont effectuées alors que le patient est en apnée c'est-à-dire alors que l'organe à traiter ne subit aucun mouvement résultant de la respiration, associé à la parfaite reproductibilité de ces conditions d'apnée, permet également de notablement réduire les marges théoriques introduites pour tenir compte des mouvements respiratoires.
Il est à noter que l'élimination pure et simple de ces marges théoriques peut intervenir si l'on décide de ne pas prendre en compte les mouvements cardiaques transverses ou les éventuels relâchements thoraciques.
Dans l'hypothèse de la prise en compte de ces éléments, il s'avère que ces marges théoriques peuvent être réduites à des valeurs de l'ordre de 2 à 3 mm, dans le cadre du traitement de tumeurs thoraciques. II résulte des avantages précités liés à l'invention, que le dispositif selon l'invention conduit à une situation nouvelle où le risque de complications thérapeutiques peut être diminué au point de ne plus présenter un obstacle aux projets d'augmentation des doses.
Par ailleurs, et de façon essentielle, une fois la phase préalable de préparation réalisée, et lors de chaque séance ultérieure, le patient peut visionner sa courbe respiratoire sur laquelle sont matérialisées les valeurs de repos et de déclenchement mémorisées. Cette visualisation, par les patients, de leur courbe de respiration permet, en effet, à ces derniers de se prendre en charge et de les impliquer dans la maîtrise du niveau d'apnée. Dans la pratique, une telle prise en charge tend ainsi à rendre les patients beaucoup plus attentifs et sereins. De plus, concernant cette sérénité, il est à noter que le patient est le seul maître du moment où il va déclencher son apnée, à partir du moment où il respire normalement. Par conséquent, il peut effectuer chaque séance à son rythme, sans aucun stress.
Il est à noter, en outre, que cette implication des patients constitue un des principes de bases du fonctionnement du dispositif de pilotage selon l'invention, car elle autorise, sans risque de stress pour ces patients du fait qu'ils gèrent eux-mêmes le déroulement des séances, de déclencher les acquisitions de clichés ou les irradiations, pour des niveaux ventilatoires supérieurs au niveau ventilatoire de repos. De ce fait, en effet, les praticiens bénéficient, pour chaque patient, d'une large plage de niveaux respiratoires pour déterminer un positionnement du volume-cible permettant une acquisition et un traitement optimaux dans des conditions parfaitement reproductibles.
Il est à noter, à ce sujet, qu'il a déjà été envisagé, tel que décrit dans les documents WO 9S/52635 et US 5,067,494, de déclencher les irradiations d'un volume-cible alors que le patient est en situation de respiration bloquée à un niveau respiratoire donné.
Toutefois, les dispositifs actuels de mise en œuvre de ce principe consistent en des appareillages très lourds, tel que l'unité de respiration artificielle décrite dans WO 98/52635. De plus et surtout, la technique mise en œuvre consiste toujours à utiliser un circuit respiratoire fermé qui laisse au seul opérateur l'initiative de bloquer la respiration du patient, en vue des «radiations.
De ce fait, et en premier lieu, la reproductibilité parfaite des conditions de déclenchement ne peut être garantie du fait qu'elle dépend de l'intervention d'un opérateur.
De plus, la gestion des déclenchements incombant au seul opérateur, ces déclenchements ne peuvent être provoqués qu'à des niveaux respiratoires comparables au niveau de respiration de repos, faute de quoi les patients ne pourraient pas supporter des séances complètes de traitement.
Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de mesure de l'expansion thoracique comprennent un spiromètre. Le spiromètre est, en effet, le seul moyen de mesure permettant de fournir une corrélation entre l'expansion thoracique et le volume d'air correspondant. De plus, l'unité de commande comprend avantageusement, pour chaque patient, des moyens de mémorisation d'une valeur de déclenchement représentative d'un niveau d'inspiration. Il s'est en effet avéré qu'une apnée en phase d'inspiration, qui conduit à l'augmentation des poumons et à la diminution de leur densité, entraîne ainsi une diminution du volume-cible qui contribue à la protection du poumon, dans le cadre du traitement de tumeurs thoraciques. De plus, l'inspiration entraîne également une diminution du tissu pulmonaire et par conséquent, les risques de lésions par irradiation des tissus sains environnant le volume-cible.
En outre, l'augmentation du volume des poumons est salutaire pour les nombreux malades insuffisants respiratoires du fait de leur tabagisme, car elle peut constituer pour certains une source de réussite de leur radiothérapie.
De plus, de façon avantageuse, selon l'invention, le dispositif de pilotage comprend des moyens supports du spiromètre aptes à le maintenir dans une position en retrait par rapport à la tête du patient, ledit spiromètre étant relié à un embout buccal par un tube de respiration sur lequel est interposé un filtre bactérien interchangeable. Ce positionnement du spiromètre permet au patient de s'allonger en position décubitus dorsal, avec les mains croisées au-dessus de la tête, de façon que le thorax de ce patient soit totalement dégagé, permettant ainsi le positionnement de faisceaux obliques. De plus, le filtre bactérien interchangeable est destiné à éviter tout risque de contamination entre patients.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'unité de commande comporte des moyens de mémorisation d'une plage de valeurs de repos et de déclenchement, représentative chacune d'une marge de mesure par rapport aux valeurs de repos et de déclenchement mesurées. Cette marge de mesure a pour objectif de prendre en compte les variations possibles du niveau ventilatoire de repos et du niveau d'apnée, qui peuvent être estimées de l'ordre de 5 % de la capacité vitale pour un blocage en inspiration profonde.
Selon un autre mode de réalisation avantageux pouvant se cumuler ou non à celui précité, l'unité de commande est programmée, en vue de commander une acquisition ou une irradiation, pour mesurer en temps réel les valeurs réelles du niveau ventilatoire de repos du patient, et pour calculer à chaque instant, en fonction de la valeur de repos mesurée, une valeur de déclenchement recadrée par rapport à ladite valeur de repos. Selon ce mode de réalisation, la valeur de déclenchement à un instant t est systématiquement recadrée par rapport à une valeur de repos mesurée à un instant t - ε, donc une valeur de repos réelle, et le dispositif de pilotage est donc alors conçu pour tenir compte des dérives éventuelles du niveau ventilatoire de repos, résultant par exemple de variations de température, d'humidité ...
Par ailleurs, de façon avantageuse, l'unité de commande est programmée pour autoriser le déclenchement de l'acquisition ou de l'irradiation après un laps de temps prédéterminé suivant l'instant où est établie la correspondance entre les valeurs mémorisée et mesurée de déclenchement. Ce laps de temps a pour but de s'assurer que le patient maintient bien son apnée, afin d'éviter notamment un déclenchement intempestif. Il permet également de prendre en compte soit l'inertie de l'unité d'imagerie ou de radiothérapie, soit le temps de réponse de l'opérateur.
Par ailleurs, le dispositif de pilotage comprend avantageusement des moyens de visualisation de la courbe respiratoire du patient raccordés à l'unité de commande et disposés de façon à être visibles par l'opérateur, et des moyens de communication entre l'opérateur et le patient aptes à permettre d'avertir ledit patient de l'instant où les valeurs de repos mesurée et mémorisée correspondent.
Ces moyens de visualisation permettent à l'opérateur de vérifier le bon déroulement de la séance et d'avertir le patient, après chaque apnée, de l'instant à partir duquel il peut se mettre à nouveau en apnée.
De façon avantageuse, les moyens de communication comprennent, en outre, un bouton de commande de l'allumage d'un voyant sur les moyens de visualisation du patient. Par ailleurs, à des fins d'automatisme et de suppression de tout risque d'erreur humaine, et de façon avantageuse, l'unité de commande est programmée de façon à activer de façon automatique l'unité d'imagerie ou de radiothérapie lors de la correspondance entre les valeurs de déclenchement mesurée et mémorisée. Toutefois, à des fins de sécurité, et de façon avantageuse, l'unité de pilotage comprend un boîtier relais interposé entre l'unité de commande et l'unité d'imagerie ou de radiothérapie, et comportant un bouton d'arrêt d'urgence actionnable par un opérateur.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins :
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de pilotage conforme à l'invention, - et la figure 2 est un graphique représentant la courbe respiratoire d'un patient en cours de traitement, telle que présentée audit patient et à l'opérateur. Le dispositif représenté à titre d'exemple à la figure 1, est adapté pour piloter une unité de radiothérapie 1 destinée au traitement de tumeurs thoraciques et comportant un accélérateur de particules.
Ce dispositif de pilotage comprend, en premier lieu, un spiromètre 2 du type pneumo-tachographe, comportant un capteur intégrateur des différences de pression du flux respiratoire, et adapté pour délivrer un signal électrique représentatif du volume d'air correspondant à l'expansion thoracique.
Ce spiromètre 2 est fixé par tout moyen 3 connu en soi à la tête de la table de traitement 4 de façon à se trouver positionné au-delà de la tête du patient lors des séances de préparation et de traitement.
Cette disposition permet, en effet, tel que représenté à la figure 1, au patient de s'allonger en décubitus dorsal avec les mains croisées au- dessus de la tête, c'est-à-dire dans une position dégageant totalement le thorax, permettant le positionnement de faisceaux obliques. Le spiromètre 2 est, en outre, relié à un embout buccal 5 par un tuyau souple 6 sur lequel est interposé un filtre bactérien 7 interchangeable.
Le spiromètre 2 incorpore, en outre, des moyens de chauffage du capteur à une température stabilisée, telle qu'une résistance électrique, alimentés en permanence lors des séances de préparation et de traitement, et destinés à éliminer l'humidité produite par la respiration du patient susceptible d'entraîner des erreurs dans la valeur des volumes calculés dues à la modification des caractéristiques de l'élément constitutif de la perte de charge.
De plus, ce spiromètre étant dédié à la radiothérapie (ou à l'imagerie), il n'est pas possible de débrancher le patient en cours de séance, en vue d'effectuer, avant chaque nouvelle mesure, et tel que l'exige tout spiromètre classique, un zéro de l'intégrateur de pression différentielle. Le spiromètre selon l'invention est donc doté d'un système spécifique, tel qu'un circuit de by-pass pilotable par l'opérateur, permettant d'isoler l'intégrateur de pression différentielle pendant chaque prise de zéro débit.
Le dispositif comprend, en outre, un micro-ordinateur 8 auquel est connecté un moniteur 9. Ce micro-ordinateur 8, disposé à proximité du pupitre de commande, est relié au spiromètre 2 par une liaison 10, de façon à recevoir un signal représentatif de la courbe de respiration du patient en fonction du temps qui peut être visualisée sur le moniteur 9.
Le dispositif comprend, en outre, une paire de lunettes 11 comportant au moins un écran à cristaux liquides, connectée par un câble 12, à une sortie d'interface du micro-ordinateur 8, et destinée à être portée par le patient de façon à permettre à ce dernier de visualiser sa courbe de respiration.
Le dispositif comporte, enfin, une liaison 13 de commande reliant le micro-ordinateur 8 et l'unité de radiothérapie 1 permettant le pilotage automatique de cette dernière. Sur cette liaison 13, est en outre interposé un boîtier relais 14 destiné à être disposé à proximité du pupitre de commande, et comportant un bouton d'arrêt d'urgence et un voyant de tension permettant à l'opérateur de vérifier le bon déroulement des opérations.
Les traitements de radiothérapie au moyen du dispositif de pilotage selon l'invention, se déroulent tel que décrit ci-dessous.
En premier lieu, la procédure de préparation à la radiothérapie comporte, avant tout examen, la réalisation d'une contention personnalisée hémi-corporelle en mousse de polyuréthane.
Lors de toutes les étapes de préparation et de traitement décrites ci-après, le patient, positionné dans sa contention est allongé sur la table de traitement 4 en décubitus dorsal, avec les mains croisées au-dessus de la tête, de façon à dégager la totalité du thorax. De plus, il est pris en charge par le scanner dédié à la radiothérapie.
Par ailleurs, préalablement à toute séance, préparatoire ou de traitement, un étalomiage du spiromètre 2 est effectué afin de garantir la reproductibilité des valeurs mesurées d'une séance à l'autre.
La première étape, de préparation, outre les étapes classiques de contourage du volume-cible et de détermination de faisceaux d'irradiation et, de façon générale, du traitement à administrer, consiste également à déterminer et mémoriser deux valeurs qui vont conditionner le déroulement des séances de traitement. La première valeur est déterminée lorsque le patient respire normalement, au repos, par mesure de son volume courant métabolique, et mémorisation d'une valeur de repos Nr représentative du niveau ventilatoire de repos de ce patient. La deuxième valeur est, quant à elle, déterminée lorsque le patient effectue une inspiration profonde, en relevant le niveau d'inspiration pour lequel la tumeur se trouve dans une position optimale en vue de l'acquisition de clichés et du traitement radiothérapique. La valeur correspondante mémorisée, dite valeur de déclenchement Na, correspond donc au niveau d'inspiration pour lequel sera ensuite déclenchée l'acquisition de clichés et l'irradiation lors de toutes les séances.
Les valeurs sont, en outre, mémorisées avec une marge de mesure paramétrable en fonction de la capacité respiratoire des patients, cette marge de mesure étant destinée à permettre de prendre en compte d'éventuelles variations du niveau ventilatoire de repos et d'apnée.
Cette mémorisation est, par ailleurs, effectuée dans un fichier dédié au patient et destiné à intégrer tous les paramètres et données relatifs au traitement, en vue d'assurer une parfaite traçabilité.
Une fois l'étape de préparation effectuée, et lors de toutes les séances de traitement, l'unité de commande est programmée pour calculer en continu la courbe de respiration du patient en fonction du signal délivré par le spiromètre 2 et pour afficher une représentation graphique de cette courbe sur les écrans du moniteur 9 et des lunettes 11.
De plus, tel que représenté à la figure 2 les valeurs de repos Nr et de déclenchement Na sont également matérialisées sur les écrans avec leur marge de mesure.
Lors de chaque séance, lorsque la respiration du patient est normale, c'est-à-dire lorsque son niveau ventilatoire de repos coïncide avec la valeur de repos, ledit patient est informé par l'opérateur, par exemple par allumage d'un voyant par exemple vert sur les écrans des lunettes 11, qu'il peut déclencher une apnée. A partir de ce moment, le patient peut se prendre totalement en charge et déclencher cette apnée quand il le souhaite. De plus, ayant devant les yeux sa courbe de respiration, ce patient peut aisément maîtriser son niveau d'apnée de façon qu'il coïncide avec la valeur de déclenchement Na. LTne fois ce niveau d'apnée obtenu, et après stabilisation pendant une période de l'ordre de 1 s, l'unité de commande 8 est programmée pour déclencher l'irradiation pour une durée correspondant au temps pendant lequel le patient maintient son apnée, ou une durée détem inée par l'opérateur au terme de laquelle un voyant par exemple rouge, est allumé sur les écrans des lunettes 11. Le patient peut alors reprendre sa respiration nomiale de façon que son niveau ventilatoire de repos revienne coïncider avec la valeur de repos Nr.
Selon le dispositif de l'invention, l'unité de radiothérapie 1 est donc pilotée automatiquement avec une répétitivité et une reproductibilité remarquables des niveaux de tirs, et le patient, qui se trouve impliqué lors des séances, vit ces dernières de façon beaucoup plus sereine.

Claims

REλ NDICATIONS
1/ - Dispositif de pilotage d'une unité d'imagerie anatomique ou de radiothérapie (1) en vue du traitement d'organes du corps humains sujets à des déplacements liés aux mouvements du diaphragme, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens de mesure (2) de l'expansion thoracique des patients,
- une unité de commande (8) reliée aux moyens de mesure (2) de façon à recevoir les signaux issus de ces derniers, et à l'unité d'imagerie ou de radiothérapie (1) de façon à piloter cette dernière, ladite unité de commande :
• comportant des moyens de mémorisation de valeurs, dites de repos et de déclenchement, représentatives respectivement, pour chaque patient, de son niveau ventilatoire de repos et d'un niveau respiratoire d'inspiration ou d'expiration, de déclenchement de l'acquisition d'images ou de l'irradiation,
• étant programmée pour commander une acquisition ou une irradiation, une fois établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau ventilatoire de repos et la valeur de repos mémorisée, puis uniquement lorsque est ensuite établie la correspondance entre la valeur mesurée du niveau respiratoire du patient et la valeur de déclenchement mémorisée, et pour stopper l'acquisition ou l'in-adiation lorsque cette seconde correspondance n'est plus respectée. - et des moyens (1 1) de visualisation de la courbe de respiration du patient raccordés à l'unité de commande (S) et disposés de façon à être visibles par ledit patient, ladite unité de commande étant adaptée pour générer l'affichage sur lesdits moyens de visualisation des valeurs de repos et de déclenchement. 21 - Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la capacité thoracique comprennent un spiromètre (2), 3/ - Dispositif de pilotage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens supports (3) du spiromètre (2) aptes à le maintenir dans une position en retrait par rapport à la tête du patient, ledit spiromètre étant relié à un embout buccal (5) par un tube de respiration (6) sur lequel est interposé un filtre bactérien interchangeable (7).
4/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de visualisation consistent en des lunettes ( 11) dotées d'au moins un écran à cristaux liquides.
5/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité de commande (S) comprend, pour chaque patient, des moyens de mémorisation d'une valeur de déclenchement représentative d'un niveau d'inspiration.
6/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande (S) comporte des moyens de mémorisation d'une plage de valeurs de repos et de déclenchement représentative chacune d'une marge de mesure par rapport aux valeurs de repos et de déclenchement mesurées.
Il - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de commande est programmée, en
Figure imgf000017_0001
de commander une acquisition ou une visualisation, pour mesurer en temps réel les valeurs réelles du niveau ventilatoire de repos du patient, et pour calculer à chaque instant, en fonction de la valeur de repos mesurée, une valeur de déclenchement recadrée par rapport à ladite valeur de repos.
8/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande est programmée pour autoriser le déclenchement de l'acquisition ou de l'irradiation après un laps de temps prédéterminé suivant l'instant où est établie la correspondance entre les valeurs mémorisée et mesurée de déclenchement.
9/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (9) de visualisation de la courbe respiratoire du patient raccordés à l'unité de commande (8) et disposés de façon à être visibles par l'opérateur, et des moyens de communication entre l'opérateur et le patient aptes à permettre d'avertir ledit patient de l'instant où les valeurs de repos mesurée et mémorisée correspondent.
10/ - Dispositif de pilotage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de communication comprennent un bouton de commande de l'allumage d'un voyant sur les moyens de visualisation (11) du patient.
11/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande (8) est programmée de façon à activer de façon automatique l'unité d'imagerie ou de radiothérapie (1) lors de la correspondance entre les valeurs de déclenchement mesurée et mémorisée.
12/ - Dispositif de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier relais (14) interposé entre l'unité de commande (8) et l'unité d'imagerie ou de radiothérapie (1), et comportant un bouton d'arrêt d'urgence actio nable par un opérateur,
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