CN109414235A - 使用辐射成像的体模设置和源到表面距离验证 - Google Patents

使用辐射成像的体模设置和源到表面距离验证 Download PDF

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Abstract

体模设置和源到表面距离(SSD)验证方法使用辐射图像。在示例性方法中，体模相对于辐射源被定位在支撑件上，使得体模的表面在SSD的期望值处或接近SSD的期望值处被水平地调平。然后，将辐射源定位在至少基于SSD的期望值来预先确定的机架角度处，使得来自辐射源的辐射的射线与位于SSD的期望值处的水平表面对准。使用来自预先确定的机架角度处的辐射源的辐射来采集图像。基于对图像的分析，执行验证，以确认体模的表面是否被定位在SSD的期望值处。

Description

使用辐射成像的体模设置和源到表面距离验证
技术领域
本公开的实施例总体上涉及辐射系统和方法。特别地，描述了一种用于使用辐射成像的体模设置和源到表面距离(SSD)验证的方法的各种实施例。
背景技术
辐射系统被用在包括患者成像和患者治疗的各种应用中。为了确保安全和准确的剂量输送，在每天、每月或每年的基础上执行对辐射系统的各种测试。例如，执行验收测试，以保证所制造的辐射机器的规格满足用户协议的要求。射束调试测试要求测量水中的辐射剂量分布(即射束轮廓和百分比深度剂量曲线)以及其他测量。质量保证(QA)测试在定期的时间段被执行，以确保辐射机器输送的射束保持在规格之内，并且测试针对各种治疗计划的治疗规划系统预测与针对这些计划的实际机器递送一致。
在辐射机器的各种测试中，通常使用体模来仿真穿过组织或其他材料的辐射传输，针对该组织或其他材料来使用测试中的辐射机器。对于实现辐射束调谐、剂量校准、射束调试等，要求精确的体模设置。例如，对于辐射机器的剂量校准重要的是：精确地知道源到表面距离(SSD)，或从辐射源到体模表面的距离。常规地，通过使用被安装在辐射机器的准直器中的光学距离指示器(ODI)来测量SSD。ODI包括源和用于将来自源的光聚焦到体模的光学透镜部件。光学透镜部件包括刻度透镜，该刻度透镜具有被蚀刻或被印在其上的多个数字，以用于将数字刻度投影到体模上，指示从源到体模表面的距离。SSD通过机械设备而被验证，该机械设备通常被附接到辐射机器的精确机械表面，使得可以精确地物理测量从源到体模表面的距离。
要将ODI集成在辐射机器中增加了成本。为了容纳ODI，在辐射机器的准直器和屏蔽组件中提供了空腔，这使机器屏蔽的计算和设计变得复杂。对ODI的有限访问也使辐射机器的组件的维护和更换变得复杂。存在以下情况：使得用户利用机械设备来精确验证体模的设置的机械接口不可用。因此，需要新方法来设置体模并且验证SSD。
发明内容
本公开提供的是一种实现了以可靠、时间有效的方式进行体模设置和以亚毫米精度来进行源到表面距离(SSD)的验证的辐射系统和方法。所公开的方法实现了：在辐射设备中的精确机械表面不可用时准确的体模设置。所公开的SSD验证方法使用了图像采集，去除了对常规SSD验证中所需的附加工具和附件的需要，并且显著减少了操作者在房间或治疗室中花费的时间。根据所公开的方法的实施例，可以在位于治疗室外面的控制台处，通过利用指定的机架旋转采集例如一些MV图像来执行SSD验证。
在示例性方法中，体模相对于辐射源被定位在支撑件上，使得体模的表面在源到表面距离(SSD)的期望值处或接近SSD的期望值处被水平地调平。然后，辐射源被定位在至少基于SSD的期望值被预先确定的机架角度处，使得来自辐射源的辐射的射线对准位于SSD的期望值处的水平表面。使用来自在预先确定的机架角度处的辐射源的辐射来采集图像。基于图像分析，执行验证，以确定体模的表面是否被定位在SSD的期望值处。
在另一示例性方法中，体模相对于辐射源被定位在支撑件上，使得体模的表面在100厘米的SSD的期望值或接近100厘米的SSD的期望值处被水平地调平。辐射源由机架支撑，机架围绕距离辐射源100厘米处的等中心是可旋转的。机架围绕等中心旋转，以将辐射源定位在90度或270度的机架角度处。使用来自在90度或270度的机架角度处的辐射源的辐射来采集图像。基于图像分析，执行验证，以确定体模的表面是否被定位在100厘米的SSD的期望值处。
在示例性方法中，使用成像器平板将诸如体模的对象设置到期望的位置。当对象的表面与辐射源对准时，半影是最小的。半影是指辐射束的边缘处的区域，在该区域上发生剂量率或强度的快速变化，导致图像上的模糊区域。因此，根据示例性方法，对象的表面与辐射源对准，使得半影最小，导致图像上的几何锐度。
对象的表面可以是平坦的或弯曲的或是其他形状。在对象表面(诸如水体模表面)是平坦的实施例中，可以将平坦表面对准为与辐射源共面。在对象表面(诸如圆柱体模表面)是弯曲的实施例中，可以将弯曲表面的切线与辐射源对准。原则上，将对象的表面与源对准，使得辐射束穿过的材料具有最快速的变化，该快速变化导致半影的锐度。
半影锐度可以由人眼或计算机软件来区分。归因于辐射束穿过的材料中的快速变化，从大的水体模表面得到的锐度通常可以由人眼来区分。
示例性方法可以在等中心设备或非等中心设备中实现。在非等中心设备中，辐射源通常被定位在相对于已知参考点(诸如室内等中心)或参考点的已知位置处。在这样的系统中，辐射源可以处于相对于在辐射下的对象的任何距离或任何角度处。为了定位诸如水体模的对象，可以使用利用来自辐射源的辐射采集的图像将水表面与辐射源对准。成像平板可以被集成在例如能够与辐射源同步移动的设备中。备选地，成像平板可以是独立的设备。成像平板位置可以是相对于参考点已知的，但是那不是所要求的。在任一情况下，诸如水体模表面的对象的位置可以由最小半影发生处来确定，最小半影发生处由人眼或由计算机软件基于所采集的图像来标识。
为了使用上述的相同平板来验证对象的预期位置，根据如下文将描述的针对等中心的机载成像器设备的示例和说明，可以使用成像平板位置以及相对于参考点的定位以及角度。
本发明内容被提供以通过简化的形式介绍所选择的实施例，并且不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特性，也不旨在被用作确定所要求保护的主题的范围的辅助。呈现所选择的实施例仅是为了给读者提供本发明可能采取的某些形式的简要总结，而不旨在限制本发明的范围。本公开的其他方面和其他实施例在具体实施方式的部分中描述。
附图说明
在结合下文提供的附图和所附权利要求阅读以下具体实施方式时，这些特征和优点以及各种其他特征和优点将被更好理解，其中：
图1图示了可以实现本公开的方法的各种实施例的辐射系统；
图2是示出根据本公开的实施例的用于体模设置和SSD验证的示例性方法的流程图；
图3示意性地示出了根据本公开的实施例的用于SSD验证的体模设置；
图4示意性地示出了根据本公开的特定实施例、被定位在非零度的预先确定的机架角度处、用于体模设置的SSD验证的辐射源；
图5示意性地示出了根据本公开的另一特定实施例、被定位在非零度的预先确定的机架角度处、用于体模设置的SSD验证的辐射源；
图6示意性地示出了根据本公开的又一特定实施例、被定位在非零度的预先确定的机架角度处、用于体模设置的SSD验证的辐射源；
图7示出了根据本发明的实施例、使用来自被定位在机架角度处的辐射源的辐射、针对位于各种SSD处的体模而采集的图像；
图8示出了根据本发明的实施例、使用来自被定位在各种机架角度处的辐射源的辐射、针对位于特定SSD处的体模而采集的图像；
图9示出了根据本发明的实施例、使用来自被定位在各种机架角度处的辐射源的辐射、针对位于另一特定SSD处的体模而采集的图像；
图10示意性地示出了根据本公开的备选实施例的体模设置和SSD验证；以及
图11示意性地示出了根据本公开的又一备选实施例的体模设置和SSD验证。
具体实施方式
描述了用于体模设置和源到表面距离(SSD)验证的方法和系统的各种实施例。应当理解，本公开不限于所描述的特定实施例。结合特定实施例描述的方面不必限于该实施例，并且可以在任何其他实施例中实践。
参考附图描述了各种实施例。应当注意，一些附图不一定按比例绘制。附图仅旨在有助于具体实施例的描述，并且不旨在作为穷尽描述或作为对本公开范围的限制。此外，在附图和描述中，可以阐述具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。对于本领域的任一普通技术人员来说清楚的是，可以不采用这些具体细节中的一些来实践本公开的实施例。在其他情况下，可能未示出或详细描述众所周知的组件，以避免不必要地模糊本公开的实施例。
除非另外具体限定，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有本领域的普通技术人员通常理解的含义。如在说明书和所附权利要求中所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指代。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”是指非排他性的“或”。术语“第一”或“第二”等可以被用来区分一个元素和另一个元素。除非上下文另有明确说明，否则术语“第一”或“第二”的使用不应当被解释为以任何特定的顺序。此外，可以在流程图或权利要求中指定的一系列步骤中描述方法。应当注意，除非上下文另有明确说明，否则在实现方法时不必以特定顺序执行这一系列步骤。
如本文所使用的，术语“辐射源”是指可操作以生成辐射(包括但不限于X射线、伽马射线、质子、重离子和电子等)的源。作为示例，辐射源可以包括：在由来自电子加速器的电子撞击时产生X射线辐射的靶或金属组件。辐射源可以是：可操作以产生适用于治疗或成像或两者的辐射的源。
如本文所使用的，术语“机架”是指被配置为承载或支撑辐射源的结构。术语“机架角度”是指从水平轴查看时，由机架支撑的辐射源相对于垂直轴的角度位置，支撑辐射源的机架可以围绕该水平轴旋转。在以下的描述和权利要求中，可以在描述各种实施例时阐述特定度数的机架角度或轴。应当注意，对机架角度或轴的特定度数的参考包括与所述特定度数相差正0.1度或负0.1度内的度数。
如本文所使用的，术语“源到表面距离”(SSD)是指：从在机架角度处的辐射源到诸如体模的对象的表面上的点的距离。术语“源到等中心距离”(SID)是指从辐射源到等中心的距离。在以下的描述和权利要求中，可以在描述各种实施例时阐述特定值的SSD或SID。应当注意，对SSD或SID的特定值的参考包括与所述特定距离相差正0.1毫米或负0.1毫米内的距离。
如本文所使用的，术语“体模”是指以下对象，该对象仿真穿过使用测试下的辐射机器的组织等效物、骨骼等效物、肌肉等效物、金属或其他材料的辐射衰减。在验收测试、射束调试、射束调谐、剂量校准和各种质量保证任务中，体模在辐射机器的评估期间接收辐射剂量。体模包括但不限于：用于射束调试的水箱体模，具有矩形形状的水等效物固体块，具有类人形状(拟人形)的体模(其还可以具有仿真组织、肌肉、骨骼和金属植入物的各种材料)，以及任何其他合适的质量保证(QA)设备。体模可以是长方体、立方体、圆柱体、球体、棱柱或多面体的形状，或任何其他规则或不规则形状。体模可以包括平坦表面或弯曲表面或平坦表面和弯曲表面的组合。
本文公开的是一种用于使用利用规定的机架旋转的辐射图像采集来进行体模设置和SSD验证的新方法。针对配备有机载成像器的辐射装置，所公开的方法利用以下配置的优势：该机器是图像引导的辐射治疗系统。
图1描绘了其中可以实现根据本公开的方法的实施例的示例性辐射系统100。辐射系统100可以是治疗系统、成像系统、仿真系统、研究和开发系统、或任何其他合适的辐射系统。在一般的配置中，辐射系统100包括辐射源102和成像器104。诸如患者或体模的对象106被放置在支撑件108上。两个或更多个激光器110可以被提供，以促进对象106相对于辐射源102和/或等中心116的设置。
辐射源102可以是可操作以产生辐射的任何合适的源，辐射包括但不限于X射线、伽马射线、质子、重离子和电子等。作为示例，辐射源102可以包括在由来自电子加速器的电子撞击时产生X射线辐射的靶或金属组件。由辐射源102产生的辐射可以适用于治疗或成像，或者可以具有兆伏(MV)或千伏(KV)的能量级。虽然未被示出，但是辐射系统100可以包括准直器，该准直器被配置为限定由源102生成的辐射的大小、形状或角度。例如，准直器可以具有例如从5度到20度的范围的准直角。
辐射源102可以由机架112支撑。如由虚线114所指示的，机架112在将辐射源102定位在机架角度处的过程中，可以围绕穿过等中心116的轴115旋转。机架112可以是C形臂的形状，辐射源102可以以悬臂方式被安装在该C形臂上。机架112也可以是具有开口的螺旋管或环的形状，以允许对象106的至少一部分延伸穿过机架112。在一些实施例中，支撑辐射源102的机架112可以跨环形结构或在环形结构上旋转。环形结构可以是提供圆形旋转轨道或弧形旋转轨道的完整环形结构或部分环形结构。在备选实施例中，机架112可以是具有多个运动自由度的机器人臂的形式。例如，铰接式机器人臂可以具有四个、五个或六个旋转自由度。被安装在铰接式机器人臂上的辐射源102可以被定位在多个已知位置或节点中的一个位置或节点处，该一个位置或节点可以处于相对于对象106和/或室内参考点的任何距离或角度处。这样的系统可以被称为非等中心系统。
成像器104可以被可操作地放置为与辐射源102相对。成像器104可以被安装在机架112上或者与源102同步旋转。备选地，成像器104不被安装在机架112上或者是独立设备。在一些实施例中，成像器104可以是被配置为利用具有兆伏(MV)的能量级的辐射来采集图像的电子射野成像设备(EPID)。备选地，成像器104可以被配置为利用具有千伏(kV)的能量级的辐射来采集图像。成像器104可以是本领域中已知的平板成像器。
两个或更多个激光器110可以被提供，以促进患者或体模设置。两个或更多个激光器110可以被放置在辐射系统100被定位的房间的侧壁和/或天花板上。在环形机架的实施例中，激光器110也可以被放置在包围旋转源和成像器的外罩上。两个或更多个激光器110可以被安装为使得来自激光器110的光可以在等中心点116处相交。
支撑件108可以包括患者床118和平台120，平台120可以在多个自由度上移动。例如，床118可以垂直移动，从而允许对象106被上下移动。平台120可以水平移动，从而允许对象106在定位过程中被纵向和/或横向移动。平台120在将对象106相对于辐射源102来定位的过程中，可以旋转，例如偏转、俯仰和滚动。床108也可以通过基座构件(未示出)在地面上旋转。在备选实施例中，支撑件108可以是：被构造或被配置为来支撑用于各种测试或QA任务的体模或QA设备的结构。支撑件108的移动可以经由离支撑件108远程定位的控制台(未示出)来控制。如本文所使用的，术语“远程定位”或其语法等效内容是指：被定位在与支撑件或源所位于的房间分开的地方。作为示例，控制台可以被远程定位在与支撑件118所位于的治疗室、成像室或仿真室分开或从其被屏蔽的控制室中。
对象106可以是患者、体模或用于各种质量保证(QA)任务的任何合适的设备。作为示例，对象106可以是水体模，水体模包括用于容纳水的水箱以及对应的扫描系统。水的水平面可以通过增加或减少水箱中的水量来调整。水体模可以包括：探头或辐射探测器，以及例如在水中水平地和/或垂直地移动探头的机构。通过利用在水体模中的不同位置处的探头来测量辐射剂量，可以表征辐射束的特征或轮廓。对象106可以是包括多个块的固体水体模，多个块可以被单独添加或移除，以调整体模的水平高度。对象106还可以是其他类型的体模或包含辐射探测器的QA设备，该辐射探测器提供表示来自辐射源102的射束的特征的测量数据。
如上文所讨论的，对于实现辐射束调谐、剂量校准和射束调试，期望精确的体模设置。例如，精确地知道源到表面距离(SSD)对于辐射装置的剂量校准是重要的。本公开的实施例提供了一种基于辐射图像的方法，以促进体模设置，并以亚毫米精度来验证SSD。
图2是图示根据本公开的实施例的用于体模设置和SSD验证的示例性方法200的流程图。虽然将参考图1中所示的示例性系统100来描述方法200，但是方法200可以在任何其他合适的等中心系统或非等中心系统中实现。
方法200可以通过将体模106定位在支撑件108上来开始(步骤202)。支撑件108可以是上文结合图1描述的被配置用于治疗或成像的患者支撑件。备选地，支撑件108可以是被构造成支撑用于辐射装置的各种测试的体模或QA设备的结构。
体模106可以被定位在支撑件108上，使得体模的表面被水平地调平。在本公开的各种实施例中，体模106包括水体模，并且水体模的表面可以借助其流动性而被水平地调平。其他类型的体模或QA设备可以通过例如调整支撑件108和/或使用激光器110等而被水平地调平。
体模106的水平表面可以被初始定位为至少接近期望的SSD。例如，可以移动或调整体模106，使得体模的水平表面被大致定位在100厘米或95厘米或90厘米的SSD处，如通常用于各种QA测试或临床应用的。体模106的位置可以通过例如从被远程定位的控制台来垂直移动支撑件108或通过改变体模的量而被调整。例如，水体模的表面水平可以通过增加或减少水箱中的水量而被调整。固体水体模的表面水平可以通过添加或移除单独的体模块而被调整。备选地，支撑件108可以被垂直移动，以调整体模108的水平表面的水平。任何合适的方式或其组合可以被用于使体模106的水平表面靠近期望的SSD位置。
可以通过激光器110的使用来促进体模表面的初始定位。例如，水体模的水箱可以由激光器110照射，其中线指示期望的位置水平，例如，100厘米的SSD。虽然激光线可能不能精确地反映SSD位置，因为激光器可以被安装到不是与辐射源的准确接口的机械结构上，但是借助于激光器把水例如添加到靠近期望的SSD位置(例如小于100厘米的SSD)的水平处，可以减小支撑件在后续的验证和调整中的移动程度，这可以有利于避免在辐射源和体模之间的间隙受限的情况下的碰撞。
参见图2，在步骤204处，辐射源102被定位在与期望的SSD相关的机架角度处。总体上，辐射源102被定位在预先确定的机架角度处，使得来自辐射源102的辐射射线与位于期望的SSD处的水平表面相切或对准。
图3示意性地示出了辐射源102的定位。辐射源102可以由机架来旋转。作为示例，如图所示，机架可以使辐射源102围绕等中心116旋转，例如从零度的机架角度到非零度的机架角度。可以与源102同步地被旋转的成像器104可操作地被定位为与辐射源102相对。来自源102的辐射122由准直器124瞄准，并且穿过体模106和诸如空气或其他气体介质的周围介质，沉积在成像器104上形成图像。在预先确定的机架角度处，辐射122的射线126可以与被定位在SSD的期望值处的水平表面相切或对准，该预先确定的机架角度可以如下面将更详细地描述地被计算。在图3中，体模106的水平表面被指示为在128处。探头或剂量探测器被指示为在117处。如果体模106的水平表面128被精确地设置在期望的SSD处，则辐射的射线126将与体模106的水平表面128相切或对准，并且沉积在成像器104上，形成示出体模106和周围介质之间的清楚的清晰接合的图像。当发生相切配置时，穿过周围的介质-体模接合的辐射的半影最小，因此得到的接合图像是清晰的。另一方面，如果体模106的水平表面128被设置为偏离期望的SSD，则来自在机架角度处的源102的辐射射线将不与体模106的水平表面128相切或对准。因此，由于穿过体模和周围介质之间的接合的辐射的散射效应，图像在成像器104上形成的、示出体模106和周围介质之间的接合的部分将是模糊的。当不发生相切配置时，归因于散射，穿过周围介质-体模接合的辐射的半影很大，因此得到的接合图像是模糊的。
根据三角学原理可以预定义机架角度。如图3所示，在由源102、角度(α)、边a、边b和边c限定的三角形中，关系可以定义为sin(α)＝c/b，其中边a在位于期望的SSD的水平表面上，边b穿过等中心116，并且边c垂直于边a。对于实施例的描述，本文使用DSSD来表示SSD的期望值，并且使用DISO来表示等中心116和辐射源102之间的距离。因此，该关系也可以被表达为sin(α)＝(DISO-DSSD)/DISO或alpha(α)＝arcsin(DISO-DSSD)/DISO。
因此，可以根据以下等式来预定义机架角度：
90-arcsin(DISO-DSSD)/DISO (I)
或
270+arcsin(DISO-DSSD)/DISO (II)
等式(I)和等式(II)可以被用来计算或预定义辐射源102的机架角度，以用于根据所公开的方法的对任何期望的SSD的验证。
图4示意性地示出了用于确定辐射源的机架角度以验证在100厘米的SSD处的体模设置的具体示例。在图4所示的示例中，体模106包括探头或辐射探测器117和在水箱107中容纳的水。在具有距离源102100厘米的等中心116的辐射系统中，如果用于体模设置的期望的SSD是100厘米，则如根据上述等式(I)或等式(II)所计算的，机架角度将是90度或270度。换言之，将源102定位在90度或270度的机架角度处将允许源102与位于100厘米的SSD期望值处的水平表面垂直对准，或允许来自源102的辐射的射线126与位于期望的100厘米的SSD处的水平表面相切或对准。如下文将更详细地示出的，如果体模或水面实际上或精确地被设置在100厘米的SSD处，则来自源102的辐射的射线126将与体模表面相切或对准，并且沉积在成像器104上，形成示出体模106与周围介质之间的清楚的清晰接合的图像。
图4进一步示出：如果将体模表面设置为偏离期望的100厘米的SSD，例如，在95厘米或90厘米的SSD处，那么来自以下源102的辐射不提供任何与位于95厘米或90厘米的SSD处的水平表面相切或对准的辐射的射线，如用于验证在100厘米的SSD处的体模设置而所预定义的，该源102被定位在90度或270度的机架角度处。如下文将更详细示出的，利用来自被定位在90度或270度的机架角度处的源的辐射被采集的图像将示出模糊的体模-周围介质接合。
图5示意性地示出了用于确定辐射源的机架角度，以使用本公开的方法验证90厘米的SSD处的体模设置的另一具体示例。根据等式(I)和等式(II)，对于90厘米的SSD的期望值，将辐射源定位在84.3度或275.7度的机架角度处将提供具有与位于90厘米的SSD处的水平表面相切或对准的射线的辐射束。因此，如下文将更详细示出的，如果体模表面实际被设置在期望的90厘米的SSD处，则来自被定位在84.3度或275.7度的机架角度处的源102的辐射将产生示出无噪声或无散射的体模-周围介质接合的图像，该接合由锐利的对比度表征。
图5进一步示出：在所采集的图像上，体模-周围介质接合的位置将从投影的等中心线偏移(L)。如图所示，在由角度alpha(α)、边x、边y和边L限定的三角形中，关系可以被表达为cos(α)＝x/L或cos(α)＝(DISO-DSSD)/L。因此，可以根据以下等式(III)确定体模-周围介质接合在所采集的图像上从投影的等中心线的偏移(L)：
L＝(DISO-DSSD)/Square root of{1-[(DISO-DSSD)/DISO]2} (III)
在图5所示的具体示例中，根据等式(III)计算，在所采集的图像上，体模-周围介质接合从投影的等中心线的偏移(L)是10.0504厘米。
图6示意性地示出了用于确定辐射源的机架角度，以用于使用本公开的方法验证95厘米的SSD处的体模设置的另一具体示例。根据等式(I)和等式(II)，对于体模表面在期望的95厘米的SSD值处的验证，将源102定位在87.1度或272.9度的机架角度处将提供具有与位于95厘米的SSD处的水平表面相切或对准的辐射射线的辐射。因此，如下所示，如果体模表面实际被设置在期望的95厘米的SSD处，则来自被定位在87.1度或272.9度的机架角度处的源102的辐射将产生示出无噪声或无散射的体模-周围介质接合的图像，该接合由锐利的对比度表征。
此外，在图6所示的具体示例中，如根据等式(III)计算的，在所采集的图像上，体模-周围介质接合从投影的等中心线的位置偏移(L)是5.0063厘米。
返回图2，在步骤206处，采集示出体模-周围介质接合的图像。图像可以通过本领域已知的诸如平板成像器的成像器而被采集。在一些实施例中，成像器可以是被配备在治疗系统中的电子射野成像设备(EPID)。因此，可以使用来自治疗辐射源的具有兆伏的能量级的辐射来采集图像。在备选实施例中，可以使用来自成像源的具有千伏的能量级的辐射来采集图像。
在步骤208处，执行验证，以确定体模表面是否被设置在期望的SSD处。根据本公开的实施例，验证可以基于所采集的、对示出体模-周围介质接合的图像的分析。例如，分析可以包括通过人眼或计算机软件查看或分析示出体模-周围介质接合的图像的对比度。分析可以包括：确定图像上的体模-周围介质接合是否模糊——指示体模表面未被精确地设置在正确的SSD处，或者确定图像上的体模-介质接合是否锐利或清晰——指示体模表面被精确地设置在期望的SSD处。分析还可以包括：测量体模-周围介质接合在所采集的图像上从方格图的等中心线的位置偏移。有利地，验证是基于成像的，去除了对场光、光学距离指示器或常规验证方法所需的任何机械工具的需要。验证可以在位于治疗室外的控制台上进行，显著减少操作者在房间或治疗室内花费的时间。
图7示出了使用来自在90度的机架角度处的源的辐射来采集的固体水体模的三个图像。图像是从被设置在不同SSD处的固体水体模采集的。顶部的图像示出：在等平面上的清楚且清晰的体模-空气接合，指示体模表面被精确地设置在期望的100厘米的SSD处。作为比较，中间的图像示出从等平面向左偏移的模糊的体模-空气接合，中间的图像是在体模表面被设置在95厘米的SSD处时被采集的。底部的图像也示出从等平面进一步向左偏移的模糊的体模-空气接合，底部的图像是在体模表面被设置在90厘米的SSD处时被采集的。
图8示出了被设置在90厘米的SSD处的固体水体模的两个图像。图像是使用来自被定位在不同机架角度处的辐射源的辐射来采集的。底部的图像利用来自在90度的机架角度处的源的辐射被采集，示出从等平面向左偏移的模糊的体模-空气接合。顶部的图像利用来自在84.3度的机架角度处的源的辐射来采集，84.3度是基于90厘米的SSD的期望值、根据等式(I)来预定义的，如所预期的，顶部的图像示出了从等平面向左偏移的清楚的清晰体模-空气接合。
图9示出了被设置在95厘米的SSD处的固体水模型的两个图像。图像是使用来自被定位在不同机架角度处的辐射源的辐射来采集的。底部的图像使用来自在90度的机架角度处的源的辐射来采集，示出从等平面向左偏移的模糊的体模-空气接合。顶部的图像利用来自在87.1度的机架角度处的源的辐射来采集，87.1度是基于95厘米的SSD的期望值、根据等式(I)来预定义的，如所预期的，顶部图像示出了从等平面向左偏移的清楚的清晰体模-空气接合。
返回图2，在步骤210处，如果验证确认体模106被正确地设置在期望的SSD处，则该过程可以在212处结束。如果验证确认体模106被设置在偏离期望的SSD的位置处，则该过程可以继续到步骤214，以进一步调整体模106的位置，以便将体模置于期望的SSD处。如上所述，可以通过移动支撑件108和/或通过增加或减少体模106的量来调整体模106的位置。然后，该过程可以继续到步骤206，重复采集体模图像的步骤，基于对所采集的图像的分析来验证SSD，直到验证确认体模被精确地设置在期望的SSD处。如本文所使用的，在根据本公开的实施例的体模设置和SSD验证的上下文中的术语“精确”指的是亚毫米级。作为示例，机架旋转中的0.1度误差转换为针对体模表面位置的0.1毫米误差，该误差可以使用本公开中描述的方法在所采集的图像上被标识。
已经描述了用于验证对象的源到表面距离的方法的实施例。所公开的方法使用利用规定的机架旋转进行的图像采集，以在所采集的图像上标识周围介质-体模接合，并且确认接合在离等中心平面的预期距离处。基于图像的SSD验证方法快速、无人为错误、并且不要求任何附加的测量工具或附件。如果期望图像具有小的床偏移(例如小于1毫米)，则该方法可以被应用在迭代循环中以仔细检查SSD对准。根据本公开的使用图像采集来验证SSD的过程可以非常快。例如，MV图像仅要求1至2个机器单元(MU)的递送。在约45MU/min的剂量输送率的情况下，SSD验证任务可以在不超过3秒的时间内被完成。
基于图像的SSD验证可以使用机载成像系统来执行，通过从辐射装置去除光学距离指示器(ODI)或场光而带来相当大的成本节省，因此实现了对屏蔽组件的优化，在传统辐射系统中，屏蔽组件具有空腔和复杂形状以适应场光和ODI。例如，通过在辐射系统中去除光场所需要的镜子，可以在靠近射束孔径处显著改善辐射屏蔽。此外，验证SSD不需要特定的工具或附件，因为在现代的图像引导辐射治疗系统中，成像器已经与辐射机器集成，并且图像采集可以通过控制系统被完全启用。
图10示意性地示出了根据本公开的备选实施例的体模设置和SSD验证。在图10中，由支撑件208支撑的体模206被示为具有弯曲表面的圆柱形状。被定位在第一机架角度(αTx)的辐射源202限定了从源202到体模206的弯曲表面上的点228的源到表面距离(DSSD)。第一机架角度可以是用于治疗的角度或用于各种QA测量的角度。第一机架角度可以是任何已知的角度。根据本公开，辐射成像可以被用来设置体模206，并且验证体模206是否被定位在SSD的期望值处。
根据本公开的实施例，辐射源202可以被定位在预先确定的第二机架角度处，被指示为在G1或G2处，使得来自源202的辐射射线226与位于期望的SSD处的虚构弯曲表面上的虚构点相切。如果体模206被正确地设置在SSD的期望值处，则来自第二机架角G1或G2处的源202的辐射射线226与体模206的弯曲表面上的点228相切，形成示出了体模206和周围介质之间的锐利或清晰的接合的图像，因为所得的半影最小。另一方面，如果体模206没有被设置在正确的SSD处，则来自第二机架角度处的源206的辐射射线226将不与体模206的弯曲表面上的点228相切。因此，由于穿过接合的辐射的散射效应引起的大的半影，所形成的图像的、示出体模206和周围介质的接合的部分将是模糊的。
根据三角学原理，可以预先确定在G1或G2处的辐射源202的第二机架角度。如图10所示，在由G1处的源202、角度(α)、边a、边b和边c限定的三角形中，其中边a与虚构点相切，边b穿过等中心216，并且边c垂直于边a，关系可以被定义为sin(α)＝c/b或sin(α)＝(DISO-DSSD)/DISO，其中DSSD表示SSD的期望值，DISO表示等中心216与辐射源202之间的距离。因此，该关系也可以被表达为alpha(α)＝arcsin(DISO-DSSD)/DISO。
因此，根据以下等式，可以预先确定在G1或G2处的辐射源202的第二机架角度：
(αTx)+{90-arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (IV)
或
(αTx)+{270+arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (V)
其中αTx表示第一机架角度，DSSD表示SSD的期望值，DISO表示等中心与辐射源之间的距离。
图11示意性地示出了根据本公开的又一备选实施例的体模设置和SSD验证。在图11中，由支撑件308支撑的体模306被示出为具有多个平坦侧表面的多边形形状。被定位在第一机架角度(αTx)处的辐射源302限定了从源302到体模306的侧表面328的源到表面距离(DSSD)。第一机架角度可以是用于治疗的角度或者用于各种QA测量的角度。第一机架角度可以是任何已知的角度。根据本公开，辐射成像可以被用来设置体模306，并且验证体模306是否被定位在SSD的期望值处。
根据本公开的实施例，辐射源302可以被定位在预先确定的第二机架角度处，被指示为在G1或G2处，使得来自源302的辐射射线326与位于期望的SSD处的虚构侧表面对准。如果体模306被正确地设置在SSD的期望值处，则来自第二机架角G1或G2处的源302的辐射射线326与体模306的侧表面328对准，形成示出了体模306和周围介质之间的锐利或清晰的接合的图像，因为所得的半影最小。另一方面，如果体模306没有被设置在正确的SSD处，则来自第二机架角度处的源306的辐射束将不与体模306的侧表面328对准。因此，由于穿过体模306的辐射的散射效应引起的大的半影，所形成的图像的、示出体模306和周围介质的接合的部分将是模糊的。
类似于图10中所示的实施例，根据以下等式，可以预先确定在G1或G2处的源302的第二机架角度：
(αTx)+{90-arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (IV)
或
(αTx)+{270+arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (V)
其中αTx表示第一机架角度，DSSD表示SSD的期望值，DISO表示等中心与辐射源之间的距离。
图10和图11示出了本公开的方法的实施例可以有利地用于设置具有各种形状或配置的体模。可以针对被水平地或非水平地定位的、包括平坦的和/或弯曲的表面的体模来执行源到表面距离的验证。
结合图1至图11，已经描述了用于体模设置和SSD验证的方法的各种实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，更多或更少的步骤、动作或过程可以被合并入该方法中。除非另有明确说明，否则本文所示和所述的块的布置不暗示特定的顺序。还应当理解，可以在机器可执行的指令(例如，软件)中实现结合图1至图11所描述的方法。该指令可以用于使得用该指令编程的通用处理器或专用处理器执行所描述的操作。备选地，操作可以由包含用于执行操作的硬连线逻辑的特定硬件组件来执行，或者由被编程的计算机组件和定制硬件组件的任何组合来执行。该方法可以被提供为计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括其上存储有指令的机器可读介质，该指令可以用于对计算机(或其他电子设备)进行编程以执行该方法。出于本说明书的目的，术语“机器可读介质”应当被视为包括：能够存储或编码由机器执行的指令序列，并且使机器执行本发明的方法中任一方法的任何介质。因此，术语“机器可读介质”应被视为包括但不限于：固态存储器、光盘和磁盘。此外，在本领域中通常提及一种形式或另一种形式的(例如，程序、步骤、过程、应用、模块、逻辑等)软件，作为采取动作或引起结果。这样的表达仅是说计算机执行软件使计算机的处理器执行动作或产生结果的简写方式。
本领域技术人员将理解，在本发明的精神和范围内，可以进行各种其他修改。所有这些或其他变型和修改都是发明人所预期的，并且在本发明的范围内。

Claims (37)

1.一种方法，包括：
将体模相对于辐射源定位在支撑件上，使得所述体模的表面被水平地调平，所述辐射源由围绕等中心可旋转的机架来支撑；
将所述辐射源定位在至少基于SSD的期望值被预先确定的机架角度处，其中所述辐射源在所述机架角度处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的水平表面对准；
使用来自所述预先确定的机架角度处的所述辐射源的所述辐射，采集至少示出所述体模的所述表面的一部分的图像；
基于对所述图像的分析，验证所述体模的所述表面是否被定位在所述SSD的期望值处。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述机架角度根据以下等式(I)或等式(II)被预先确定：
90-arcsin(DISO-DSSD)/DISO (I)
或
270+arcsin(DISO-DSSD)/DISO (II)
其中DSSD表示所述SSD的期望值，并且DISO表示从所述辐射源到所述等中心的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述SSD的期望值是100厘米，并且其中所述辐射源的所述定位包括：将所述辐射源定位在90度或270度的机架角度处。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述SSD的期望值是95厘米，并且其中所述辐射源的所述定位包括：将所述辐射源定位在87.1度或272.9度的机架角度处。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述SSD的期望值是90厘米，并且其中所述辐射源的所述定位包括：将所述辐射源定位在84.3度或275.7度的机架角度处。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源是可操作的，以产生具有兆伏(MV)的能量级的辐射，并且其中所述采集包括：利用来自所述辐射源的具有MV的能量级的所述辐射来采集所述图像。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述采集包括：使用与所述辐射源同步地可旋转的成像器来采集所述图像。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源由大体是C形的所述机架支撑。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源由大体是环形的所述机架支撑。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述辐射源由跨在大体是环形的结构上的所述机架支撑。
11.根据权利要求1所述的方法，其中对所述图像的所述分析包括：查看所述图像的至少一部分的对比度，所述对比度示出了所述体模与周围介质之间的接合。
12.根据权利要求11所述的方法，其中对所述图像的所述分析包括：测量所述体模与所述周围介质之间的所述接合的位置，并且将所测量的所述位置和由以下等式(III)确定的值(L)进行比较：
L＝(DISO-DSSD)/Square root of 1-[(DISO-DSSD)/DISO]2 (III)
其中DSSD表示所述SSD的期望值，并且DISO表示从所述辐射源到所述等中心的距离。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述验证在从所述体模远程定位的控制台处被执行。
14.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述验证确认所述体模的所述表面没有被定位在所述SSD的期望值处，则所述方法还包括：调整所述体模的位置，并且重复以下步骤：采集图像和基于对所述图像的分析进行验证。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述调整和所述重复在从所述体模远程定位的控制台处被控制。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述体模的位置的所述调整包括：垂直地移动所述支撑件。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述体模包括水体模，并且所述体模的位置的所述调整包括：增加或减少所述水体模中的水量。
18.一种方法，包括：
将对象相对于第一机架角度处的辐射源定位在支撑件上，使得源到表面距离(SSD)在所述第一机架角度处的所述辐射源和所述对象的表面的点之间被限定，所述辐射源由旋转的机架支撑；
将所述辐射源定位在至少基于SSD的期望值被预先确定的第二机架角度处，其中在所述第二机架角度处的所述辐射源的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的表面对准，或与被定位在所述SSD的期望值处的表面上的点相切；
使用来自所述第二机架角度处的所述辐射源的所述辐射，采集至少示出所述对象的所述表面的一部分的图像；
基于对所采集的所述图像的分析，验证所述对象的所述表面上的所述点是否被定位在所述SSD的期望值处。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二机架角度根据以下等式(IV)或等式(V)被预先确定：
(αTx)+{90-arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (IV)
或
(aTx)+{270+arcsin(DISO-DSSD)/DISO} (V)
其中aTx表示所述第一机架角度，DSSD表示SSD的期望值，并且DISO表示从所述等中心到所述辐射源的距离。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一机架角度包括非零度。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述对象的所述表面包括平坦表面，并且所述辐射源在所述第二机架角度处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的虚构平坦表面对准。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述对象的所述表面包括弯曲表面，并且所述辐射源在所述第二机架角度处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的虚构弯曲表面上的虚构点相切。
23.根据权利要求18所述的方法，其中所述辐射源是可操作的，以产生具有兆伏(MV)的能量级的辐射，并且其中所述采集包括：利用来自所述辐射源的具有MV的能量级的所述辐射来采集所述图像。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述采集包括：使用与所述辐射源同步地可旋转的成像器来采集所述图像。
25.根据权利要求18所述的方法，其中所述辐射源由大体是C形的所述机架支撑。
26.根据权利要求18所述的方法，其中所述辐射源由大体是环形的所述机架支撑。
27.根据权利要求18所述的方法，其中所述辐射源由跨在大体是环形的结构上的所述机架支撑。
28.根据权利要求18所述的方法，其中对所述图像的所述分析包括：查看所述图像的至少一部分的对比度，所述对比度示出了所述对象和周围介质之间的接合。
29.根据权利要求18所述的方法，其中所述验证在从所述对象远程定位的控制台处被执行。
30.根据权利要求18所述的方法，其中如果所述验证确认所述对象的所述表面上的所述点没有被定位在所述SSD的期望值处，则所述方法还包括：调整所述对象的位置，并且重复以下步骤：采集图像和基于对所述图像的分析进行验证。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述调整和所述重复在从所述体模远程定位的控制台处被控制。
32.一种方法，包括：
将辐射源定位在已知位置处，其中所述辐射源在所述已知位置处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在SSD的期望值处的表面对准，或与被定位在SSD的期望值处的表面上的点相切；
将对象定位在支撑件上，使得所述对象的表面上的点被定位在所述SSD的期望值处或接近所述SSD的期望值；
使用来自所述已知位置处的所述辐射源的所述辐射，采集示出所述对象的所述表面的至少一部分的图像；
基于对所述图像的分析，验证所述对象的所述表面上的所述点是否被定位在所述SSD的期望值处。
33.根据权利要求32所述的方法，其中对所述图像的所述分析包括：在所述图像的、示出所述对象和周围介质之间的接合的至少一部分上分析半影。
34.根据权利要求32所述的方法，其中如果所述验证确认：所述对象的所述表面或所述对象的所述表面上的所述点没有被定位在所述SSD的期望值处，则所述方法还包括：调整所述对象的位置，并且重复以下步骤：采集图像和基于对所述图像的分析进行验证。
35.根据权利要求32所述的方法，其中所述对象的所述表面包括平坦表面，并且所述辐射源在所述已知位置处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的平坦表面对准。
36.根据权利要求32所述的方法，其中所述对象的所述表面包括弯曲表面，并且所述辐射源在所述已知位置处的所述定位允许：来自所述辐射源的辐射的射线与被定位在所述SSD的期望值处的弯曲表面上的点相切。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述对象包括水体模。
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