CN101516445B - 一种放射治疗的仪器 - Google Patents

Abstract

在并发的放射治疗期间获得的平板影像经常受到和MV能量的脉冲有关的赝象的干扰。对于包括治疗性放射脉冲源、包含控制电路的探测器、像素元件阵列，每个像素元件具有信号输出端和“使能”输入端，且可被设置为在使能输入的触发下经由信号输出端释放信号，和被设置为接收像素元件的信号输出的解释器，解释器具有复位控制的放射治疗仪器，其优点在于，控制电路适用于在治疗性放射的脉冲之后复位解释器，该操作在使能该阵列的至少一像素之前。备选地，控制电路可促使脉冲源提供多个脉冲，然后使能该阵列的多个像素。实际上，治疗脉冲被分组为短的脉冲簇。因此优选的，多个像素基本上包括阵列的所有像素。

Description

一种放射治疗的仪器

技术领域

本发明涉及用于检测电离放射的成像系统。 

背景技术

平板影像通常被用在放射治疗和其他应用中，以实现从(例如)穿过患者的电离放射中获得图象。诊断影像通常采用千伏电压(kV)放射获得，且可被用作二维影像，或是被用作多个上述二维影像的，以便形成由计算机X线断层扫描的三维表示。放射治疗趋向于在兆伏(MV)范围内，且还可用于获得射野影像(portal image)。这是穿过患者后该放射治疗的影像；通常该影像具有低对比度引起的低质量。尽管如此，解剖学特点在影像中是显而易见的，而且这些特点可被用以证明(例如)患者得以正确地处置。 

MV放射产生的影像具有固有的低对比度，因此，当前在影像中没有赝象使组织模糊是重要的。MV源典型地在占空因数近似为1/1000的脉冲方式下操作，因此在脉冲之间有充足的机会从平板影像的少数排中获得数据。 

图1显示了平板成像器10的典型结构。上层12由在施加x-射线14下的闪烁物组成。如此产生光16撞击到光电二极管和晶体管的阵列18上，上述光电二极管和晶体管布置在直接位于上层12之下的层中。阵列18被分为单个的像素，每个像素与单独的光电二极管相关联。光在阵列中的光电二极管上撞击，产生由晶体管适当门控的电子信号。如此产生的电子信号20经由读出电子器件22从平板阵列中提取，以形成用于构造所述影像的数字数据流24。 

发明内容

我们发现，此类射野影像受到和MV能量的脉冲有关的赝象的影响。当MV脉冲到达时，不仅将引起闪烁物的闪烁，还将在晶体管阵列上和读出电子器件上撞击、并且电离形成它们的材料。这将因此产生其它电子信号，完全忽略闪烁物和光电二极管。我们提出两种方法可克服该问题。 

第一方面，因此，我们提供放射治疗仪器，包括用于治疗性放射的脉冲源和平板探测器，探测器包括控制电路，像素元件阵列，每个具有信号输出端和“使能”输入端，且被设置为在通过所述使能输入端的触发下经由信号输出端释放信号，以及解释器，该解释器被设置为接收像素元件的信号输出，解释器具有复位控制，该控制电路适用于在治疗性放射的脉冲之后复位解释器，该操作在使能该阵列的至少一像素之前。 

因此，解释器复位在治疗脉冲期间保持打开(on)或在之后激活。这将导致系统忽视作为脉冲的结果收集的电荷，并且移除从中产生的赝象。 

一般地，此类探测器的像素元件通过输出信号工作，在该信号中经过的总电荷量表明自从最后一次该像素被读取的总的入射的放射。因为像素中的放射是入射的，因此它导致电离且结果电荷被保留。当像素处于使能状态，电荷流经输出端且需被计算。这样，解释器通常包括积分器，在这种情况下，复位控制被设置为使得积分器清零。积分器被用于对进入光电二极管的电流进行积分，从而测量已经流过的电荷。 

该问题的第二个解决方法在于在治疗加速器操作模式背后的一种假定的再评估。如上所述，上述操作以占空因数近似为1/1000在脉冲方式中操作。典型地，这是每3ms的3μs脉冲或在此附近。 

治疗需要的总时间将被理想地减到最少。随着时间的流逝，患者变得疲倦，可能会移动或无意间的内在运动将发生，这意味着长时间 的治疗将会降低临床效果。进一步，削减的治疗时间可允许更多的患者接收治疗，因此提高仪器的临床效率。这样，治疗从要求到交付在尽可能的最短时间内完成，由此可得出结论，必须有真正非常好的采用低至0.1％的占空因数的理由。即使低至1％的占空因数也将允许临床效率中的十倍的改进，和在临床效果中(难以估计)的改进。 

这个原因是避免仪器热超负荷的保护手段。传送的脉冲包括很高的能量，制造它们所需要的能量也是巨大的。该能量必须被驱散，而且(不可避免地)一些能量将在仪器中以热的形式出现。占空因数需要降低以防止装置的温度升至不可接受的高。所选择的占空因数为，在该占空因数中，使得输入到装置中的加热速率与所提供的冷却速率相匹配。 

我们已经认识到，装置的热态状况中的时间常数的存在，实际上意味着，在这个平衡关系中，在该时间常数内的平均占空因数是重要的。如果占空因数临时增长然后降低，仪器将开始发热，但随即在超过可接受的温度限度前冷却。 

本发明的另一方面，因此，我们因此提出一种放射治疗仪器，该仪器包括治疗性放射的脉冲源，探测器，以及用于该脉冲源和该探测器的控制电路，该探测器包括像素元件阵列，每个具有信号输出端和“使能”输入端，且被设置为在通过使能输入端的触发下经由信号输出端释放信号，控制电路适用于促使脉冲源提供多个脉冲，然后使能该阵列的多个像素。 

实际上，治疗脉冲被分组为“脉冲串”——短的脉冲簇(flurry ofpulses)。在这个时间内，仪器的加热速率将超越其冷却速率，且可以预计温度升高。然而，紧接着将是仪器冷却的更长的停机时间(downtime)时段。在该停机时间中，影像可从成像面板中收集。 

以下当然是优选的，即该多个像素基本上包括该阵列中所有的像素。然而，在传送其他脉冲串之前，收集面板的部分是可能的。 

通常，为了分析的便利，像素阵列为二维的。为了加快影像收集 的速度，一组像素的使能输入被连接到一起，因此可同时使能整个组。如果像素在2D阵列中按行分组，那么整个行可被同时读出。每列像素的输出可被传递给解释器或其他经由公共输出路径的输出端。 

目前，典型系统具有每秒400个到600个脉冲的最大脉冲率。如上所述的本发明的使用方法可允许该脉冲率在产生脉冲的时段中增长到每秒1000个或甚至1500个脉冲。 

该仪器可包括诊断放射的单独的源，或用于成像目的的放射可通过合适的治疗源产生，或者通过射野影像，或者通过控制该源来产生较低能量的放射。 

附图说明

本发明的实施例将通过例子描述，参照以下附图，其中： 

图1显示平板成像器的示意性的结构； 

图2显示在该平板成像器中的小组的像素的细节图；

图3显示图2的平板成像器的典型定时方案； 

图4显示用于上述平板成像器的第一修正定时方案； 

图5显示在MV脉冲到达的上下文中的平板成像器的典型定时方案； 

图6显示进一步修正的定时方案；和 

图7显示图6中的定时方案对于加速器的热性能的影响。 

具体实施方式

图1和2显示基本上标准的成像面板。图1已经被描述，显示出穿过单个像素的垂直截面。图2显示面板的十六个像素，虽然只是完整面板的一小部分，但对于解释多个像素被读取的方式是非常充分的。 

如图2，因此，像素阵列26以直线的方式排列，像素排成直的行和列。特定的行28和特定的列30的交叉点因此定义出特定的像素 32。每个像素具有相关联的晶体管34以选通其输出端，且每个行具有公共的“使能”线36，在该行中该线激活每个像素的晶体管34。 

每列具有公共输出线38，该线允许在每个像素上积聚的电荷逃离至积分器40，在该处它与其他列的输出端多路复用(multiplexed)。这就允许整个行同时被读取。 

扫描控制电子器件42因此顺序地使能每一行，整个行基本在同一时间被读取。积分器然后被复位，且下一行被使能。定时方案显示在图3中。“行使能”的信号RE被依次送入每个行。在第“n”行已被使能并且RE信号已完成之后，“积分器复位”信号IR被发送，从而为第“n+1”行准备该积分器，依次类推。 

然而，这并没有考虑到间或到达的MV脉冲。如上所述，该脉冲引起在行使能线36、输出线38、晶体管34以及积分器40中的电离。所有这些将会增加由积分器收集的电荷，且将通常足以使信号增加或可能使信号饱和，而这将引起穿过整个行的与众不同的白线。 

图4示出了根据本发明的具体实施例的修正的定时安排。该图显示了兆伏脉冲(MVP)，该脉冲在治疗控制系统(treatment controlsystems)所指示的时间发生。该脉冲的触发信号还提供给扫描控制电子器件，该电子器件促使之前的IR信号保持“高”和用于RE信号被挂起，直到在MVP已停止后。实际上，IR信号如44所示延伸，直到MVP结束，在此期间RE信号是挂起的。接着IR信号结束，RE信号继续它们的循环。 

根据这种方式，由MVP传送至积分器的异常信号基本上被允许驱散，并且在MVP之后积分器为清零，以准备接收来自下一行的信号。大多数面板实际上将包含一些寄生电容和电阻，所述电阻阻止所有电荷从面板中移开，但此技术将充分降低此效应。 

图5和6示出了本发明的第二实施方式。图5显示用于已知系统的MVP和RE轨迹，但比图3中的具有长得多的时基。这样，若干MVP触发可以被看到，伴随着它们之间的若干RE触发。通常，在 每个MVP触发期间，系统已能够读取面板的若干行。 

图6示出了根据该发明，定时方案是如何被修改的。所述MVP触发分组为短簇46，在它们之间没有RE触发。在该簇之后，RE触发重新开始且延续到(在该情况下)整个阵列被读取。在那之后，新的MVP触发簇被传送，面板通过新的RE触发序列被重新扫描。 

这意味着，在MVP触发的该簇46期间，输入到装置中的加热速率暂时是较高的。图7示出了用于已知系统的热输入48的稳定状态，该状态是由图5的MVP触发产生的时间平均的热能输入。这产生稳定的温度50，该温度是这样的温度，在该温度中，热输入的速率被所提供的冷却系统均衡。临近该稳定热输入48被显示的是热输入52(在一段时间内)，该热输入52由图6中的修正定时方案所产生，其中在MVP触发簇46期间有规则的峰值54，在峰值之间热输入的速率下降到零点56。这给出了温度曲线图58、具有在峰值54期间的上升边沿60和在簇46之间的下降边沿58的锯齿。 

无疑地，如果触发簇46的MVP触发的较高速率在长时间内保持，该仪器将热超负荷。然而，临界温度条件需要一定时间才能到达，如同装置的热质量必须通过使用充分的热能量才能升高到更高的温度。因此，存在用于簇46的时间；这移动MVP触发来产生间隙，在该间隙中面板被读取。这意味着，或是在影像中没有MVP诱发的赝象存在，或是赝象被限制到被读取的第一行。在后一种情况中，该行可被设置在边缘处，从而被忽略。 

无疑地，两个实施例可被组合，第一实施例被采用以防止任何赝象出现在即便是根据第二实施例读取的影像的第一行。尽管如此，它们仍然容许独立应用。 

这将当然是容易理解的，只要不偏离本发明的宗旨，许多变化可在上述实施例中实施。 

Claims (13)

1.一种放射治疗的仪器，包括治疗性放射的脉冲源和探测器，

所述探测器包括控制电路；像素元件阵列，每个像素元件具有信号输出和“使能”输入端，且可被设置为在通过所述使能输入端的触发下经由所述信号输出端释放信号；以及被设置为接收像素元件的信号输出的解释器，所述解释器具有复位控制；

所述控制电路适用于在治疗性放射的脉冲之后复位所述解释器，该操作在使能该阵列的至少一个像素之前。

2.如权利要求1所述的放射治疗的仪器，其中，所述像素元件输出信号，在该信号中，经过的总电荷表明从预定的情形开始的总的入射放射。

3.如权利要求2所述的放射治疗的仪器，其中，所述解释器包括积分器。

4.如权利要求3所述的放射治疗的仪器，其中，所述复位控制被设置为使积分器归零。

5.如权利要求1所述的放射治疗的仪器，其中，所述阵列是二维的。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的放射治疗的仪器，其中，像素组的使能输入端被连接在一起，因此同时使能整个组。

7.如引用权利要求5的权利要求6所述的放射治疗的仪器，其中，在2D阵列中，所述像素按行分组。

8.如权利要求7所述的放射治疗的仪器，其中，多个像素的信号输出经由公共的输出路径传递到该解释器，每个像素属于不同的组。

9.如权利要求5所述的放射治疗的仪器，其中，所述像素元件输出信号，在该信号中，经过的总电荷表明从预定情形开始的总的入射放射。

10.如权利要求1-5中的任一项所述的放射治疗的仪器，其中，源的脉冲重复频率是变化的。

11.如权利要求1-5中的任一项所述的放射治疗的仪器，其中，源的脉冲重复频率为至少每秒1000个脉冲。

12.如权利要求1-5中的任一项所述的放射治疗的仪器，其中，源的脉冲重复频率至少为每秒1500个脉冲。

13.如权利要求1-5中的任一项所述的放射治疗的仪器，进一步包括诊断放射的单独源。

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