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基于放射的处置束位置校准和验证

阅读：622发布：2022-03-07

专利汇可以提供基于放射的处置束位置校准和验证专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种方法，其包括使用照相机来获取入射在体模上的放射束的图像，该放射束由放射源发射。该方法还包括：基于图像来确定束指向偏移；以及基于束指向偏移来校准放射源的位置。描述了一种校准系统，其包括体模、照相机和处理装置。还描述一种体模，其包括 X射线发光材料。，下面是基于放射的处置束位置校准和验证专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种方法，包括：
使用照相机来获取入射在体模上的放射束的图像，所述放射束由放射源发射，所述体模包括X射线发光材料；
基于所述图像来确定束指向偏移；以及
基于所述束指向偏移来校准所述放射源的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述体模未被辐照时使用一个或多个照相机来获取体模的第一组图像，所述一个或多个照相机包括所述照相机；以及
使用所述一个或多个照相机来获取入射在所述体模上的所述放射束的第二组图像，所述第二组图像包括所述图像，其中对所述束指向偏移的确定还基于所述第一组图像和所述第二组图像。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述第二组图像中的各图像是入射在所述体模的入射表面上的所述放射束的图像；
所述一个或多个照相机中的各照相机连接至所述放射源的头部；所述放射源的投影等中心点基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置；
入射在所述体模上的所述放射束的第三质心基于所述第二组图像；
所述束指向偏移基于所述投影等中心点和所述第三质心的比较；以及
校准所述放射源的位置包括将所述束指向偏移应用于机械束定位装置以调整所述放射源的位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述第二组图像中的各图像是入射在所述体模的入射表面和出射表面上的所述放射束的图像；
所述一个或多个照相机连接至所述放射源的头部；
所述放射源的投影等中心点基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置；
入射在所述入射表面上的所述放射束的第一质心和入射在所述出射表面上的所述放射束的第二质心之间的中间点基于所述第二组图像；
所述束指向偏移基于所述投影等中心点和所述中间点之间的距离；以及校准所述放射源的位置包括将所述束指向偏移应用于机械束定位装置以调整所述放射源的位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述第二组图像是入射在所述体模的入射表面上的所述放射束的图像；
所述一个或多个照相机是定位在静态位置处的多个照相机；
入射在所述体模上的所述放射束的三维三角测量出的中心基于所述第二组图像；
所述束指向偏移基于所述放射束的三维三角测量出的中心和所述放射束的源位置；以及
校准所述放射源的位置包括将所述束指向偏移应用于机械束定位装置以调整所述放射源的位置。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述第二组图像用于产生入射在所述体模的入射表面和出射表面上的所述放射束的叠加；
所述一个或多个照相机是定位在静态位置处的多个照相机；
所述放射源的投影等中心点基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置；
入射在所述入射表面上的所述放射束的三维三角测量出的第一中心和入射在所述出射表面上的所述放射束的三维三角测量出的第二中心基于所述第二组图像；
所述束指向偏移基于三维三角测量出的所述第一中心、三维三角测量出的所述第二中心和所述投影等中心点；以及
校准所述放射源的位置包括将所述束指向偏移应用于机械束定位装置以调整所述放射源的位置。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括：
在校准所述放射束的位置之后，使用所述照相机来获取入射在所述体模上的所述放射束的第二图像；
基于所述第二图像和所述图像来计算束指向误差；以及
输出所述束指向误差。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个照相机与所述放射束的束轴成直线。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个照相机与所述放射束的束轴不成直线，所述方法还包括：
在所述体模未被辐照时使用所述一个或多个照相机来获取覆盖在所述X射线发光材料上的图案的第三组图像，以确定所述一个或多个照相机相对于所述放射束的束轴的相对位置；
使用所述一个或多个照相机来获取以一个或多个源轴距离即一个或多个SAD入射在所述图案上的所述放射束的第四组图像，以确定所述束轴相对于所述图案的位置；以及基于所述一个或多个照相机相对于所述束轴的相对位置来确定所述体模的第一质心和入射在所述图案上的所述放射束的第二质心之间的关系，其中所述放射源的位置的校准还基于所述关系。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，获取以所述一个或多个SAD入射在所述图案上的所述放射束的第四组图像包括以下操作中的一个或多个：
通过台架移动所述体模；
将所述体模放置在床上，并且通过所述床移动所述体模；以及
将所述体模放置在地板或墙壁上，并且使用操纵器来改变距离。
11.一种校准系统，包括：
体模，其包括X射线发光材料；
照相机系统，用于：
获取入射在所述体模上的放射束的图像，所述放射束由放射源发射；以及处理装置，其能够操作为与所述照相机连接以：
基于所述图像来确定束指向偏移；以及
基于所述束指向偏移来校准所述放射源的位置。
12.根据权利要求11所述的校准系统，其中，所述照相机系统包括一个或多个照相机，其中所述一个或多个照相机用于：
在所述体模未被辐照时获取体模的第一组图像；
获取入射在所述体模上的所述放射束的第二组图像，所述第二组图像包括所述图像，其中对所述束指向偏移的确定还基于所述第一组图像和所述第二组图像。
13.根据权利要求12所述的校准系统，其中，
所述第二组图像中的各图像是入射在所述体模的入射表面上的所述放射束的图像；
所述一个或多个照相机中的各照相机连接至所述放射源的头部；以及
所述处理装置还用于：
基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置来确定所述放射源的投影等中心点；
基于所述第二组图像来确定入射在所述体模上的所述放射束的第三质心，其中所述束指向偏移基于所述投影等中心点和所述第三质心的比较。
14.根据权利要求12所述的校准系统，其中，
所述第二组图像中的各图像是入射在所述体模的入射表面和出射表面上的放射束的叠加；
所述一个或多个照相机连接至所述放射源的头部；以及
所述处理装置还用于：
基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置来确定所述放射源的投影等中心点；以及
基于所述第二组图像来确定入射在所述入射表面上的所述放射束的第一质心和入射在所述出射表面上的所述放射束的第二质心之间的中间点，其中所述束指向偏移基于所述投影等中心点和所述中间点之间的距离。
15.根据权利要求12所述的校准系统，其中，
所述第二组图像是入射在所述体模的入射表面上的所述放射束的图像；
所述一个或多个照相机是定位在静态位置处的多个照相机；
所述处理装置还用于：
基于所述第二组图像来确定入射在所述体模上的所述放射束的三维三角测量出的中心，其中所述束指向偏移基于所述放射束的三维三角测量出的中心和所述放射束的源位置。
16.根据权利要求12所述的校准系统，其中，
所述第二组图像用于产生入射在所述体模的入射表面和出射表面上的所述放射束的叠加；
所述一个或多个照相机是定位在静态位置处的多个照相机；
所述处理装置还用于：
基于所述第一组图像、所述体模的几何结构和所述体模的位置来确定所述放射源的投影等中心点；以及
基于所述第二组图像来确定入射在所述入射表面上的所述放射束的三维三角测量出的第一中心和入射在所述出射表面上的所述放射束的三维三角测量出的第二中心，其中所述束指向偏移基于三维三角测量出的所述第一中心、三维三角测量出的所述第二中心、和所述投影等中心点。
17.根据权利要求11所述的校准系统，其中，
所述照相机用于在校准所述放射束的位置之后获取入射在所述体模上的所述放射束的第二图像；
所述处理装置还用于：
基于第三图像和所述图像来计算束指向误差；以及
输出所述束指向误差。
18.根据权利要求12所述的校准系统，其中，
所述一个或多个照相机具有传感器失真和镜头失真；以及
所述处理装置用于将针对所述传感器失真或所述镜头失真中至少之一的校正应用于所述第一组图像和所述第二组图像。
19.一种体模，包括球形体模主体和X射线发光材料，其中所述X射线发光材料的至少一部分在所述体模的表面上。
20.根据权利要求19所述的体模，其中，所述X射线发光材料是具有表面堆积材料的X射线闪烁材料。
21.根据权利要求19所述的体模，其中，所述X射线发光材料是包括掺杂有荧光化合物的水或塑料的介电材料，该荧光化合物用以响应于入射在所述体模上的放射束而产生Cerenkov光信号。
22.根据权利要求19所述的体模，其中，
所述体模包括结构，所述结构具有空腔；
所述体模具有透明性，该透明性允许在一个位置处使用一个照相机来获取入射到所述体模中的放射束的入射特征和从所述体模出射的所述放射束的出射特征的图像。
23.根据权利要求19所述的体模，其中，
所述球形体模主体包括不透明基板；
所述体模的不透明性不允许在一个位置处使用一个照相机来获取入射到所述体模中的放射束的入射特征和从所述体模出射的所述放射束的出射特征的图像。
24.根据权利要求19所述的体模，其中，
所述体模的表面是均匀的；
光信号与吸收源的关系在所述体模的表面上是恒定的；
所述光信号是入射到所述表面的放射束的测量结果；以及
所述吸收源是所述体模中对所述放射束的吸收的测量结果。
25.根据权利要求19所述的体模，其中，相对位置处的视觉能够识别的特征的图案覆盖在所述体模的表面上。
26.根据权利要求25所述的体模，其中，所述图案是棋盘图案。
27.一种体模，包括圆柱形体模主体和X射线发光材料，其中所述X射线发光材料的至少一部分在所述体模的表面上。
28.根据权利要求27所述的体模，其中，所述X射线发光材料是具有表面堆积材料的X射线闪烁材料。
29.根据权利要求27所述的体模，其中，所述X射线发光材料是包括掺杂有荧光化合物的水或塑料的介电材料，该荧光化合物用以响应于入射在所述体模上的放射束而产生Cerenkov光信号。
30.根据权利要求27所述的体模，其中，
所述体模包括结构，所述结构具有空腔；
所述体模具有透明性，该透明性允许在一个位置处使用一个照相机来获取入射到所述体模中的放射束的入射特征和从所述体模出射的所述放射束的出射特征的图像。
31.根据权利要求27所述的体模，其中，
所述圆柱形体模主体包括不透明基板；
所述体模的不透明性不允许在一个位置处使用一个照相机来获取入射到所述体模中的放射束的入射特征和从所述体模出射的所述放射束的出射特征的图像。
32.根据权利要求27所述的体模，其中，
所述体模的表面是均匀的；
光信号与吸收源的关系在所述体模的表面上是恒定的；
所述光信号是入射到所述表面的放射束的测量结果；以及
所述吸收源是所述体模中对所述放射束的吸收的测量结果。
33.根据权利要求27所述的体模，其中，相对位置处的视觉能够识别的特征的图案覆盖在所述体模的表面上。
34.根据权利要求33所述的体模，其中，所述图案是棋盘图案。

说明书全文

基于放射的处置束位置校准和验证

[0001] 相关申请

[0002] 根据美国法典第35条第119(e)款，本申请要求2017年5月26日提交的美国专利申请No.15/607,217的权益，其全部内容通过引用而并入于此。

技术领域

[0003] 本发明的实现涉及基于放射的处置束位置，特别地涉及基于放射的处置束位置的校准和验证。

背景技术

[0004] 在放射处置中使用放射源(例如，直线加速器(LINAC))，以将高能粒子束(例如，放射束)施加到患者内的靶。机械定位系统对放射源(例如，LINAC)进行定位，使得放射束相对于靶以特定的角度和距离(例如，节点)发射。通过对机械定位系统进行校准和验证，可以提高几何束递送的准确度。

[0005] 校准技术可以使用点检测器和光栅扫描这两者。在第一种校准技术中，对放射处置束使用替代。将点检测器(例如，光电二极管)或放射传感器(例如，立体定向二极管检测器或点闪烁检测器)放置在机械定位系统的等中心点处，发射放射束的替代(例如，激光束)，在点检测器或放射传感器进行激光束(例如，来自中心轴激光器)的光栅扫描(例如，初始在较大区域上以0.8毫米(mm)分辨率进行粗扫描，随后在较小区域上进行较细的0.4mm分辨率的扫描)，并且根据替代的所得最大光信号强度来定义放射束的中心。轴偏移(用于将放射束的中心定位在正确的位置)被确定并存储为放射处置期间所要应用的指向偏移。

[0006] 对于点检测器，使用激光作为替代的这种校准和验证方法对于包含100至200个节点的节点集可能花费100至200分钟，并且对于包含1000个节点的动态路径的节点集可能花费17至33小时。对于放射传感器，这种校准和验证方法花费甚至更长的时间。在上述的校准和验证方法中，激光束用作放射束的中心的替代，这在校准和验证结果中引入了激光束和处置束的重合(例如，激光束至放射束重合)的不确定性。在使用最大光信号强度(例如，峰值信号)的情况下(例如，激光强度稳定性)，任何瞬时激光强度的变化都会增加进一步的不确定性。由于放射传感器的各向异性构造所引起的灵敏度随入射束角度的变化(例如，检测器灵敏度随束取向的变化)，校准和验证中也可能被引入不确定性。

[0007] 在第二种校准技术中，直接使用放射处置束。将点检测器或放射传感器放置在机械定位系统的等中心点处，使用LINAC发射放射束，在点检测器或放射传感器上进行光栅扫描，并且根据所得最大光信号强度来定义放射束的中心。轴偏移被确定和存储为放射处置期间所要应用的指向偏移。对于第二种校准技术，激光束至放射束重合不存在不确定性，但是由剂量率稳定性以及检测器灵敏度随束取向的变化而引起的不确定性可能导致根据第二种校准技术的校准和验证所需的时间大于根据第一种校准技术所需的时间。附图说明

[0008] 在附图中，通过示例而非限制的方式示出本发明。

[0009] 图1示出根据本发明的实现的校准系统，该校准系统包括用以校准LINAC的位置的体模和一个或多个照相机。

[0010] 图2A示出根据本发明的实现的体模，该体模包括包含X射线发光材料的球形体模主体。

[0011] 图2B示出根据本发明的实现的体模，该体模包括包含X射线发光材料的圆柱形体模主体。

[0012] 图2C示出根据本发明的实现的体模，该体模包括覆盖有图案的、包含X射线发光材料的球形体模主体。

[0013] 图3A示出根据本发明的实现的校准系统。

[0014] 图3B示出根据本发明的实现的放射束在体模上相对于照相机视图的入射。

[0015] 图3C示出根据本发明的实现的放射束在体模上的入射的照相机视图。

[0016] 图3D示出根据本发明的实现的、在体模的入射表面和出射表面上产生的放射发光。

[0017] 图3E示出根据本发明的实现的校准系统。

[0018] 图4示出根据本发明的实现的用于校准LINAC的位置的方法的流程图。

[0019] 图5A示出根据本发明的实现的用于使用连接至LINAC以获取体模的入射表面的图像的一个或多个照相机来校准LINAC的位置的方法的流程图。

[0020] 图5B示出根据本发明的实现的用于使用连接至LINAC以获取体模的入射表面和出射表面的图像的一个或多个照相机来校准LINAC的位置的方法的流程图。

[0021] 图5C示出根据本发明的实现的用于使用定位在静态位置处以获取体模的入射表面的图像的照相机来校准LINAC的位置的方法的流程图。

[0022] 图5D示出根据本发明的实现的用于使用定位在静态位置处以获取体模的入射表面和出射表面的图像的照相机来校准LINAC的位置的方法的流程图。

[0023] 图6示出根据本发明的实现的用于验证LINAC的位置的方法的流程图。

[0024] 图7示出根据本发明的实现的可用于进行LINAC的位置校准的系统。

[0025] 图8示出根据本发明的实现的校准系统的配置。

[0026] 图9示出根据本发明的实现的基于机架的强度调制放射治疗系统。

[0027] 图10示出根据本发明的实现的螺旋放射递送系统。

[0028] 具体实现

[0029] 在放射处置中使用放射源(例如，LINAC)，以将放射束施加到患者体内的靶。为了简单和简洁起见，本发明的实现通常引用LINAC，然而，本发明的教导一般适用于放射源，并且可以适用于各种类型的放射源，例如包括LINAC、放射性同位素(例如，钴60)、回旋加速器等。通过(例如经由靶的室内成像)确定放射束的各轨迹的指向向量、然后确定LINAC的位置(例如，相对于靶的节点、角度和距离)以使放射束与各指向向量重合，来确立放射处置计划。机械定位系统具有与LINAC的位置相对应的机械设置。几何束递送准确度是任何外部束放射处置的方面(尤其是对于使用高剂量梯度和低分割的技术)，并且可以通过对用于定位LINAC的一个或多个机械定位系统的各机械设置进行校准和验证来提高几何束递送准确度。

[0030] 各机械设置的校准由递送系统(例如，LINAC和机械定位系统)的物理设计和控制系统定义。为了提高校准的准确度，可以进行装置特定测量，并将这些装置特定测量应用作为对机械定位系统的原始校准的校正或用于完全替换原始校准。

[0031] 这里描述了用于基于放射的处置束位置校准和验证的方法、系统和体模。体模是用于通过以与人体的组织大致相同的方式吸收和散射x射线来模拟放射对组织的体内影响的装置。体模包括X射线发光材料。在一个实现中，体模涂覆有X射线发光材料。在另一实现中，体模包括X射线发光材料(例如，X射线发光材料与体模一体化)，其中X射线发光材料的至少一部分位于体模的表面上。使用入射在体模上的放射束的一个或多个光学图像来测量束指向偏移。束指向偏移是根据各图像计算出的，而无需束扫描过程。在将束指向偏移应用于相应的机械设置之后，获取第二图像以测量校正的有效性(即，验证过程)。验证过程可以迭代。本发明适合于共面和非共面的处置几何结构。本发明的实现可以减少路径校准时间，例如对于100个处置位置可以将路径校准时间从约100分钟减少到10至40分钟。外推至更大的1000个处置位置的集合，本发明的实现可能需要约2小时而不是利用其它方法情况下的约17小时。可选的，还可以实现其它路径校准时间。除了节省时间之外，本发明的实现还可以消除与其它方法中存在的激光束至放射束重合以及瞬时激光强度变化相关的不确定性。

[0032] 图1示出根据本发明的实现的校准系统100，该校准系统100包括用于校准LINAC 150的位置的体模120以及一个或多个照相机110。

[0033] LINAC 150向靶(例如，体模120、患者等)发射放射束160。LINAC 150连接至机械定位系统170。机械定位系统170将LINAC 150定位在一个或多个节点(例如，相对于体模120、相对于机械定位系统170的等中心点174等)处。节点可以包括距体模120的距离和相对于体模120的角度。在一个实现中，机械定位系统170包括机器人臂172(例如，具有旋转度和平移度、机器人操纵器接头旋转系统、无框架机器人放射治疗系统(例如，机器人放射外科手术系统))。在另一实现中，机械定位系统170包括基于机架的系统900(例如，C形臂机架旋转系统，LINAC 150连接至图9中的基于机架的系统900的机架903等)。在另一实现中，机械定位系统170是螺旋放射递送系统1000(参见图10)。在另一实现中，机械定位系统
170是床平移和旋转系统。在另一实现中，机械定位系统170是万向架(gimbal)安装的测量系统。可选的，还可以使用其它类型的机械定位系统。

[0034] 校准系统100包括具有一个或多个照相机(例如，照相机110A、照相机110B等)的照相机系统110、体模120、以及处理装置130。

[0035] 在一个实现中，一个或多个照相机110A(例如，在LINAC 150的靠近准直器152的远端)连接至LINAC 150。在另一实现中，照相机110B位于静态位置(例如，安装在处置间中的位置处，不会响应于LINAC 150的移动而移动)。在另一实现中，一个或多个照相机110位于处置床上。

[0036] 在一个实现中，照相机系统110是可见光照相机。在另一实现中，照相机系统110是红外照相机。在另一实现中，照相机系统110是电荷耦合器件(CCD)照相机。在另一实现中，照相机系统110是增强CCD(ICCD)照相机。在另一实现中，照相机系统110是电子倍增ICCD(emICCD)照相机(例如，Princeton Instruments PI-MAX4512 EM)。在一个实现中，照相机系统110可以在由放射束160门控的脉冲模式下操作。在另一实现中，照相机系统110是成像闪烁或Cerenkov发射检测器。

[0037] 照相机系统110可被设计为被定位且遮蔽成使得各照相机系统110的寿命最大化。在一个实现中，照相机系统110被定位在LINAC 150的出射表面上、在处置束的侧部，其中该照相机系统110将被准直器152遮蔽。在另一实现中，照相机系统110中的各照相机的镜头(例如，Canon EF 135mm f/2L USM)被定位成与准直器152邻近，并且被准直器152遮蔽以免受放射束160。各镜头可以(例如，使用光纤)连接至位于远处的照相机电子器件(例如，光学器件、图像传感器和增强器等)，从而使照相机电子器件能够定位在距处置束更大的距离处。照相机电子器件可以位于空间和重量受到较少限制的位置处，以使得能够在LINAC 150的出射表面处使用更大的放射遮蔽。在一个实现中，照相机系统110被一体化(例如，永久地一体化、不可移除地一体化)到LINAC150的壳体302(例如，处置头)中。照相机系统110另外可以用于避免碰撞、外部患者跟踪、入射患者剂量测定等中的一个或多个。在另一实现中，照相机系统110被安装在附接至LINAC 150的壳体302(例如，头部)的可移除附件上以进行校准。照相机系统110可以在处置期间被移除以使照相机系统110所暴露至的放射剂量最小化，并且可以延长照相机系统110的寿命。

[0038] 在一个实现中，体模120机械地围绕参考点定位(例如，使用高精度机械夹具围绕空间中的点定位)。在机械定位系统170的校准中使用参考点。在一个实现中，参考点是机械定位系统170的等中心点174(例如，几何等中心点)(例如，LINAC 150的等中心点174)。在另一实现中，参考点是相对于等中心点174的已知偏移。根据体模120的设计以及对体模120进行机械定位的方法，机械定位系统170的等中心点174相对于体模120的表面的位置将是已知的。在一个实现中，体模120被安装在支撑件176上。

[0039] 体模120包括体模主体122。在一个实现中，体模主体122是中空的，并且中空的体模主体122的厚度和材料允许反向散射的出射表面图像透过(参见图3D和5B)。体模120可以具有允许在一个位置处使用一个照相机系统110来获取入射到体模120中的放射束160的入射特征360和从体模120出射的放射束160的出射特征370的图像的透明性(参见图3D)。

[0040] 在另一实现中，体模122包括不透明的基板(参见图5D)。体模的不透明性可能不允许在一个位置处使用一个照相机系统110来获取入射到体模120中的放射束160的入射特征360和从体模120出射的放射束的出射特征370的图像(参见图3D)。

[0041] 体模主体120包括X射线发光材料124。在一个实现中，体模主体122涂覆有X射线发光材料124。在另一实现中，X射线发光材料124至少部分地在体模主体122的表面上。在另一实现中，X射线发光材料124至少部分地嵌入在体模主体122的外层中。在另一实现中，X射线发光材料124与体模主体122的材料一体化。例如，体模主体122可以包括铽活化的二氧硫化二钆(Gd2O2S2)闪烁体材料124。在一个实现中，X射线发光材料124是具有表面积聚材料的X射线闪烁材料。在另一实现中，X射线发光材料124是不具有表面积聚材料的X射线闪烁材料。在另一实现中，X射线发光材料124是用以响应于入射在体模120上的放射束160而产生Cerenkov光信号的介电材料(例如，水、塑料等)。在一个实现中，介电材料掺杂有荧光化合物(例如，波长移位器)，以增强多个角度(例如，入射到体模120的放射束160的大多数角度)的发光并提高检测灵敏度。在另一实现中，介电材料未掺杂有荧光化合物。

[0042] 体模120的表面是均匀的。光信号(例如，入射到表面的放射束的测量结果)与入射在体模120上的放射束160的吸收剂量(例如，体模120中对放射束的吸收测量结果)之间的关系在体模120的表面上是恒定的。体模120可以包括覆盖在X射线发光材料124上的相对位置处的视觉可识别特征(例如，棋盘图案的正方形)的图案(例如，棋盘图案，参见图2C)。

[0043] 体模主体122可以是球形(参见图2A)、圆柱形(参见图2B)、立方体、锥形或其它形状。

[0044] 图2A示出根据本发明的实现的体模120A，该体模120A包括包含X射线发光材料124的球形体模主体122A。在一个实现中，为了校准连接至发射非共面的放射束160的LINAC 150的机械定位系统170，体模主体122A可以是球形的，并且体模120A以机械定位系统170的等中心点174(例如，LINAC 150的等中心点174)为中心。

[0045] 图2B示出根据本发明的实现的体模120B，该体模120B包括包含X射线发光材料124的圆柱形体模主体122B。在一个实现中，为了校准连接至发射共面的放射束160的LINAC 150的机械定位系统170，体模主体122B可以是圆柱形的(即，圆柱形体模主体122B)，并且包括第一圆形端部210和第二圆形端部220(未示出)。体模轴230与第一圆形端部210的第一中心212、第二圆形端部220的第二中心222(未示出)对准。体模轴230与LINAC 150的旋转轴重合。

[0046] 图2C示出根据本发明的实现的体模120A，该体模120A包括包含X射线发光材料124并且覆盖有图案200的球形体模主体122A。图案200是覆盖在体模主体122的外表面上的X射线发光材料124上的、在已知相对位置处包含视觉可识别特征的光学校准对象(例如，棋盘图案)。在一个实现中，图案200用于计算照相机相对于放射束的束轴306的姿势(参见图5A的方法500和图5C的方法540)。

[0047] 尽管图2C示出图案200覆盖在球形体模主体122A上，但图案200可以覆盖在任何其它形状的体模主体122上。尽管图2C示出棋盘图案，但也可以使用其它类型的图案。

[0048] 图3A和3E示出根据本发明的实现的连接至LINAC 150的校准系统100。校准系统100包括照相机系统110和体模120。体模120受到LINAC 150所发射的放射束160的放射。
LINAC 150具有连接至准直器152的壳体302。一个或多个放射束160可以沿着一个或多个束轴306从LINAC 150的远端310发射到靶位置320。在一个实现中，靶位置320位于体模120中或体模120上。在另一实现中，靶位置320位于患者中或表面上。

[0049] 在一个实现中，一个或多个束轴306可以基本上与靶位置320正交(例如，与覆盖靶位置的体模表面308垂直，从而与体模表面308形成90度束入射角150)。一个或多个放射束160可以通过准直(例如，准直器152中的叶片组之间的孔径、矩形可变准直、圆形可变准直、固定准直(例如，锥体)等)进行发射。

[0050] 在一个实现中，LINAC 150的壳体302的远端310可以是放射源304。在另一实现中，LINAC 150的壳体302的远端310可以是靠近壳体302连接至准直器152的位置的区域。在另一实现中，LINAC 150的壳体302的远端310可以是靠近从壳体302发射放射束160的位置的区域。在另一实现中，壳体302的远端310可以是一个或多个照相机110连接至壳体302的位置。

[0051] 测量从放射源304到靶位置320的源轴距离(SAD)330。可以使用支撑件176或LINAC 150中的一个或多个来改变SAD 330。在一个实现中，支撑件176是将体模120相对于LINAC
150移动以改变SAD 330的台架。在另一实现中，支撑件176是床，并且床的运动改变SAD
330。在另一实现中，支撑176是处置间的地板或墙壁，并且使用机器人操纵器(例如，图1的机器人臂172)来改变SAD 330。

[0052] 在一些实现中，一个或多个照相机110可以连接至LINAC 150的壳体302的不干扰准直器152的移除和附接的位置处。在一个实现中，照相机系统110中的各照相机可以连接至LINAC 150的壳体302的远端310处。在另一实现中，照相机系统110中的各照相机可以包括镜头312，该镜头312在LINAC 150的远端310的靠近放射束160从准直器的出射(例如，出射表面311)处、在不干扰准直器152的移除和附接的位置处设置。各镜头312可被准直器152遮蔽以免受一个或多个放射束160。照相机系统110中的各照相机可以捕获入射到体模120的放射束160(例如，通过放射束160的带电粒子在体模120的介质中以大于介质中的光速的相位速度移动而在体模120处产生的光学Cerenkov发射)的一组图像(例如，实况图像)。

[0053] 如图3E所示，在一些实现中，一个或多个照相机110可被定位成相对于束轴306成一定角度(例如，90度)。一个或多个照相机110可被设置成靠近壳体302的远端310。在一个实现中，一个或多个照相机110连接至壳体302。在另一实现中，一个或多个照相机110不连接至壳体。在一些实现中，照相机系统110和放射束160具有沿着束轴306的直列式几何结构。直列式几何结构(例如，共轴)可以使用镜392来实现。镜392可以在放射束160的束路径中。照相机系统110可被设置成相对于束轴306成一定角度(例如，90度)，并且镜392(例如，45度镜)可以用于使光轴和束轴306对准。镜392可被校准(例如，一次性校准)以提供光轴和束轴306的对准。

[0054] 在一个实现中，可以利用包括至少部分在体模120的表面上的闪烁体材料(例如，铽活化的Gd2O2S2闪烁体材料)的体模120、使用在约1000毫米(mm)SAD 330处的具有6X放射束160(例如，通过将电子加速至6兆电子伏(MeV)而产生的光子束)的5个监视单元(MU)(来自LINAC 150的机器输出的度量)、并且在不具有堆积的情况下来获取入射在体模120上的放射束160的图像。这可能导致每次图像获取花费约0.5秒，并且允许额外的2.5秒用于光学图像获取和处理。这比其它校准和验证方法快约十倍(不包括机器人运动时间)。在另一实现中，使用透视校正，从而导致30分钟的透视校准、然后是100个节点的校准(每个节点需要3秒)、然后是验证，因此利用这里公开的方法的总时间将是40分钟(不包括机器人遍历)，而不是利用其它校准和验证方法的100分钟。对于1000个节点的校准和验证(例如，对于从患者周围的连续束源范围递送放射束的动态处置递送方法)，相同比较是，利用这里公开的方法为约2小时，而不是利用其它方法的17小时。

[0055] 图3B示出根据本发明的实现的放射束160在体模120上的相对于照相机系统110的视图的入射。

[0056] LINAC 150从放射源304向体模120中或体模120上的靶位置320发射放射束160。照相机系统110获取入射在体模120上的体模表面处的放射束160的图像(例如，图3C中的入射表面上的放射图案352)。照相机系统110具有照相机轴314(例如，照相机110的镜头312的中心、照相机所获取的图像的中心、投影平面316的中心等)，并且放射束160具有束轴306(例如，放射束160的中心)。在一个实现中，照相机轴314和束轴306这两者可以在靶位置320处(例如，在体模120的中心)与体模120相交。

[0057] 照相机110与放射束160的束轴306不重合。照相机系统110具有包括平移(例如，照相机轴314和束轴306之间的距离318)和旋转(例如，照相机轴314相对于束轴306的角度)的照相机姿势。照相机系统110的照相机轴314和束轴306之间的距离318导致照相机系统110所获取的图像(参见图3C的图像350)中体模120的体模质心354和放射图案352(例如，放射闪烁图案)的图案质心356之间的偏移。投影平面316是体模120和体模表面308的放射图案352的照相机系统110的视图。投影平面316与照相机系统110所获取的图像350(参见图3C)相对应。

[0058] 图3C示出根据本发明的实现的由于放射束160入射在体模120上而得到的放射图案352的照相机系统110的视图。图像350是照相机系统110所获取的体模120和放射图案352的图像。由于束轴306和照相机轴314之间的距离318和角度以及体模的有限大小，因此体模120的体模质心354(例如，球形体模的中心)和图像350中的放射图案352的图案质心356不重合。体模质心354和图案质心356之间的偏移可以基于相对于体模120的照相机姿势(例如，照相机系统110的平移和旋转)来建模。

[0059] 图3D示出根据本发明的实现的、在体模120的入射表面和出射表面上产生的放射发光。

[0060] 在一个实现中，体模120可被构造为使得入射特征360和出射特征370这两者在同一投影中可见(例如，在投影平面316中可见，第一组图像中的各图像是体模120的入射表面和出射表面的图像，等等)。例如，照相机系统110可以获取体模120的图像，其中图像显示入射特征360和出射特征370这两者。体模120的厚度和材料允许反向散射的出射表面图像透过。在一个实现中，入射特征360和出射特征370在图像中被比第一阈值大小更大的体模120的尺寸和比第二阈值大小更小的放射束160的尺寸分开。体模120的材料和厚度可以通过光强度将入射特征360和出射特征370分开。

[0061] 在另一实现中，由照相机系统110中的不同位置的一个或多个照相机(例如，位于第一位置和第二位置的照相机110，或者位于第一位置的第一照相机110和位于第二位置的第二照相机)获取两个或更多个图像。在一个实现中，使用来自第一照相机110的第一图像的第一取向和来自第二照相机的第二图像的第二取向对体模120的入射特征360或出射特征370相对于照相机110的阵列的位置进行三角测量。可以使用来自第一照相机110的第一图像的第一取向和来自第二照相机的第二图像的第二取向对入射特征360或出射特征370相对于放射束160的位置进行三角测量。体模120可以是不透明的基板。

[0062] 体模120的一个或多个图像(或经由照相机110的视图)可以是入射在体模120的入射表面和出射表面上的放射束160的图像。入射在体模120的入射表面上的放射束160产生入射特征360(例如，泪滴形状)，并且入射在体模120的出射表面上(例如，从体模120射出)的放射束160产生出射特征370(例如，泪滴形状)。入射特征360具有第一质心362，并且出射特征370具有第二质心372。第一质心362和第二质心372产生通过体模的线380，并且该线380具有中间点382。中间点382和体模120的中心384之间的距离是束指向偏移390。

[0063] 在一个实现中，体模120的中心384可以是基于体模120未被辐照时的体模120的第一图像、体模120的几何结构和体模120的位置的LINAC 150的投影等中心点。第一质心362和第二质心372之间的中间点382基于放射束160入射在体模120上时的体模120的第二图像。在体模被辐照时获取体模120的图像期间，照明可被关闭或变暗，并且在体模120未被辐照时获取体模120的图像期间，照明可被开启。

[0064] 在一个实现中，照明是恒定的(例如，整个过程对应着一种房间照明状态)，并且照相机系统110捕获包括体模120的轮廓以及闪烁或Cerenkov信号这两者的一个图像。根据图像确定束指向偏移，并且基于束指向偏移来校准放射源(例如，LINAC 150)的位置。

[0065] 在一个实现中，使用连接至LINAC 150的照相机系统110中的一个或多个照相机，获取入射特征360而不获取出射特征370的图像(参见图5A)。在另一实现中，使用连接至LINAC 150的照相机系统110中的一个或多个照相机，获取入射特征360和出射特征370的图像(参见图5B)。在另一实现中，使用位于静态位置的照相机系统110，获取入射特征360而不获取出射特征370的图像(参见图5C)。在另一实现中，使用位于静态位置的照相机系统110，获取入射特征360和出射特征370的图像(参见图5D)。

[0066] 图4至5D示出根据本发明的实现的用于校准LINAC 150的位置的方法400、500、520、540和560的流程图。图6示出根据本发明的实现的用于验证LINAC 150的位置的方法
600的流程图。与LINAC 150的位置的校准或验证相关地描述了方法400、500、520、540、560和600。然而，应当理解，方法400、500、520、540、560和600也可用于对发射放射(特别是放射束160)的其它系统的位置的校准或验证。方法400、500、520、540、560和600可以通过包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等)、软件(例如，在处理装置上运行以进行硬件模拟的指令)或它们的组合来进行。

[0067] 在一个实现中，在图4至5D中的任何方法之前，确定照相机系统110中的一个或多个照相机的固有属性(例如，固有照相机属性、传感器失真、镜头失真等)。这是可以在照相机系统110中的一个或多个照相机的安装之前(例如，在将一个或多个照相机110连接至LINAC 150之前，在将照相机系统110中的照相机相对于体模120定位在固定位置之前，等等)进行的一次性过程。对照相机系统110的固有属性中的失真的校正应用于图4至5D中所描述的所有图像。例如，处理装置将针对传感器和镜头失真的校正应用于第一组图像和第二组图像。

[0068] 图4示出根据本发明的实现的用于校准LINAC 150的位置的方法400的流程图。

[0069] 在块410处，处理逻辑使用照相机系统110来获取入射在体模120上的放射束160的图像。在一个实现中，块410包括：在体模120未被辐照时，使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取体模120的第一组图像，并且使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模上的放射束160的第二组图像。体模120包括至少部分地在体模主体122的表面上的X射线发光材料124。放射束160由放射源(例如，LINAC 150)发射。

[0070] 在块420处，处理逻辑基于图像来确定束指向偏移。在一个实现中，块410包括基于第一组图像和第二组图像来确定束指向偏移。

[0071] 在块440处，处理逻辑基于束指向偏移来校准LINAC 150的位置。在一些实现中，来自图6的块630中的束指向误差可作为束指向偏移而应用到机械束定位装置(例如，机械定位系统170中的装置)，以调整LINAC 150的位置。方法400、500、520、540或560中任一项的校准方法和方法600的验证方法可以迭代。可以(例如，作为报告)输出机械定位系统在处置期间可以应用的束指向偏移的列表(例如，用于修改或替换现有指向校准)。

[0072] 如果要校准一组放射束，可以重复块410至440(例如，在块440之后，方法400可以在块410处重新开始)。

[0073] 图5A至5D示出用于使用连接至放射源的照相机系统110中的一个或多个照相机来校准放射源的位置的流程图。在一个实现中，图5A至5D的方法包括：系统110中的一个照相机获取入射在体模120上的放射束的一个图像；基于该图像来确定束指向偏移；以及基于束指向偏移来校准放射源的位置。在另一实现中，图5A至5D的方法包括：一个或多个照相机获取入射在体模120上的放射束的多个图像；基于所述多个图像来确定束指向偏移；以及基于束指向偏移来校准放射源的位置。

[0074] 图5A示出根据本发明的实现的用于使用连接至LINAC 150以获取体模120的入射表面的图像的照相机系统110中的一个或多个照相机来校准LINAC 150的位置的方法500的流程图。

[0075] 在块508处，处理逻辑在体模120未被辐照时使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取体模的第一组图像。体模120可被安装在机械定位系统170的等中心点174(例如，LINAC 150的等中心点174)处。

[0076] 在块510处，处理逻辑使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模上的放射束160的第二组图像。第二组图像可以是入射在体模120的体模表面308的最靠近放射源304的部分上的放射束160的图像(例如，入射特征360)。放射束160(例如，使用固定的圆形准直器)进行准直以关于束轴306对称。

[0077] 在块512处，处理逻辑基于第一组图像、体模120的几何结构和体模120的位置来确定放射源(例如，LINAC 150)的投影等中心点。例如，对于具有环绕机械定位系统170的等中心点174的球形体模主体122A的体模120A，投影等中心点(例如，体模质心354)是体模120A的圆形轮廓的中心384。

[0078] 在块514处，处理逻辑基于第二组图像来确定入射到体模120上的放射束160的第三质心(例如，图案质心356)。

[0079] 在块516处，处理逻辑基于投影等中心点和第三质心的比较来确定束指向偏移。处理逻辑确定束指向偏移的方向。在一个实现中，通过迭代搜索来找到方向。通过偏移幅度来调整机器人指向(例如，通过束指向偏移的幅度来对靶位置320进行偏移，并且不调整放射源304的位置)，并且在随机方向上应用束指向偏移或者通过体模表面308上的投影束孔径的形状来引导束指向偏移(例如，对于投影到球形体模主体122A上的圆形放射束160，应当沿着投影形状的长轴在泪滴形状(入射特征360)的宽端的方向上应用束指向偏移)。在另一实现中，通过放置在体模120的表面上的光学基准标记来找到方向，据此可以在各光学图像中计算出体模120在房间空间中的取向，从而使得能够计算束指向偏移的方向和幅度。在另一实现中，通过描述图像相对于放射束160的取向的照相机外部参数(例如，照相机110的姿势)来找到方向，并且如果放射束160相对于房间的标称取向也是已知的，则照相机外部参数和放射束160的标称取向可以组合，以给出偏移方向。

[0080] 在块518处，处理逻辑基于束指向偏移和关系来校准LINAC的位置。在一个实现中，可以通过存储束指向偏移以供以后使用来校准LINAC 150的位置。在另一实现中，可以通过经由机械定位系统170调整LINAC 150的位置来校准LINAC 150的位置。

[0081] 在一些实现中，来自图6的块630中的束指向误差可作为束指向偏移而被应用于机械束定位装置(例如，机械定位系统170的装置)，以调整LINAC 150的位置。方法400、500、520、540或560中任一方法的校准方法和方法600的验证方法可以迭代。可以输出机械定位系统在处置期间可以应用(例如，用于修改或替换现有指向校准)的束指向偏移的列表(例如，作为报告)。

[0082] 如果要校准一组放射束，可以重复块508至518(例如，在块518之后，方法500可以在块508处重新开始)。

[0083] 在一个实现中，照相机系统110中的一个或多个照相机与放射束160的束轴成直线。在另一实现中，一个或多个照相机不与放射束的束轴成直线，并且方法还包括计算照相机系统110中的一个或多个照相机相对于放射束轴的姿势(例如，块502至506，图5A中未示出)。在块502处，在体模120未被辐照时，处理逻辑使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取覆盖在X射线发光材料124上的图案200(参见图2C)的第三组图像。第三组图像是在一个或多个SAD 330处获取的。一个或多个SAD 330可以由安装在支撑件176上的体模120以及相对于彼此移动的支撑件176或LINAC 150提供。处理逻辑根据图案200的第三组图像确定照相机系统110中的一个或多个照相机的姿势(例如，照相机轴314相对于束轴306的平移和旋转)和焦距。

[0084] 在块504处，处理逻辑使用一个或多个照相机来获取以一个或多个SAD330入射在图案上的放射束的第四组图像(参见图3A)。处理逻辑根据第四组图像来确定束轴306相对于图案200的位置。块504中的一个或多个SAD 330可以与块502中的一个或多个SAD相对应。第三组图像各自与第四组图像中的一个或多个图像相对应。

[0085] 在块506处，处理逻辑基于姿势、焦距和束轴的位置来确定体模的第一质心(例如，图3C的体模质心354)和入射在图案200(例如，如照相机所见的闪烁图案)上的放射束160的第二质心(例如，图3C的图案质心356)之间的关系。由于照相机轴314与束轴306不重合，因此即使在放射束160正好指向体模120的中心(例如，体模质心354)的情况下，体模120的图像350和放射图案352也不会同心。在一个实现中，块506所确定的关系可以是预期偏移(例如，图3C的体模质心354和图案质心356之间的距离)，并且可以在束指向偏移的确定器件用作目标(例如，目标值)。在另一实现中，块506所确定的关系可以是预期偏移(例如，体模质心354和图案质心356之间的距离)，其可被转换为束指向偏移，使得通过应用束指向偏移，体模120和放射图案352在照相机系统110获取的图像350中变为同心。

[0086] 在一个实现中，块502至506可以是作为一次性过程(如果姿势可重复的话)的照相机校准设置。在另一实现中，在进行各校准过程(例如，块508至518)或验证过程(例如，方法600)之前，可能需要块502至506。在一个实现中，块502至506可被一般化到多个照相机配置，并且校准的准确度可以利用照相机系统110中的多个照相机来提高。

[0087] 图5B示出根据本发明的实现的、用于使用连接至LINAC 150以获取体模120的入射表面和出射表面的图像的照相机系统110中的一个或多个照相机来校准LINAC 150的位置的方法520的流程图。

[0088] 方法520无需照相机系统110的姿势信息(例如，无需方法500的块502至506)。

[0089] 在块522处，在体模120未被辐照时处理逻辑使用系统110中的一个或多个照相机来获取体模120的第一组图像。

[0090] 在块524处，处理逻辑使用系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模120上的放射束160的第二组图像。第二组图像中的各图像是入射在体模的入射表面和出射表面上的放射束的图像(例如，显示入射特征360和出射特征370这两者(参见图3D))。在一个实现中，方法500中所使用的体模120可被构造为使得入射特征360和出射特征370这两者在同一投影中可见(例如，在投影平面316中可见，第一组图像中的各图像是体模120的入射表面和出射表面的图像，等等)。在另一实现中，第一组图像中的两个或更多个图像是体模120的入射表面和出射表面的叠加。体模120的厚度和材料允许反向散射的出射表面图像的透过。在一个实现中，入射特征360和出射特征370在图像中被具有比第一阈值大小更大的第一大小的体模120和具有比第二阈值大小更小的第二大小的放射束160分开。体模120的材料和厚度可以通过光强度将入射特征360和出射特征370分开。

[0091] 在块526处，处理逻辑基于第一组图像、体模的几何结构和体模的位置来确定LINAC 150向图像平面上的投影等中心点。LINAC 150的投影等中心点可能与体模的中心重合。LINAC 150的投影等中心点可以是整个处置装置的属性，而不是各个单独的放射束160的属性。例如，投影等中心点可以是具有球形体模主体122A的体模120的中心384(参见图3D)。

[0092] 在块528处，处理逻辑基于第二组图像来确定入射在入射表面上的放射束160(例如，入射特征360)的第一质心362和入射在出射表面上的放射束160(例如，出射特征370)的第二质心372之间的中间点382。

[0093] 在块530处，处理逻辑基于投影等中心点(例如，体模120的中心384)和中间点382之间的距离来确定束指向偏移390。

[0094] 在一个实现中，可以如上所述通过迭代搜索来确定束指向偏移390的方向。在另一实现中，可以如上所述通过被放置在体模120的表面上的光学基准标记来确定束指向偏移390的方向。

[0095] 在块532处，处理逻辑基于束指向偏移来校准LINAC 150的位置。

[0096] 如果要校准一组放射束，可以重复块522至532(例如，在块532之后，方法520可以在块522处重新开始)。

[0097] 图5C示出根据本发明的实现的用于使用定位在静态位置处以获取体模120的入射表面的图像的照相机系统110中的照相机来校准LINAC 150的位置的方法540的流程图。

[0098] 在块550处，在体模120未被辐照时处理逻辑使用系统110中的一个或多个照相机来获取体模120的第一组图像。在一个实现中，体模120被定位成围绕机械定位系统170的等中心点174。

[0099] 在块552处，处理逻辑使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模120上的放射束160的第二组图像。第二组图像是入射在体模120的入射表面上的放射束160的图像。

[0100] 在块554处，处理逻辑基于第二组图像来确定入射在体模120上的放射束160的3D三角测量出的中心(例如，图案质心356)。

[0101] 在块556处，处理逻辑基于放射束160的3D三角测量出的中心和放射束160的源(例如，放射源304、LINAC的节点、房间中的空间定位)的位置来确定束指向偏移。

[0102] 在块558处，处理逻辑基于束指向偏移和(块548中的)关系来校准LINAC150的位置。在一个实现中，基于3D三角测量出的中心和放射源304的位置来确定束向量。根据束向量来确定束指向偏移的幅度和方向。

[0103] 如果要校准一组放射束，可以重复块550至558(例如，在块558之后，方法540可以在块550处重新开始)。

[0104] 在一个实现中，照相机系统110中的一个或多个照相机与放射束160的束轴成直线。在另一实现中，一个或多个照相机不与放射束的束轴成直线，并且方法还包括计算照相机系统110中的一个或多个照相机相对于放射束轴的姿势(例如，块540至548，图5C中未示出)。在块542处，在体模120未被辐照时处理逻辑使用多个照相机来获取覆盖在X射线发光材料上的图案200的第三组图像以确定照相机系统110中的多个照相机的姿势和焦距。照相机系统110中的多个照相机是固定在房间(例如，处置间)内的照相机的阵列。需要照相机系统110中的阈值数量的照相机，使得在放射束160的各个方向上，可以在照相机系统110的多个照相机上看到体模120以及体模120的入射表面处的放射图案352。第三组图像可以为图案200和LINAC 150之间的多个SAD处。

[0105] 在块544处，处理逻辑将第三组图像映射到照相机系统110中的多个照相机的固定空间照相机位置，以进行三维(3D)校准。3D校准基于多个光学棋盘位置和取向(例如，来自照相机系统110中的多个照相机的多个SAD处的图像)。照相机系统110中的多个照相机各自映射到相应的空间位置。

[0106] 在块546处，处理逻辑使用照相机系统110中的多个照相机来获取以多个SAD入射在体模200上的放射束160的第四组图像，以确定束轴306相对于图案200的位置。

[0107] 在块548处，处理逻辑基于姿势、焦距和束轴306的位置来确定体模120的第一质心354和入射在图案200上的放射束160的第二质心356之间的关系。在一个实现中，如果照相机在测试之间保持静态，则块542至548可以是一次性过程。

[0108] 在一个实现中，块540至548可以是作为一次性过程(如果姿势可重复的话)的照相机校准设置。在另一实现中，在进行各校准过程(例如，块550至558)或验证过程(例如，方法600)之前，可能需要块540至548。在一个实现中，块502至506可被一般化到多个照相机配置，并且校准的准确度可以利用多个照相机110来提高。

[0109] 图5D示出根据本发明的实现的用于使用定位在静态位置处以获取体模120的入射表面和出射表面的图像的照相机系统110来校准LINAC 150的位置的方法560的流程图。

[0110] 在块562处，在体模120未被辐照时处理逻辑使用照相机系统110中的多个照相机来获取体模120的第一组图像。在一个实现中，方法560的体模120可以是不透明的基板。在一个实现中，照相机系统110的多个照相机中的一个或多个照相机获取未被辐照的入射表面的图像。未被辐照的入射表面的图像还可以显示出射表面处的光信号。在另一实现中，照相机系统110中的多个照相机获取未被辐照的入射表面的图像和未被辐照的出射表面的图像。

[0111] 在块564处，处理逻辑使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模120上的放射束160的第二组图像。第二组图像中的两个或更多个图像可以用于产生入射在体模120的入射表面上的放射束160(例如，入射特征360)和出射表面上的放射束160(例如，出射特征370)的叠加。

[0112] 在块566处，处理逻辑基于第一组图像、体模120的几何结构和体模120的位置来确定放射源(例如，LINAC 150)的投影等中心点。

[0113] 在块568处，处理逻辑基于第二组图像来确定入射在入射表面上的放射束160(例如，入射特征360)的3D三角测量出的第一中心和入射在出射表面上的放射束(例如，出射特征370)的3D三角测量出的第二中心。

[0114] 在块570处，处理逻辑基于3D三角测量出的第一中心、3D三角测量出的第二中心、和投影等中心点来确定束指向偏移。在一个实现中，根据第一中心和第二中心来确定束向量，而无需放射源304的位置。束向量和投影等中心点用于确定束指向偏移。

[0115] 在块572处，处理逻辑基于束指向偏移来校准LINAC 150的位置。在一些实现中，来自图6的块630中的束指向误差可作为束指向偏移被应用至机械束定位装置(例如，机械定位系统170中的装置)，以调整LINAC 150的位置。方法400、500、520、540或560中任一方法的校准方法和方法600的验证方法可以迭代。可以输出机械定位系统在处置期间可以应用(例如，用于修改或替换现有指向校准)的束指向偏移的列表(例如，作为报告)。

[0116] 如果要校准一组放射束，可以重复块562至572(例如，在块572之后，方法560可以在块562处重新开始)。

[0117] 应当注意，上述的操作仅仅是校准LINAC 150的位置的一种方法，并且在替代实现中，图4至5D中的某些操作可以是可选的，或者采取更简单的形式。

[0118] 图6示出根据本发明的实现的用于验证LINAC 150的位置的方法600的流程图。在一些实现中，方法600可以发生在方法400、500、520、540或560中的任一方法之后。在一些实现中，方法600可以在不使用方法400、500、520、540或560中的任一方法的情况下发生。方法600可以在不同的校准方法(例如，较慢的校准方法、使用点检测器和光栅扫描的校准技术)之后发生。方法600可以迭代。

[0119] 在块610处，在校准LINAC 150的位置之后处理逻辑使用照相机系统110中的一个或多个照相机来获取入射在体模120上的放射束160的第三图像。校准LINAC 150的位置可以包括更新机械定位系统170在定位LINAC 150以发射放射束160时所使用的偏移。

[0120] 在块620处，处理逻辑基于第三图像和第二组图像中的相应图像来计算束指向误差。第二组图像可以是方法400、500、520、540或560的任一方法中所获取的入射在体模120上的放射束160的图像。

[0121] 在块630处，处理逻辑输出束指向误差。束指向误差可被输出作为用于描述应用最后校准(例如，校准的任意迭代之后的最后校准)之后的各位置处的所得束指向误差的验证结果的列表。如果仅进行验证过程(例如，作为系统质量保证的一部分)，则仅可以生成验证结果的报告。

[0122] 如果要验证一组位置(例如，用于发射放射束的LINAC的位置)，可以重复块610至630(例如，在块630之后，方法600可以在610重新开始)。

[0123] 应当注意，上述的操作仅仅是验证LINAC 150的位置的一种方法，并且在替代实现中，图6的某些操作可以是可选的，或者可以采取更简单的形式。

[0124] 图4至6中所描述的方法可以用于入射在体模120上的放射束160以外的系统。

[0125] 图7示出根据本发明的实现的可用于进行放射处置的系统。例如，这些系统可用于进行上述的方法。如下所述并在图7中示出，系统700可以包括校准系统100和处置递送系统715。

[0126] 在一个实现中，校准系统100包括成像检测器730(例如，照相机系统110中的一个或多个照相机)，以获取未被辐照的情况下的体模120的第一组图像以及入射在体模120上的放射束160的第二组图像。

[0127] 在一个实现中，成像检测器730可以连接至处理装置740以控制成像操作并处理图像数据。在一个实现中，校准系统100可以从处置递送系统715接收成像命令。

[0128] 校准系统100包括用以校准LINAC 150的位置的处理装置740。处理装置740可以代表一个或多个通用处理器(例如，微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)等的专用处理器、或诸如控制器或现场可编程门阵列(FPGA)等的其它类型的装置。处理装置740可被配置为执行用于进行这里讨论的束轮廓测量结果生成操作的指令。处理装置740还可以包括诸如存储器、存储装置和网络适配器等的其它组件(未示出)。处理装置740可被配置为以诸如医学数字成像和通信(DICOM)格式等的标准格式生成数字诊断图像。在其它实现中，处理装置740可以生成其它标准或非标准数字图像格式。处理装置740可以通过数据链路790将诊断图像文件(例如，上述的DICOM格式化文件)发送至处置递送系统715，其中数据链路790可以例如是直连链路、局域网(LAN)链路或广域网(WAN)链路(诸如因特网)。另外，可以诸如在远程诊断或处置计划配置中在连接系统的通信介质上拉取或推送系统之间所传送的信息。在远程诊断或处置计划中，尽管系统用户与患者之间存在物理分离，但用户仍可以利用本发明的实现来诊断或处置患者。

[0129] 校准系统100还可以包括系统存储器735，该系统存储器735可以包括随机存取存储器(RAM)或通过总线786连接至处理装置740的其它动态存储装置，用于存储信息和处理装置740所要执行的指令。系统存储器735还可以用于在处理装置740执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。系统存储器735还可以包括只读存储器(ROM)和连接至总线786的其它静态存储装置中至少之一，用于存储处理装置740的指令和静态信息。

[0130] 校准系统100还可以包括代表连接至总线786的一个或多个存储装置(例如，磁盘驱动器或光盘驱动器)的存储装置745，用于存储信息和指令。存储装置745可以用于存储用于进行这里讨论的束轮廓测量步骤的指令。

[0131] 处理装置740还可以连接至诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)等的显示装置750，以向用户显示信息(例如，图4至6的束轮廓偏移、图6的束轮廓误差等)。诸如键盘等的输入装置755可以连接至处理装置740，以将信息或命令选择中至少之一通信至处理装置740。一个或多个其它用户输入装置(例如，鼠标、追踪球或光标方向键)也可以用于通信定向信息、选择处理装置740所用的命令以及控制显示器750上的光标移动。处理装置740可以通过总线786或其它类型的控制和通信接口而连接至系统存储器735、存储装置745、显示装置750和输入装置755。

[0132] 在一个实现中，输入装置755可从用户接收输入，以进行LINAC 150的位置的校准或验证中的一个或多个(例如，连接至LINAC 150的机械定位系统170的校准或验证中的一个或多个等)。处理装置740可以向照相机系统110中的一个或多个照相机发送第一命令以获取体模120未被辐照时的该体模的第一组图像、发送第二命令以使用LINAC 150来发射放射束160、向照相机系统110中的一个或多个照相机发送第三命令以获取入射在体模120上的放射束160的第二组图像、基于第一组图像和第二组图像来确定束指向偏移、并且发送第四命令以基于束指向偏移来校准LINAC 150的位置。处理装置740可以生成束指向偏移的列表以及要经由显示装置750显示的束指向误差的列表。

[0133] 校准系统100可以与诸如处置递送系统715等的处置递送系统共享其数据库(例如，存储在存储装置745中的数据)，使得在处置递送之前可以不必从处置计划系统输出。校准系统100可以经由数据链路790而链接至处置递送系统715，其中在一个实现中，数据链路790可以是直连链路、LAN链路或WAN链路。

[0134] 在一个实现中，处置递送系统715包括治疗放射源或外科手术放射源304(例如，LINAC 150)中的一个或多个，以向靶体积(例如，患者、体模120等)给予规定放射剂量(例如，放射束160)。处置递送系统715还可以包括用以进行诸如锥形束CT等的计算机断层成像(CT)的成像系统765，并且成像系统765所生成的图像可以是二维(2D)的或三维(3D)的。

[0135] 处置递送系统715还可以包括用以控制放射源304、接收和处理来自校准系统100的数据、以及控制诸如支撑件176等的支撑装置的处理装置770。处理装置770可以包括一个或多个通用处理器(例如，微处理器)、诸如数字信号处理器(DSP)等的专用处理器、或诸如控制器或现场可编程门阵列(FPGA)等的其它类型的装置。处理装置770可被配置为执行用以(例如，经由机械定位系统170的校准来)定位LINAC 150的指令。

[0136] 处置递送系统715还包括系统存储器，诸如随机存取存储器(RAM)或连接至处理装置的其它动态存储装置等，用于存储信息和处理装置所要执行的指令。系统存储器还可以用于在处理装置770或处理装置740执行指令(例如，从校准系统100接收到的指令)期间存储临时变量或其它中间信息。系统存储器还可以包括只读存储器(ROM)或其它静态存储装置中的一个或多个，用于存储处理装置的指令和静态信息。

[0137] 处置递送系统715还包括代表一个或多个存储装置(例如，磁盘驱动器或光盘驱动器)的存储装置，用于存储信息和指令(例如从校准系统100接收到的指令)。处理装置770可以通过总线792或其它类型的控制和通信接口而连接至放射源304和支撑件176。

[0138] 处理装置770可以实现用以管理诊断x射线成像的定时的方法，以保持靶与放射源304所递送的放射处置束的对准。处理装置770可以实现用以管理诊断x射线成像的定时的方法，以保持靶与放射源304所递送的一组放射处置束的对准。

[0139] 在一个实现中，处置递送系统715包括经由总线792与处理装置770连接的输入装置778和显示器777。显示器777可以示出用于识别靶移动速率(例如，正在处置的靶体积的移动速率)的趋势数据。显示器777还可以示出患者的当前放射暴露和患者的预计放射暴露。输入装置778可以使得临床医生在处置期间能够调整处置递送计划的参数。

[0140] 应当注意，在数据链路786和790被实现为LAN或WAN连接的情况下，校准系统100或处置递送系统715中至少之一可以处于分散位置，使得系统可以在物理上远离彼此。可选地，校准系统100或处置递送系统715中至少之一可以彼此一体化在一个或多个系统中。

[0141] 图8示出根据本发明的实现的校准系统800的配置。在一个实现中，校准系统800包括连接至LINAC 150的照相机110A。在另一实现中，校准系统800包括静止的照相机110B。LINAC 150用作放射处置源。LINAC 150连接至包括机器人臂172的机械定位系统170。在一个实现中，LINAC 150和照相机110A安装在具有多个(例如，5个或更多个)自由度的机器人臂172的端部以对LINAC 150进行定位，从而在体模120周围的操作体积中利用从多个角度、在多个平面中递送的放射束160来辐照病理解剖结构(例如，靶位置320)并由照相机110捕捉入射在体模120上的放射束160的图像。处置可以涉及具有单个等中心点、多个等中心点或具有非等中心趋向的束路径。可选地，还可以使用其它类型的图像引导放射处置(IGRT)系统。在一个可选实现中，LINAC150和一个或多个照相机110可以安装在基于机架的系统(例如，机器人机架)上以提供等中心束路径(参见图9)。在一个特定实现中，IGRT系统是利用了基于刚性O形环的机架(参见图9)的Vero SBRT系统(在日本称为TM 200)，它是日本东京的Mitsubishi Heavy Industries Ltd.和德国的BrainLAB AG的联合产品。

[0142] 在一个实现中，在处置期间，可以通过移动机器人臂172来将LINAC 150和照相机110定位在多个不同节点(机器人停止和可以递送放射的预定义位置)处。在节点处，LINAC
150可以将一个或多个放射束160递送至靶位置320。节点可以围绕体模120被布置成近似球形的分布。节点的具体数量以及在各节点处施加的处置束160的数量可以根据要处置的病理解剖结构的位置和类型而变化。例如，节点的数量可以在50至300之间、或者更优选地在
15至100个节点之间变化，并且处置束114的数量可以在700至3200之间、或者更优选地在50至300之间变化。在一个实现中，至少存在1000个节点。

[0143] 参考图8，根据本发明的一个实现，校准系统700包括连接至处理装置670的固定照相机110B。可选地，照相机110B可以是移动的，在这种情况下，照相机110B可被重新定位成保持与靶位置320的对准、从不同取向对靶位置320进行成像、或者获取多个图像并重建三维(3D)锥形束CT中至少之一。在一个实现中，如本领域技术人员将理解的，照相机110不是点式照相机，而是照相机阵列。在一个实现中，LINAC 150用作成像源(无论是机架安装的还是机器人安装的)，其中LINAC功率水平降低至成像用的可接受水平。

[0144] 校准系统800可以进行诸如锥形束CT等的计算机断层成像(CT)，并且校准系统800所生成的图像可以是二维(2D)的或三维(3D)的。照相机110B可以安装在手术室的天花板上的固定位置处，并且可以对准以从两个不同角度位置(例如，分开90度)获取图像，以在机器等中心点(这里称为处置中心，其提供用于在放射束160的发射期间将体模120定位在支撑件176上的参考点)处相交。在一个实现中，校准系统800提供靶位置320和周围感兴趣体积(VOI)的立体成像。在其它实现中，校准系统800可以包括得比照相机110B更多，并且任意照相机110B可以是可移动的而不是固定的。体模120可以由用于将放射束160转换成可见光的闪烁材料(例如，非晶硅)制成或涂覆有闪烁材料，并且光可被转换成数字图像，其中如本领域人员已知的，在用于将数字图像的坐标系变换为参考图像的坐标系的图像配准过程期间，可以将数字图像与参考图像进行比较。参考图像可以例如是数字重建放射影像(DRR)，其中该数字重建放射影像(DRR)是基于通过将射线投射通过CT图像来模拟x射线图像形成过程、从3D CT图像生成的虚拟x射线图像。

[0145] 图9示出根据本发明的实现的基于机架的强度调制放射治疗(IMRT)系统900。在一个实现中，LINAC 150安装在机架903(例如，机械定位系统170)上。在基于机架的系统900中，具有头部组件901的放射源(例如，LINAC 150)安装在机架903上，使得它们在与体模120的轴向切片相对应的平面中旋转。然后，从(例如，围绕旋转轴的)圆形旋转平面上的多个位置递送放射束160。在一个实现中，一个或多个照相机110可以连接至LINAC 150。在另一实现中，照相机是静态定位的。在IMRT中，照相机110可以获取无辐照的情况下的体模120的第一组图像以及入射在体模120上的放射束160的第二组图像。这些图像可以在LINAC 150的不同位置获取。所得到的系统产生任意形状的放射束160，其中该放射束160在等中心点处彼此相交以向靶位置递送剂量分布。在一个实现中，基于机架的系统900可以是基于C形臂的系统。

[0146] 图10示出根据本发明的实现的螺旋放射递送系统1000。螺旋放射递送放射治疗系统1000包括安装到环形机架1020的LINAC 150。环形机架1020具有圆环形状，并且靶位置320(例如，体模120、患者等)移动通过环形机架1020的圆环形状的孔。中心轴穿过孔的中心。在一个实现中，放射束160由安装到环形机架1020的LINAC 150产生，其中该LINAC 150绕中心轴旋转以从不同角度向体模120递送放射束160。在递送放射束160时，体模120在处置床1040(例如，可调台板，支撑件176)上，并且体模120同时移动通过环形机架1020的孔，从而在不使LINAC 150或体模120水平移动的情况下允许放射束160相对于体模120水平移动。处置床1040可以在垂直方向上移动体模，使得可以在不同SAD 330处获取图像。

[0147] 在一些实现中，LINAC 150可以以悬臂状方式安装到C形臂机架，其中该C形臂机架使LINAC 150围绕穿过环形机架1020的等中心点的轴旋转。在其它实现中，LINAC 150可以安装到具有多个(例如，5个或更多个)自由度的机器人臂上以将LINAC 150围绕环形机架1020定位，从而辐照通过处置床1040进行移动(例如，水平、垂直)的体模120。

[0148] 从前面的描述中显而易见的是，本发明的各方面可以至少部分地以软件实现。也就是说，该技术可以在响应于处理装置770的、例如执行存储器中所包含的指令的序列的计算机系统或其它数据处理系统中执行。在各种实现中，硬件电路可以与软件指令结合使用以实现本发明。因此，技术不限于硬件电路和软件的任何特定组合或数据处理系统所执行的指令的任何特定源。另外，在整个说明书中，各种功能和操作可被描述为由软件代码执行或推进以简化描述。然而，本领域技术人员将认识到这种表达的含义是这些功能是由于处理装置770执行代码而得到的。

[0149] 可以使用机器可读介质来存储软件和数据，其中这些软件和数据在由通用或专用数据处理系统执行时使该系统进行本发明的各种方法。该可执行软件和数据可以存储在各种地方，包括例如系统存储器以及能够存储软件程序和/或数据的存储装置或任何其它装置。因此，机器可读介质包括以机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一个或多个处理器的集合的任何装置等)可访问的形式提供(即，存储)信息的任何机构。例如，机器可读介质包括可记录/不可记录介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪速存储器装置等。机器可读介质可以是非暂时性计算机可读存储介质。

[0150] 除非从前面的讨论中明显说明，否则应当理解，诸如“获取”、“确定”、“校准”、“映射”、“输出”或“应用”等的术语可以是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，其中该计算机系统或类似电子计算装置操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(例如，电子)量的数据并将该数据变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其它这类信息存储或显示装置内的物理量的其它数据。可以使用计算机软件来实现这里所描述的方法的实现。如果用符合公认标准的编程语言编写，则可以编译被设计为实现这些方法的指令的序列，以在各种硬件平台上执行并且与各种操作系统相配合。另外，不参考任何特定编程语言来描述本发明的实现。应当理解，可以使用各种编程语言来实现本发明的实现。

[0151] 应当注意，这里描述的方法和设备不限于仅用于医学诊断成像和处置。在可选实现中，这里的方法和设备可用于医疗技术领域之外的应用，例如工业成像和材料的非破坏性测试。在这样的应用中，例如，“处置”一般可以是指由处置计划系统控制的操作的实现，诸如束(例如，放射束、声束等)的应用，并且“靶”可以是指非解剖对象或区域。

[0152] 在前面的说明书中，已经参考具体典型实现描述了本发明。然而，显而易见的是，在不脱离所附权利要求中所阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性意义而非限制性意义。

标题	发布/更新时间	阅读量
电动助力转向装置	2020-05-08	896
用于识别对象的方法和设备	2020-05-08	872
传感器装置	2020-05-11	656
车辆环境中的多因子认证和访问控制	2020-05-08	636
带有压靠弹簧的传感器	2020-05-11	773
用于求取停车位的占用状态以及用于辨识停放在停车位上的机动车的方法、设备和计算机程序	2020-05-08	930
无线电力系统的保护和控制	2020-05-08	813
用于识别在电运行机构中的部分放电的方法和装置	2020-05-08	375
水处理系统	2020-05-08	436
用于检测转子转速的角动量发送器和夹紧套筒的布置组件	2020-05-08	172

基于放射的处置束位置校准和验证

基于放射的处置束位置校准和验证

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