CN108096718B - 加速器系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种加速器系统。该加速器系统包括：射线源；多叶准直器，其包括若干叶片；多叶准直器控制器，用于根据期望所述叶片运动到的目标位置控制所述叶片的运动；及叶片定位装置，用于测得所述多叶准直器的射野形状和射野尺寸，根据所述射野形状和所述射野尺寸确定所述叶片运动到的实际位置，且将所述实际位置和所述目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统的运行。本申请还提供一种控制方法，可用来控制加速器系统。

Description

加速器系统和控制方法
技术领域
本申请涉及一种加速器系统和控制方法，尤其涉及一种具有多叶准直器的加速器系统和加速器系统的控制方法。
背景技术
医用电子直线加速器一般包括具有大量可移动的叶片的多叶准直器(Multi-LeafCollimator，MLC)。在肿瘤放射治疗过程中，多叶准直器的叶片可根据治疗计划要求形成特定形状，实现适型治疗或调强治疗，达到精确治疗肿瘤的目的，提高肿瘤治疗效果，降低患者不必要的电离辐射损害。然而，当叶片位置出现异常时不仅容易损坏设备，还会对患者带来不必要的电离辐射伤害。
发明内容
有鉴于此，本申请的一个方面提供一种加速器系统。该加速器系统包括：射线源；多叶准直器，其包括若干叶片；多叶准直器控制器，用于根据期望所述叶片运动到的目标位置控制所述叶片的运动；及叶片定位装置，用于测得所述多叶准直器的射野形状和射野尺寸，根据所述射野形状和所述射野尺寸确定所述叶片运动到的实际位置，且将所述实际位置和所述目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统的运行。
本申请的另一个方面提供一种控制方法。该控制方法包括：根据期望多叶准直器的叶片运动到的目标位置控制所述叶片的运动；测得所述多叶准直器的射野形状和射野尺寸；根据所述射野形状和所述射野尺寸确定所述叶片运动到的实际位置；将所述实际位置和所述目标位置进行比较获得误差值；及根据所述误差值控制加速器系统的运行。
附图说明
图1为本申请加速器系统的一个实施例的示意图；
图2为本申请加速器系统的多叶准直器的一个实施例的立体示意图；
图3为本申请加速器系统的一个实施例的结构示意图；
图4为本申请加速器系统的另一个实施例的结构示意图；
图5为多叶准直器的截面图像的示意图；
图6为从图5的截面图像中获得的射野形状的示意图；
图7为本申请控制方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1所示为一个实施例的加速器系统10的示意图。在一个实施例中，加速器系统10为医用加速器系统，典型地，例如电子直线加速器，但不限于此。加速器系统10包括固定机架11、旋转机架12、辐射头13、多叶准直器14和治疗床15。
旋转机架12位于固定机架11一侧，旋转机架12可绕固定机架11的中轴线旋转。辐射头13连接在旋转机架12的顶部，与治疗床15相对。辐射头13包括射线源(未图示)，用于发射成像射线和治疗射线，其中成像射线典型的为X射线，治疗射线典型的为β射线。多叶准直器14连接于辐射头13。多叶准直器14为用来产生适形辐射野的机械运动部件，或称作多叶光栅、多叶光阑，可用于适型治疗或调强治疗。治疗床15用来支撑患者，一般供患者躺于其上。治疗床15可旋转来调整患者相对辐射头13的位置，以调整射线照射到患者的特定部位。
图2所示为一个实施例的多叶准直器14的示意图。多叶准直器14包括叶片141和固定支架142。多叶准直器14一般包括一百多片叶片141，叶片141安装于固定支架142且成对设置。叶片141可由小型电机驱动来移动，根据治疗计划形成特定形状，在多叶准直器14中心区域形成一开孔143，即射野。射线源发出的射线可穿过射野143照射到患者的特定部位。
图3所示为加速器系统10的一个实施例的模块示意图。加速器系统10包括射线源16、多叶准直器14、多叶准直器控制器17和叶片定位装置18。多叶准直器14包括若干叶片141。多叶准直器控制器17用于根据期望叶片141运动到的目标位置控制叶片141的运动。叶片定位装置18用于测得多叶准直器14的射野形状和射野尺寸，根据射野形状和射野尺寸确定叶片141运动到的实际位置，且将实际位置和目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统10的运行。
在一个实施例中，叶片定位装置18包括三维扫描器181、反光镜182、图像重建单元183和定位处理单元184。其中，
所述三维扫描器181用于发出结构光对多叶准直器14进行三维扫描以获得多叶准直器14的三维图像。
所述反光镜182将三维扫描器181发出的结构光反射至多叶准直器14来进行三维扫描。
在一个实施例中，反光镜182位于射线源16和多叶准直器14之间，相对于多叶准直器14的射野143放置。所述三维扫描器181获得多叶准直器14的三维坐标和反射光强，生成扫描数据。
所述图像重建单元183接收三维扫描器181的扫描数据，并根据扫描数据重建多叶准直器14的三维图像。
所述定位处理单元184用于根据三维图像确定多叶准直器14的射野形状和射野尺寸，根据射野形状和射野尺寸可计算出每一片叶片141由多叶准直器控制器17控制实际运动到的位置。
图4所示为加速器系统10的另一个实施例的模块示意图。图4所示的加速器系统10类似于图3所示的加速器系统10。相对于图3所示的加速器系统10，图4所示的加速器系统10进一步包括目标位置获取单元20和系统控制器19。
在一个实施例中，多叶准直器控制器17可接收目标位置获取单元20输出的叶片141的目标位置信息，目标位置信息包括每一个叶片141的目标位置。目标位置获取单元20可根据治疗计划确定期望叶片141走位到的目标位置。多叶准直器控制器17根据接收到的目标位置信息控制电机驱动叶片141运动。在一个实施例中，当叶片141停止运动，多叶准直器控制器17可通知系统控制器19多叶准直器叶片已就绪。
叶片定位装置18用于测得多叶准直器14的射野形状和射野尺寸，根据射野形状和射野尺寸确定叶片141运动到的实际位置，且将叶片141的实际位置和目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统10的运行。
在一个实施例中，叶片定位装置18用于获得多叶准直器14的三维图像并根据三维图像确定射野形状和射野尺寸。叶片定位装置18包括三维扫描器181、反光镜182、图像重建单元183和定位处理单元184。
三维扫描器181用于发出结构光对多叶准直器14进行三维扫描以获得多叶准直器14的三维图像。在本实施例中，三维扫描器181可为激光三维扫描器，其发出激光来扫描多叶准直器14，扫描速度较快。在一个实施例中，系统控制器19接收到多叶准直器控制器17的叶片已就绪的通知信号之后，可命令三维扫描器181发出结构光开始扫描。
三维扫描器181发出的结构光通过多叶准直器14的形状与射线源16发出的射线通过多叶准直器14的形状一致。也就是说，三维扫描器181的位置等同于射线源16的位置，结构光穿过射野143和射线穿过射野143照射在同一平面上的区域相同。在本实施例中，三维扫描器181放置在射线源16发出的射线路径之外，避免阻挡射线。反光镜182将三维扫描器181发出的结构光反射至多叶准直器14来进行三维扫描。设置三维扫描器181和反光镜182的位置，使得三维扫描器181发出的结构光被反光镜182反射后通过多叶准直器14的形状与射线源16发出的射线通过多叶准直器14的形状一致。结构光被反光镜182反射后的传播路径和激光穿过反光镜182后的传播路径相同。
在一个实施例中，反光镜182位于射线源16和多叶准直器14之间，相对于多叶准直器14的射野143放置。在一个实施例中，三维扫描器181可平行于多叶准直器14放置，反光镜182与从三维扫描器181发出的结构光束的轴线成45度。三维扫描器181到反光镜182的距离与射线源16到反光镜182的距离相等，且三维扫描器181发出的结构光照射到反光镜182的区域与射线源16发出的射线照射到反光镜182的区域相同。在另一个实施例中，三维扫描器181可倾斜于多叶准直器14放置，反光镜182相对于三维扫描器181发出的结构光束的轴线的角度也相应调整。
反光镜182的反射层设于靠近三维扫描器181的一侧，如此三维扫描器181发出的结构光到达反光镜182直接被反光层反射，不会在反光镜182的厚度方向上穿过反光镜182而被折射。
三维扫描器181获得多叶准直器14的三维坐标和反射光强，生成扫描数据。图像重建单元183接收三维扫描器181的扫描数据，并根据扫描数据重建多叶准直器14的三维图像。
定位处理单元184用于根据三维图像确定多叶准直器14的射野形状。定位处理单元184根据多叶准直器14的三维图像获得多叶准直器14的横截面方向的截面图像。在一个实施例中，定位处理单元184生成沿叶片141的中轴线145的横截面方向的截面图像，如图5所示。图5仅为截面图像的示意图，实际的多叶准直器14可包括一百多片叶片。截面图像可显示多叶准直器14的叶片141和射野143。叶片141的顶端144在截面图像中显示，这些叶片141的顶端144围成射野143的边缘轮廓，即射野形状。在另一个实施例中，平行于中轴线145且在中轴线145的下方(即远离射线源16的方向)的横截面上生成截面图像。
定位处理单元184进一步从截面图像中计算出射野形状和尺寸。如图6所示，为从图5的截面图像中获得的射野形状。该射野形状为叶片141实际运动后形成的实际射野的形状。
定位处理单元184根据射野形状和射野尺寸确定叶片141运动到的实际位置。根据射野形状和射野尺寸可计算出每一片叶片141的顶端144的位置，即每一片叶片141由多叶准直器控制器17控制实际运动到的位置。从实际的射野形状可准确且直接地确定叶片141的位置。
定位处理单元184将叶片141的实际位置和目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统10的运行。定位处理单元184可从目标位置获取单元20获得叶片141的目标位置，计算每一片叶片141的实际位置和对应的目标位置的误差值。如果误差值在允许范围内，即每一个误差值都不大于误差限值，例如1毫米，加速器系统10正常运行，加速器系统10可继续进行治疗。在一个实施例中，定位处理单元184可给出表示叶片141的位置正常的指令给系统控制器19，系统控制器19根据该指令控制加速器系统10正常运行。如果误差值超出允许范围，即至少一个误差值大于误差限值，加速器系统10停止运行，加速器系统10终止治疗。在一个实施例中，定位处理单元184可给出表示叶片141的位置异常的指令给系统控制器19，系统控制器19根据该指令控制加速器系统10停止运行。定位处理单元184可确定超出允许范围的误差值对应的叶片141和该误差值，可用于排查故障。如此可避免因多叶准直器14故障导致患者受到不必要的电离辐射伤害。
加速器系统10的图像重建单元183、定位处理单元184、目标位置获取单元20、多叶准直器控制器17和/或系统控制器19可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。图像重建单元183、定位处理单元184、目标位置获取单元20、多叶准直器控制器17和/或系统控制器19可以为多个独立的单元，也可以整合成一个单元，例如可以均在加速器系统的控制软件平台上实现。加速器系统10还可包括其他未图示的元件，例如存储器、显示器、输入设备等。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部部件来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
图7所示为一个实施例的控制方法60的流程图。控制方法60可用来控制加速器系统。控制方法60包括步骤601-605。
步骤601中，根据期望多叶准直器的叶片运动到的目标位置控制叶片的运动。
步骤602中，测得多叶准直器的射野形状和射野尺寸。
步骤603中，根据射野形状和射野尺寸确定叶片运动到的实际位置。
步骤604中，将实际位置和目标位置进行比较获得误差值。
步骤605中，根据误差值控制加速器系统的运行。
该方法根据射野形状和尺寸直接确定叶片的实际位置，该方法稳定且可靠。上述步骤的实现过程具体详见上述加速器系统10中对应的实现过程，在此不再赘述。对于方法实施例而言，由于其基本对应于系统实施例，所以相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种加速器系统，其特征在于：其包括：
射线源；
多叶准直器，其包括若干叶片；
多叶准直器控制器，用于根据期望所述叶片运动到的目标位置控制所述叶片的运动；及
叶片定位装置，用于测得所述多叶准直器的射野形状和射野尺寸，根据所述射野形状和所述射野尺寸确定所述叶片运动到的实际位置，且将所述实际位置和所述目标位置进行比较获得误差值以控制加速器系统的运行；
所述叶片定位装置用于获得所述多叶准直器的三维图像并根据所述三维图像确定所述射野形状和所述射野尺寸；
所述叶片定位装置包括三维扫描器，用于发出结构光对所述多叶准直器进行三维扫描来获得所述多叶准直器的三维图像；
所述三维扫描器发出的结构光通过所述多叶准直器的形状与所述射线源发出的射线通过所述多叶准直器的形状一致。
2.如权利要求1所述的加速器系统，其特征在于：所述叶片定位装置用于根据所述三维图像获得所述多叶准直器的横截面方向的截面图像，且根据截面图像确定所述射野形状和所述射野尺寸。
3.如权利要求1所述的加速器系统，其特征在于：所述叶片定位装置包括反光镜，用于将所述三维扫描器发出的结构光反射至所述多叶准直器来进行三维扫描。
4.一种控制方法，其特征在于：其包括：
根据期望多叶准直器的叶片运动到的目标位置控制所述叶片的运动；
测得所述多叶准直器的射野形状和射野尺寸；
根据所述射野形状和所述射野尺寸确定所述叶片运动到的实际位置；
将所述实际位置和所述目标位置进行比较获得误差值；及
根据所述误差值控制加速器系统的运行；
所述测得多叶准直器的射野形状和射野尺寸的步骤包括获得所述多叶准直器的三维图像并根据所述三维图像确定所述射野形状和所述射野尺寸；
所述获得多叶准直器的三维图像的步骤包括通过三维扫描器发出结构光对所述多叶准直器进行三维扫描来获得所述多叶准直器的三维图像；
所述三维扫描器发出的结构光通过所述多叶准直器的形状与射线源发出的射线通过所述多叶准直器的形状一致。
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