CN110382051B - 具有校准井的机械iort x射线放射系统 - Google Patents

具有校准井的机械iort x射线放射系统 Download PDF

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Abstract

X射线输送系统包括便携式基座单元，机械臂的第一端安装到该便携式基座单元。X射线治疗头设置在机械臂的第二端上。X射线治疗头包括X射线组件，该X射线组件配置为产生X射线波长范围内的治疗性放射。校准井设置在便携式基座单元中的预定位置处。校准井包括可以容纳X射线治疗头的凹槽，并且具有至少一个端口，机械臂可以通过该端口将X射线治疗头插入，用于校准操作。校准井包括多个X射线放射传感元件，这些X射线放射传感元件设置在围绕校准井的周边分布的位置处。

Description

具有校准井的机械IORT X射线放射系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月29日提交的美国临时专利申请62/551,417的权益。
技术领域
本发明的装置涉及放射治疗，并且更具体地涉及用于术中放射治疗的系统和方法。
背景技术
癌症手术可涉及切除癌肿瘤和肿瘤周围的一些正常组织。例如，乳房保留手术(BCS)是一种癌症手术，其中在手术期间去除癌性肿块和周围乳房组织的一部分(与整个乳房相对)。手术后通常进行中等剂量的放射治疗，该治疗旨在从肿瘤床(癌性肿瘤周围的血管和基质组织)根除任何痕量的癌性组织。放疗技术可涉及使用称为外束放射治疗(external beam radiotherapy,EBRT)的技术的外部输送的放射剂量。但是传统的EBRT会增加错过预期目标体积的风险。为了解决这个问题，有时使用术中放射治疗(intraoperative radiotherapy,IORT)。IORT涉及在切除手术期间肿瘤床被暴露并且可接近时将治疗水平的放射应用于该区域。IORT的好处在于它可以将高剂量的放射精确地输送到目标区域，同时最低限度地暴露于周围组织。IORT还避免了与手术切除癌性组织和EBRT之间的时间相关的常见延迟。
当IORT合适时，外科医生将移除癌性肿瘤，之后放射肿瘤学家将放射施加器或治疗头定位在患者体内肿瘤先前所在的区域中。这种治疗头可以在从中除去了癌性肿瘤的肿瘤腔内产生低能X射线。
发明内容
IORT X射线输送系统包括便携式基座单元。机械臂的第一端安装到基座单元，并且X射线治疗头设置在机械臂的远离第一端的第二端上。X射线治疗头包括至少一个X射线组件，该X射线组件配置成产生X射线波长范围内的治疗性放射。校准井(calibrationwell)设置在便携式基座单元中的预定位置处。校准井包括可以接收X射线治疗头的凹槽。校准井具有至少一个端口，机械臂可以通过该端口将X射线治疗头插入，用于校准操作。校准井包括多个X射线放射感测元件(XRSE)，它们设置在围绕校准井的外围分布的位置处。
IORT X射线输送系统还包括控制系统。该控制系统配置为执行至少一个校准过程，该校准过程涉及定位操作，其中机械臂由该控制系统控制，以通过该端口插入X射线治疗头，使得X射线治疗头设置在校准井内的预定校准位置处。该控制系统还配置为在X射线治疗头设置在预定校准位置处期间控制X射线组件以产生具有束图案的X射线发射。该控制系统响应于从XRSE接收到的感测数据，确定由X射线治疗头产生的X射线放射的测量强度和测量束图案中的至少一个，作为X射线发射的结果。
该控制系统将测量强度和测量束图案中的至少一个分别与指定的强度值和指定的束图案进行比较。该控制系统配置为响应于该比较而修改IORT X射线输送系统的至少一个操作参数。根据一个方面，该操作参数是输送治疗剂量的X射线放射的治疗时间的持续时间。根据另一方面，该操作参数是束控制参数，所述束控制参数确定束图案的图案或形状。
在其他情况下，该操作参数可包括机械臂控制参数。例如，这种控制参数可以确定当施加治疗剂量的X射线放射时使用的X射线治疗头的静态位置。该操作参数也可以是运动控制参数，该运动控制参数限定在施加治疗剂量的X射线放射时进行的机械臂的动态运动。在这种情况下，动态运动可以是使治疗头输送到肿瘤床表面的X射线剂量的变化最小化的运动。
该解决方案还涉及一种用于校准IORT X射线输送系统的方法。该方法可以涉及将机械臂的第一端支撑在便携式基座单元上并且将X射线治疗头支撑在机械臂的第二端上，其中X射线治疗头包括至少一个X射线组件，该X射线组件配置为产生X射线波长范围内的治疗性放射。控制系统使机械臂将X射线治疗头插入校准井中，校准井由设置在便携式基座单元中的预定位置处的凹槽限定。然后，控制系统在X射线治疗头设置在校准井中的预定校准位置时激活X射线组件，以从X射线治疗头产生X射线发射。此后，控制系统可以从多个X射线放射感测元件(XRSE)接收传感器数据，所述多个XRSE设置在围绕校准井的周边分布的位置处。该传感器数据被用于确定由X射线治疗头产生的X射线放射的强度和束图案中的至少一个。
在一些情况下，控制系统自动地将测量强度和测量束图案中的至少一个分别与指定的强度值和指定的束图案进行比较。此后，可以操作控制系统，以便响应于该比较自动修改IORT X射线输送系统的至少一个操作参数。例如，该操作参数可以包括输送治疗剂量的X射线放射的治疗时间的持续时间。该操作参数还可以包括束控制参数，其确定束图案的图案或形状。
在其他情况下，该操作参数可以包括机械臂控制参数，其确定在施加治疗剂量的X射线放射时使用的X射线治疗头的静态位置。或者，该操作参数可以被选择为包括运动控制参数。例如，运动控制参数可以限定在施加治疗剂量的X射线放射时进行的机械臂的动态运动。在一些情况下，该动态运动可以被选择为使得由治疗头输送到肿瘤床表面的X射线剂量的变化最小化。
附图说明
本公开将参考以下附图，其中相同的附图标记在所有附图中表示相同的项目，并且其中：
图1是用于理解机械IORT系统的框图。
图2是用于理解使用机械臂和治疗头的机械IORT的实施方式的图。
图3是用于理解控制系统的框图，该控制系统可用于利于如本文所述的机械IORT。
图4是用于理解具有校准井的便携式机械IORT系统的图。
图5是用于理解具有校准井的便携式机械IORT系统的图，X射线治疗头被插入该校准井中用于校准。
图6是示出X射线校准井的某些特征的剖视图。
图7示出其中插入有X射线治疗头的图6的X射线校准井。
图8示出来自X射线治疗头的第一示例性X射线放射图案。
图9示出来自X射线治疗头的第二示例性X射线放射图案。
图10示出可以结合到校准井中的位置感测系统。
图11示出可以包括在校准井的端口处的盖系统。
图12示出一种X射线产生系统，其可与本文公开的便携式机械IORT系统一起使用。
具体实施方式
容易理解，本文描述的系统和方法的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，如附图中所表示的以下更详细的描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表对理解本公开有用的某些示例性情况。虽然在附图中呈现了各个方面，但是除非特别指出，否则附图不一定按比例绘制。
如本文所公开的机械IORT系统包括X射线产生系统，并且包括固定到机械臂的可移动端部的X射线治疗头。当X射线产生系统被激活时，从治疗头发出或放射X射线能量。在一些情况下，X射线治疗头可以设置在细长的施加器主体的尖端处，该施加器主体通过基部固定到机械臂。通过控制一个或多个机械臂关节的位置，机械臂可将治疗头保持在患者体内或体外的固定位置，以进行X射线治疗。例如，机械臂可以控制X射线治疗头的位置以进行与IORT相关的干预。在一些情况下，机械臂的运动可以与患者的呼吸运动同步，使得治疗头总是具有与包括肿瘤床的组织相同的相对位置。机械臂支撑X射线治疗头，并可提供部分或全部必要的设施(utility)通道，以支持IORT功能和操作。例如，机械臂可以提供一个或多个液体导管以利于将盐水输送到可膨胀的球囊并且用于从球囊中排出盐水。
上述系统可以与现在已知的或将来已知的任何X射线放射源一起使用，只要放射X射线能量的治疗头可以被机械臂支持并保持在期望的位置即可。例如，小型化的X射线源可以设置在由机械臂支撑的治疗头中。然而，前述布置的一个优点是它利于使用相对较大尺寸的X射线产生系统来代替小型化的X射线源用于IORT。在2018年3月30日提交的题为“Three-Dimensional Beam Forming X-ray Source”的美国专利申请No.15/941,547中公开了这种较大的X射线产生系统的一个例子，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。较大尺寸的X射线产生系统可以提供微型X射线源的所有益处，但没有与微型X射线源相关的额外成本。对患者的功能结果与设置在柔性导管中的微型X射线源相同。两种情况下的X射线源都会随着身体组织的运动而运动。但是，较大的X射线产生系统的耐用性和较低的成本将大大降低IORT治疗的总体成本。
这里描述的X射线产生系统还可以包括设置在插入到肿瘤腔中的治疗头上的球囊。通过控制盐水流到球囊的内腔，可以使球囊膨胀或收缩。设置在X射线治疗头周围的可膨胀球囊可以帮助确保均匀的放射剂量施加到肿瘤床的所有部分。球囊概念的一个方面是，当适当地膨胀时，它促使包括肿瘤床的所有组织符合由膨胀的球囊限定的大致球形。因此，设置在球囊中心的放射源将与限定肿瘤床的所有组织表面大致等距。如果治疗头产生近似球形或各向同性的放射图案，那么结果将是施加到肿瘤床的所有部分的放射剂量基本上均匀。
在如本文所述的IORT系统中，必须小心控制由X射线源施加到肿瘤床的各个部分的X射线放射的量。但是X射线产生系统由于其设计、故障和/或随时间的功能退化，可能不会产生预期的X射线放射图案和/或强度。这种情况可能导致肿瘤床的不同部分接收的X射线放射水平不一致或者不是预期的。
此外，X射线源的最新发展具有利于在肿瘤腔内的X射线束转向和束成形的潜力。总的来说，这种能力有时在本文中被称为束雕刻。例如，在2018年3月30日提交的题为“Three-Dimensional Beam Forming X-ray Source”的美国专利申请No.15/941,547中公开了一种具有束雕刻能力的X射线产生系统。虽然这种束雕刻能力在如本文所述的IORT情况中提供了许多优点，但它也产生了某些治疗挑战，因为治疗专家必须确定在IORT期间实际产生的束的雕刻形状是明确限定的。在这方面，目前没有好的方法来验证束转向或束雕刻操作已经适当地发生和/或正在向肿瘤床的特定部分输送所需量的X射线放射。
因此，本解决方案涉及一种用于校准IORT的X射线源的系统。该校准系统可以确保所产生的X射线束被正确地雕刻，以便与治疗计划一致。该校准系统还可以为要修改的IORT治疗计划提供基础。例如，这种修改可以涉及将校准系统测得的束的束形状、方向和强度与特定治疗计划指定的X射线束进行比较。基于这样的比较，可以对束雕刻控制参数进行调节，使得实际产生的雕刻X射线束与由治疗计划指定的X射线束更紧密地一致。在其他情况下，可以修改治疗计划以适应实际产生的X射线束的限制或变化。例如，这可以通过调节治疗头的位置、治疗头的取向和组织暴露于X射线束的持续时间来实现。
在一些情况下，治疗头的调节或修改后的位置可以是静态位置，其中治疗头在施加放射治疗期间不移动。然而，机械臂还可以在IORT进行期间利于治疗头的预定运动或移动，以确保肿瘤床的所有部分根据治疗计划接收预定量的放射。在一些情况下，移动可以与X射线放射的施加同时发生。在其他情况下，当机械臂重新定位治疗头时，可以暂时中断X射线放射的施加。在一些情况下，可以应用这些技术来帮助使治疗头输送到肿瘤床表面的X射线剂量的变化最小化。例如，当关于束转向的限制使得束均匀性、形状或方向阻碍实现期望的束时，这种方法可能是有利的。
IORT系统解决方案可包括机械臂附接(attach)于其上的便携式基座单元或推车(例如，带脚轮的可移动推车)。X射线产生系统可包括治疗头，该治疗头固定到机械臂的第一端，机械臂的远离第一端的第二端附接到便携式基座单元。IORT系统(包括机械臂)的电源和控制单元可以集成在基座单元内。
本文公开的解决方案还涉及校准井的使用，校准井被包括作为支撑机械臂的基座单元的一部分。校准井被有利地安装在基座单元中或基座单元上，使得其相对于机械臂具有固定位置。因此，机械臂控制单元总是知道井的位置。井的位置被选择为使得机械臂在被命令时可以将X射线治疗头移动到校准井内的位置。在校准井内，设置有多个X射线放射传感器元件(XRSE)，以测量X射线束强度和/或图案。这些传感器可以设置成衬在限定井的内壁。可以提供一种或多种不同类型的传感器用于此目的(例如，绝对束强度与图案测量)。可以在井内提供位置感测元件，以在X射线治疗头已经移动到井内的位置时验证X射线治疗头的存在和/或位置。
当要评估X射线治疗头的输出(例如，图案和/或场强)时，机械臂被控制单元控制，以将X射线治疗头移动到井中的预定位置。出于本公开的目的，X射线治疗头可以被理解为实际上发出X射线放射用于根治性治疗目的的X射线产生系统的一部分。由于井被直接安装在X射线系统的基座单元中或基座单元上的固定位置，因此控制单元将知道X射线治疗头必须被定位到的精确位置以用于评估目的。机械臂控制系统始终知道机械臂的关节位置。机械臂安装在相对于基座单元的固定位置。因此，机械控制系统将知道将治疗头定位在井内所需的精确机械臂关节位置。因此，包括校准井作为IORT系统基座单元的一部分的一个优点是，检测到的雕刻束图案可以被知晓并且相对于机械臂的位置和取向进行配准。在治疗头从校准井移除之后，治疗头的相对位置和取向总是作为机械臂关节位置的函数而被知晓。因此，放射图案的确切位置和取向也被知晓。当如本文所述执行IORT干预时，该信息可用于确保正确量的X射线放射被引导至肿瘤腔内的不同位置。检测到的束图案也可以用作调节束控制参数以改变束的方向、形状和/或强度的基础。这些束控制参数将根据在特定情况下采用的特定类型的X射线源自然地变化。检测到的束图案也可以用作修改治疗计划的基础。这些修改可以涉及在施加放射治疗期间改变治疗头在伤口腔内的静态位置，和/或在IORT进行的持续时间内动态地改变治疗头的位置。这些修改还可涉及在IORT进行的持续时间内改变治疗头的取向。
设置在井内的XRSE被有利地布置在多个预定位置处。例如，在一些情况下，这些位置可以关于定义x、y和z坐标系的多个正交轴中的每一个而被知晓。当要进行校准操作时，可以通过机械臂控制X射线治疗头的位置，使得治疗头精确地设置在坐标系的原点。在其他情况下，可以根据治疗头的位置动态地确定x，y和z坐标系的原点。在任一种情况下，多个XRSE可以与井内的多个点对准，这些点限定了衬在腔体内部的网格。在某些情况下，整个腔体可以衬有XRSE。然而，解决方案在这方面不受限制，并且在其他情况下，仅整个腔的一部分可以衬有XRSE。仍然有利的是，设置足够数量的XRSE，以便检测围绕X射线治疗头的多个不同方向上的X射线放射。
XRSE将其感测活动的结果传送到控制系统，控制系统监测由每个传感器检测到的X射线放射剂量。每个XRSE在腔体表面上具有已知位置，并且该位置为控制系统所知。因此，控制系统可以确定在从X射线治疗头延伸的径向方向上施加的X射线的精确剂量。通过比较由各XRSE测得的相对强度，可以确定由X射线治疗头产生的束图案。这些结果可以在计算机显示器上显示给治疗专家。因此，治疗专家可以观察由X射线源施加的X射线放射的实际量相对于预期的束图案的任何变化。例如，这可以通过将测得的束图案与预期的束图案进行比较来实现。
在一些情况下，测得的X射线放射图案可以用作控制X射线产生系统的基础，使得由治疗头产生的实际束图案匹配期望的束图案。例如，这可以通过调节X射线产生系统的至少一个特征或控制功能以修改所产生的X射线束来实现。在治疗头处于校准井中时检测放射图案和检测到的强度水平也可以被治疗专家使用，以帮助定位X射线治疗头。例如，在一些情况下，治疗专家可以调节包含X射线源的治疗头的位置，使得X射线放射图案的最小值或最大值指向特定位置。或者，可以定位治疗头以利于肿瘤腔内X射线强度的更均匀性。这可以通过周期性地改变治疗头的位置以考虑到与束相关的各种最小值和最大值来实现。这些调节可以以与使用中的特定X射线产生系统的操作一致的任何合适的方式执行。因此，可以设想，可以手动地、机电地、电子地或通过重新定位机械臂来实现束调节。
将参照示例性系统的附图来描述本公开的各个方面，该示例性系统可以通过单个平台提供治疗性IORT功能，以更好地服务于医生和患者并使其受益。示例性系统可包括多个成像装置和放疗装置，它们协同使用以根据本公开执行IORT。在某些情况下，该系统可涉及使用机械IORT系统。
如下面进一步详细解释的，机械IORT系统可以使用机械臂来帮助确保在IORT期间X射线治疗头的一致位置。机械臂可以响应于与呼吸等相关的患者的自主运动而利于设置在患者体内的X射线治疗头的受控运动。通过使用设置在机械臂中的力传感器，或者利用设置在患者身上的基准标记来跟踪这种运动，可以利于这种运动控制。根据下面的描述，本解决方案的这些和其他特征将变得显而易见。
现在参考图1，其示出了用于理解本发明的机械IORT系统100的高级框图表示。示例性系统100可以包括X射线产生系统，该X射线产生系统包括具有X射线管101的放疗组件102。该系统还包括可选的具有换能器106的超声组件104、具有相关图像捕获装置(ICD)122的光学成像(OI)组件112。该系统还包括机械臂114、可选的患者运动传感器116和可选的盐水控制组件108。在本文所述的一些情况下，系统控制组件110在IORT操作期间引导机械臂114。在一些情况下，这种引导可以基于从患者运动传感器组件116、超声组件104、换能器106、OI组件112和ICD 122中的一个或多个获得的图像和数据。可以使用固定到机械臂的可移动端的X射线施加器或治疗头(图1中未示出)将X射线管101产生的X射线能量施加给患者。
盐水控制组件108可包括泵和一个或多个选择性控制的阀，所有这些都在与系统控制组件相关联的软件和硬件元件的控制下。泵可以连接到盐水溶液的储存器或源。这样，盐水控制组件可以控制盐水流入和流出设置在X射线治疗头上的球囊(图1中未示出)的流动。当要进行IORT操作时，将治疗头(由球囊包裹)插入已经从中除去癌性肿瘤的腔中。然后用盐水使球囊膨胀。在膨胀后，使用X射线管101和放疗组件102将放射施加到由肿瘤床形成的腔的壁上。在施加放射期间，盐水控制组件可以监测和维持球囊内的流体循环和压力。在IORT治疗完成后，盐水控制组件108释放盐水以使球囊收缩，之后将X射线治疗头(连同球囊)从腔中抽出。
机械臂114被有利地选择为机械系统，该机械系统提供围绕多个正交轴(例如，多达七个轴)的运动自由度，并且包括轻型力和扭矩传感器(图1中未示出)，以确保人的安全操作而不需要安全围栏。这种示例性机械可从各种来源商购获得。例如，德国奥格斯堡的库卡机器人有限公司(KUKA)生产能够直接人机协作(HRC)的轻型机器人系列，适用于直接人机交互。这些机器人包括KUKA生产的LBR iiwa型号和/或LBR iisy型号。这种机器人非常适合于本文描述的精细操作，因为它们包括所有六个轴中包含的高级关节扭矩传感器，它们可以检测与物体接触而产生的最轻微的外力，并且可以通过立即降低与机械运动相关的力和速度的水平来响应。
如果提供患者运动感测组件116，则其可包括光学传感器、超声传感器、压力传感器、激光传感器或任何其他类型的传感器，用于监测进行IORT治疗的患者的运动。例如，这种运动可以包括在IORT期间发生的呼吸运动和/或消化系统运动。患者运动传感器组件可以与机械臂114分离并且/或者可以集成到机械臂中以利于这种感测。在一些情况下，来自超声组件104、换能器106、光学成像组件112和图像捕获装置122的数据可用于如本文所述的患者运动感测。来自这些传感器的信息可以代替或结合从患者运动传感器组件116获取的感测数据来使用。
在系统控制组件110接收患者运动传感器数据的情况下，这种信息可用于控制机械臂114。例如，在如本文所述的IORT操作期间，可以根据患者运动感测数据来控制机械臂的运动，以确保X射线治疗头与组织自然运动同步移动。这种自然组织运动可能是由于呼吸或其他身体功能。因此，机械臂将精确地保持X射线治疗头相对于接受放射治疗的肿瘤床的位置。对X射线治疗头的运动和位置的精确控制可以帮助确保肿瘤床的所有区域均匀地暴露于所施加的放射。为了实现该结果，机械臂可以沿着多个运动轴(例如，多达七个运动轴)移动，以维持X射线治疗头在从中移除癌性肿瘤的腔内的相对位置。
IORT放疗组件102可包括X射线管驱动器电路、高压电源、控制电路和使X射线管101产生如本文所述的X射线放射所需的其他组件。在一些情况下，IORT放疗组件102的各部分可以设置在头单元中，该头单元固定在机械臂的可移动端。在一些情况下，X射线管101也可以设置在机械臂的可移动端。放疗组件102可以配置成根据现在已知或将来已知的IORT治疗方法利于对肿瘤床的治疗。在一些情况下，X射线管101有利地配置成利于X射线光子粒子的各向同性源执行对肿瘤床的IORT。在其他情况下，X射线管101可以配置成利于定向X射线束。
在一些情况下，可以有利地选择和有目的地设计X射线管，使得其具有相对小的尺寸，使得其适合在已经从中移除癌性肿瘤的腔内，但它又是鲁棒且足够大的，以承受多次治疗的进行而不会烧坏或失灵。可以使用任何合适的X射线源，只要它满足IORT X射线源的这些已知要求即可。这种商业上可获得的源的一个例子是
Figure BDA0002166964000000111
电子近距离放射治疗(Electronic Brachytherapy)系统，该系统可从加利福尼亚州圣何塞的Xoft,Inc.公司获得。另一种合适的X射线源在2018年3月30日提交的标题为Three-Dimensional BeamForming X-ray Source的美国专利申请No.15/941,547中有所描述，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。
可以作为浅表放疗组件的放疗组件102和X射线管101可以一起包括控制电路、用于X射线管的一个或多个冷却元件、电源、一个或多个高电压发生器、一个或多个可互换的施加器以及与软件计时器协同工作的一个或多个硬件计时器，用于冗余和其他目的。考虑到将本文中使用的X射线管选择为使其针对IORT与肿瘤床组织的相互作用是优化的，并且在较深的组织深度处具有最小的影响。例如，传统的浅表放射治疗(SRT)型X射线单元可用于此目的。可以理解，SRT型X射线单元产生适合于此目的的低能X射线。
在一些情况下，固态X射线束感测组件103可以监测放疗组件102和X射线管101的束输出，以及整个系统稳定性和产出。固态X射线束感测组件103可包括安装在X射线校准井内的一个或多个XRSE。这样，可以通过将治疗头移动到校准井中来评估X射线产生系统的性能。只要系统150需要为了质量控制或整个系统150的诊断目的而被测试，就可以进行这些校准操作。然而，在开始IORT过程之前立即进行这样的校准操作可能是有利的，使得可以确定X射线管101和X射线束的操作的精确和最新特征。
本公开考虑到，除了在系统100中使用基于X射线的放疗之外或作为其替代，可以在系统100中使用任何其他类型的放疗。因此，可以选择用于放疗的组件来支持基于光子的放疗(例如，X射线和伽玛射线)、基于粒子的放疗(例如，电子、质子、中子、碳离子、α粒子和β粒子)或者它们现在或未来可被确定为合适于IORT的任何组合。
如果提供超声组件104，则其可以包括控制电路、系统驱动器、操作控制软件和换能器104，换能器104可以是高频超声换能器，用于肿瘤床的组织成像。超声组件104经由总线和系统驱动器与系统控制组件110的软件通信。在示例性系统100中提供超声组件104和换能器106，以提供与肿瘤床相关的结构或解剖学数据，而不使受试者暴露于电离放射。然而，本公开考虑到，超声组件104和换能器106可以在系统100中用支持也不利用电离放射的任何其他类型的成像技术的组件替换或补充。例如，光学相干断层扫描或激光范围扫描(LIDAR)，仅举几例。
超声组件104可以是能够在可接受的带宽内操作的任何超声装置。例如，超声组件和换能器106可以在大约2MHz到大约70MHz的带宽中操作，并且可以用机电或固态换能器实现。系统100可以提供至少部分地集成在系统100的壳体内的超声组件104，该壳体耦合到数据总线，换能器头106在壳体外部，如关于图2和3所讨论的。超声组件104和系统100的其他组件可以与数据总线通信，以利于将图像数据传送到系统控制组件110和/或显示装置113。合适的接口标准可以用于此目的，如外围组件互连(PCI/PCIe)、通用串行总线(USB/USBII/USBIII/USB-C)、以太网或Firewire。然而，本公开考虑到可以使用任何其他接口和/或通信标准。
光学成像组件112可包括控制电路、系统驱动器、操作控制软件和一个或多个图像捕获装置122，用于对肿瘤床成像。根据一个方面，光学成像组件是光谱成像装置。例如，光学成像组件可包括多光谱成像装置，其捕获多个光学频率的图像数据。这种多光谱成像组件可以被配置为利用来自光谱的可见部分的光能用于成像目的，但是也可以利用来自可见光范围之外的频率的光能(例如，红外和近紫外)。或者，光学成像组件可包括高光谱成像装置，其中从所捕获的图像中的每个像素处的电磁谱捕获光学信息。作为另一替代方案，光谱成像装置可以被配置用于拉曼光谱，其捕获由与肿瘤床内的组织的相互作用产生单色光中的光子频率的变化。作为另一替代方案，光谱成像装置可被配置用于光声成像，其利用非电离激光脉冲或替代光源来将残余腔组织成像。
光学成像组件112经由总线和系统驱动器与系统控制组件110的软件通信。本公开考虑到光学成像组件112和图像捕获装置122可以在系统100中用支持任何其他类型的成像技术的组件替换或补充，用于从肿瘤床组织提取分子或功能信息。例如，生物标志物可用于增强本文所述的光学成像方法的有用性。众所周知，生物标志物可以涉及引入到组织的物质，以利于识别诸如癌症的病状。根据一个方面，生物标志物可包括引入到肿瘤床组织的可以用于诱导视觉上或光学上可检测的变化的任何物质，这种变化可以利于识别癌性细胞。现在已知或未来已知的任何生物标志物都可以与光学成像组件112和一个或多个图像捕获装置122结合使用，只要它可以帮助利于识别与观察中的肿瘤床组织有关的功能数据即可。
光学成像组件112可以至少部分地集成在系统100的外壳内，该外壳耦合到数据总线，一个或多个图像捕获装置122位于外壳的外部，如图2和3所示。光学成像组件112和系统100的其他组件可以利用诸如外围组件互连(PCI/PCIe)、通用串行总线(USB/USBII/USBIII/USB-C)、以太网或Firewire之类的接口标准与数据总线和系统100的相应其他组件通信。然而，本公开考虑到可以使用任何其他接口和/或通信标准。
在一些情况下，系统100利用具有换能器106的超声组件104来扫描和成像肿瘤床，以获得关于关注区域的结构或解剖信息。该系统还可以利用具有图像捕获装置122的光学成像组件112对同一体积进行光学扫描和成像，以获得与皮肤组织或其部分有关的功能和/或代谢信息。如本文所用，本文提及的功能和/或代谢信息可包括与特定细胞或细胞群中的生物学功能、行为或工作过程有关的任何信息。下面将更详细地描述超声和光学扫描过程。可以使用配准过程来利于使用超声和光学扫描方法获取的图像数据的对准。在关注的区域已经被系统100扫描和成像之后，图像数据由系统的软件处理。使用超声和光学扫描方法获取的图像数据可以被配准，然后融合或合并以形成单个图像。在融合的图像中，使用超声获取的图像数据基本上被叠加在使用本文描述的光学扫描方法获取的图像数据上。结果是混合图像，其包括肿瘤床的详细解剖和/或结构数据，其中叠加了相同组织体积的功能数据。可以在肿瘤切除后使用该过程来帮助识别可能包含癌性组织的肿瘤床的任何部分。
系统100由系统控制组件110控制和操作，系统控制组件110可以包括具有主板的中央计算机，主板运行操作和控制软件，具有各种并行和连接的板，允许其控制、通信和监测系统100的各种子组件和模块。这实现了系统100的包括放疗组件102、机械臂114和患者运动感测组件的三个主要临床组件之间的协调功能。系统控制组件110可以与包括患者数据存储库118和系统数据存储库120的数据存储库通信地连接。
由系统控制组件执行的软件或指令可以控制系统100的功能，验证安全机制以及服务和校准功能。控制系统组件110可以与机器可读介质通信，该机器可读介质可以是静态存储器，其上存储有体现本文所述的任何一种或多种方法或功能(包括本文说明的那些方法)的一组或多组指令(例如，软件)。在由系统100执行期间，指令还可以完全或至少部分地驻留在系统数据存储库、静态存储器内或处理器内，或其组合中。系统数据存储库和患者数据存储库和处理器也可以构成机器可读介质。
患者数据存储库118和系统数据存储库120可以是固态驱动器、硬驱动器或其他存储器装置。患者数据存储库118可以存储患者相关数据和治疗参数，如患者记录、治疗会话细节以及疾病文档和照片。系统数据存储库120存储所有系统相关数据和参数，如系统日志、X射线校准数据和系统诊断结果。患者数据存储库118和系统数据存储库120可以是分立装置或物理组合。如果存储库118和120被组合，如单个存储库，则可以使用一个或多个分区。这两个数据存储库都将被镜像并备份到安全且加密的符合HIPAA标准的云存储介质。
图2中示出机械IORT系统200的一个示例。系统200可包括基座单元201，基座单元201上安装或与其连接有各种组件。这些组件可包括机械臂202、X射线产生系统、盐水储存器212、盐水控制元件214和系统控制组件210。X射线产生系统包括IORT放疗组件，在一些情况下，其中可以分布在基座单元部分216和头单元部分223之间。基座单元还可以包括光学成像组件232、超声波组件234和用于存储患者和/或系统数据的数据存储装置236。基座单元201有利地是紧凑的单元，如具有30"×30"足印的单元，并且可以安装在脚轮211上以利于操纵。基座单元201可以包括电源引线，用于任选地向容纳在基座单元201中或连接到基座单元201的所有组件供电。在这方面，基座单元201可以包含一个或多个计算机217，用于控制系统200和/或分析和处理从系统200组件获得的数据。在一些情况下，监测器218可以安装到基座单元201以利于用户界面。同样，可以包括终端或诸如键盘或鼠标的输入装置。
基座单元201上设置有底座203，用于将机械臂202安装在基座单元上的固定位置。机械臂202可以附接IORT放疗组件的头单元部分223。细长的施加器主体228从头单元部分223延伸到治疗头224。机械臂202在系统控制组件210的控制下与适当的机械关节或关节构件204铰接。尽管未在图2中示出，可以在机械臂202的不同点处提供更多或更少的关节构件204。这种关节构件204可以增加或减少放置、定向和移动X射线治疗头224的自由度225数。此外，图2中所示的关节构件的数量仅是为了便于说明。本公开预期可以提供任何数量的关节点，以便在机械臂202中提供任何自由度数，这可能是关于患者和/或校准井动态地定位和定向X射线治疗头224所需要的。在一些情况下，盐水导管222可以利于盐水从储存器212和盐水控制组件214到X射线产生系统的连通。类似地，可以提供一个或多个电力和/或控制信号导管220。电力和/或控制信号导管可以利于IORT放疗组件的基座单元部分216和头单元部分223之间的电力和/或控制信号的通信。这些信号可用于控制和便于X射线管的操作(图2中未示出)。在一些情况下，高电压线缆、流体导管和控制电路可以不作为机械臂的一部分包括在内，而是包括简单地附接到X射线治疗头的分开的控制线缆束。
本文所述的患者运动感测和跟踪有利地通过物理感测装置、光学感测装置或两者的集成来实现。包括头单元部分223的主体227可以直接安装或者附接于机械臂202。因此，当患者组织运动产生施加在治疗头224上的力时，这种力将通过细长的施加器体228和主体227传递到机械臂202。该力可以是施加在治疗头224上并通过头单元223耦合到机械臂的直接微小物理压力的结果。这些力可以通过与正交的x、y和z坐标轴对准的相关力矢量来定义。可以通过位于整个机械臂的若干位置中的任何位置的物理传感器242、244、246、248来利于力感测。例如，在一些情况下，物理传感器可以包括与多个机械臂关节204中的每一个相关联的扭矩传感器。物理传感器可以是一种或多种不同类型的组合，如压电、陀螺、固态和其他机制和材料。
为了利于跟踪患者运动，可以任选地将一个或多个基准标记226放置在患者身体的部位上。在一些情况下，基准标记可以包括光学类型的基准标记，其有助于光学跟踪与基准标记相关联的位置。基准标记的运动可以由传感器228监测。传感器228可以设置在机械臂202的一部分上或传感器支撑结构230上，这提供要对其执行IORT的患者的良好可见性。传感器228可包括适于监测患者运动的任何类型的传感器。例如，在基准标记是光学类型的情况下，LIDAR方法可用于精确地检测每个基准标记的位置。当然，实施例在这方面不受限制，并且可以使用任何其他合适类型的基准标记和相关联的感测系统。传感器输出由系统控制组件210监测，并由一个或多个运动分析软件组件(跟踪系统软件)处理。
跟踪系统软件将被周期性地提供来自物理传感器242、244、246、248接收到的物理传感器信息的更新数据。同时，跟踪系统软件还有利地被提供从一个或多个传感器228产生的基准标记位置信息。跟踪系统软件将使用所接收的信息来生成针对机械臂的立即校正x、y、z坐标更新命令，其反映了患者组织的微小运动。随后，机械臂将移动到新的同步x、y、z坐标/位置以对应于患者的组织运动。该运动校正机构将有利地以无限期周期循环运行，以不断地感测和跟随由呼吸或其他身体功能产生的患者组织运动。
基于对施加到机械臂的力以及来自物理传感器242、244、246、248的信息的分析，系统控制组件210控制机械臂202以确保治疗头224与患者运动精确同步地移动。例如，治疗头224可随着患者的呼吸动作而上升和下降。
现在参考图3，提供了示例性控制系统300的图示，该控制系统300可用于控制如本文所述的机械IORT系统。该控制系统可以包括但不限于运行Windows OS的机器(或计算装置)(例如，个人计算机或服务器)。这种机器(或计算装置)在本领域中是公知的，并且在此不再详细描述。然而，应该理解，修改这种机器以实现本文所述的全部或部分方法。这些修改可以包括软件修改、硬件修改或两者的组合。
控制系统300可包括比图3中所示的组件更多或更少的组件。然而，所示组件足以公开实现本解决方案的说明性实施例。图3的硬件架构表示代表性控制系统或计算装置的一个实施例，其被配置为利于本文描述的IORT跟踪控制和X射线源校准操作。
控制系统300的一些或所有组件可以作为硬件、软件和/或硬件和软件的组合来实现。硬件包括但不限于一个或多个电子电路。电子电路可以包括但不限于无源组件(例如，电阻器和电容器)和/或有源组件(例如，放大器和/或微处理器)。无源和/或有源组件可以适于、布置和/或编程为执行本文描述的方法、程序或功能中的一个或多个。
如图3中所示，控制系统300包括用户接口302、中央处理单元(“CPU”)306、系统总线310、通过系统总线310连接到计算设备300的其他部分并可由其访问的存储器312、以及连接到系统总线310的硬件实体314。用户接口可以包括输入装置和输出装置，其有助于用户-软件交互以控制计算装置300的操作。输入装置包括但不限于物理和/或触摸键盘。输入装置可以经由有线或无线连接(例如，
Figure BDA0002166964000000181
连接)连接到计算装置300。输出装置包括但不限于扬声器352、显示器354和/或发光二极管356。
至少一些硬件实体314执行涉及访问和使用存储器312的动作，存储器312可以是随机存取存储器(“RAM”)、盘驱动器和/或光盘只读存储器(“CD-ROM”)。硬件实体314可以包括盘驱动单元316，盘驱动单元316包括计算机可读存储介质318，其上存储有一组或多组指令320(例如，软件代码)，该指令被配置为实现本文描述的方法、程序或功能中的一个或多个。指令320还可以在由计算装置300执行期间完全或至少部分地驻留在存储器312内和/或CPU 306内。存储器312和CPU 306也可以构成机器可读介质。这里使用的术语“机器可读介质”是指存储所述一组或多组指令320的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。这里使用的术语“机器可读介质”还指能够存储、编码或携带一组指令320以供控制系统300执行并且使控制系统300执行本公开的任何一个或多个方法的任何介质。
在一些情况下，硬件实体314包括被编程用于利于对机械臂的控制的电子电路(例如，处理器)。在这方面，应该理解，电子电路可以访问和运行安装在计算装置300上的应用程序324。
图4和图5是用于理解校准井508可以如何集成在机械IORT X射线系统500中或其上的图。机械IORT X射线系统500类似于图1-3中描述的机械IORT X射线系统。IORT X射线系统500包括基座单元501，机械臂502安装在基座单元501上。机械臂包括多个关节504。该系统还包括IORT放疗组件，该IORT放疗组件包括头单元部分523。头单元部分包括主体527、细长的施加器体528和治疗头524。如图4和5所示，X射线系统500还包括校准井508。在一些情况下，校准井508可以在与垂直轴516对准的方向上延伸。然而，校准井508的对准方向并不重要。因此，校准井508也可以与沿不同方向延伸的轴线对准，并且任何这样的替代对准方向被认为是可接受的变化，只要机械臂可接近该位置即可。
选择校准井508的位置和轴线516的对准，使得X射线治疗头524可以通过机械臂502自动插入校准井508中。这样，校准井508将有利地具有端口510，该端口510提供进入校准井内部的通路。端口510可以如图所示位于基座单元501的顶表面511处，或者位于基座单元501的侧壁514中。图4示出具有多个关节504的机械臂，所述多个关节504被调节成使得X射线治疗头524准备好插入将要进行IORT治疗的患者(未示出)的治疗腔中。图5示出具有多个关节504的机械臂502，多个关节504被调节为使得治疗头524被插入校准井508中以进行某些校准操作。
图6是沿图4中的线6-6截取的校准井508的截面图。校准井508由井腔结构600形成，井腔结构600限定校准井的内部。在一些情况下，校准井的内部可以具有由一个或多个侧壁610形成的管状构造，侧壁610在平行于轴线516的方向上从端口510延伸到相对的底壁612。校准井的横截面轮廓将取决于用于形成校准井的侧壁610的数量。例如，在一些情况下，六个侧壁可用于形成井腔结构，使得校准井可具有六边形横截面轮廓。侧壁的确切数量并不重要。可以提供更多或更少的侧壁，使得校准井的横截面轮廓可以限定正多边形，如三角形、正方形、五边形、六边形或八边形。在其他情况下，校准井的横截面轮廓可以是基本上圆形的，使得井的形状大致为圆柱形。底壁612可以包围与端口510相对的校准井的端部。
校准井508将包括布置在限定井腔结构的内表面上的多个XRSE。XRSE可以包括各种不同类型的传感器，这些传感器被选择用于测量由X射线治疗头524产生的X射线束强度和/或X射线束图案。例如，在一些情况下，XRSE可以包括分布在校准阱的内部周围的多个热发光剂量计(TLD)阵列602。在一些情况下，多个TLD阵列可以设置在多个印刷线路板(PWB)604上。TLD对于这种应用是有利的，因为它们尺寸小且相对便宜，因此许多TLD传感元件可以暴露于一次曝光的放射。
TLD阵列602在本领域中是公知的，因此这里不再详细描述。然而，应该理解，每个TLD阵列602包括以网格或阵列图案布置的多个TLD传感元件606。TLD传感器元件606测量电离放射暴露。当检测器中的晶体被加热时，TLD传感元件从该晶体产生或发射光能(例如，可见光)。光发射的强度取决于X射线放射暴露。每个传感元件可包括光电检测器610，其测量来自传感元件的光发射的强度。在一些情况下，这些光电检测器可以电连接到印刷线路板604，使得测得的传感器数据可以被缓存并传送到计算机处理器(例如IORT系统控制组件110)。
可以分析来自所有光电检测器的输出，以获得相对于由X射线治疗头524限定的原点在每个方向上的X射线束强度的瞬时测量。注意，底壁612上感测元件的存在可利于在与X射线施加器成轴向(即，与轴线516对准)的方向上进行束感测。来自所有XRSE的信息可用于对由治疗头524产生的X射线束的相对形状或图案进行建模，该治疗头524已经设置在校准井508中，如图7中所示。例如，图8和图9示出由治疗头524产生的两个不同的束图案802、902。可以使用校准井测量图案的形状和每个图案的绝对强度或能量。
众所周知，TLD对于绝对能量测量并不理想。为了利于对X射线施加器发射的X射线能量的绝对测量，可以使用附加的XRSE元件，如离子室608。电离室根据入射放射引起的气体内产生的离子对的数量来测量电荷。当暴露于X射线放射时，电离电流可以在两个电极之间流动，并且该电离电流的大小可以转换为传感器数据。离子室是非常准确和精确的测量装置。因此，它们可以有效地用于束校准。离子室中的电离电流的大小可以由与印刷线路板604相关联的电流测量电路确定。该电流大小可以转换为数字数据，然后被传送到计算机处理器(例如IORT系统控制组件110)。可以使用其他类型的XRSE代替或补充上述TLD和/或离子室传感器。例如，基于二极管的X射线测量系统也可用于某些情况。事实上，现在或将来已知的任何类型的XRSE都可用于校准井中以感测治疗头发射的X射线能量。
由XRSE感测的X射线束信息被传送回IORT系统控制组件，该IORT系统控制组件使用所收集的数据来生成X射线束的模型。因此，控制系统可以在系统用于IORT干预之前即刻对每个系统配置中所得的X射线束方向、形状和强度进行建模。基于该模型，控制系统可以使X射线产生系统选择性地修改机械IORT系统的操作。例如，控制组件可以选择性地控制X射线产生系统，使得其以各种强度水平和/或不同的束配置产生X射线能量。在其他情况下，该信息可以用作控制机械手臂的基础。
现在参考图10，图10示出校准井的内部，为了更清楚，省略了某些组件。校准井的内部可以进一步包括传感器系统，该传感器系统被配置为检测X射线治疗头524被设置在校准井内时的位置。例如，传感器可以包括光学发射器1002的线性阵列和光学接收器1004的相对的线性阵列。当校准井中不存在X射线治疗头524时，每个光学接收器1004可以从对应的发射器元件1002接收光学信号1006。然而，当存在X射线治疗头时，来自光学发射器1002的光学信号1008被阻挡，因此在光学接收器1004处没有接收到光学信号。因此，通过检测哪些光学接收器正在接收光信号，以及哪些光学接收器未接收到光学信号，可以检测X射线治疗头524在井内的深度。这种布置可用于在X射线发射开始之前验证井中X射线治疗头的存在。它还可以用作检查X射线治疗头对应于机械控制系统所理解的位置的手段。因此，光学发射器/接收器装置可以用作系统检查，以在开始IORT操作之前验证机械控制系统的操作完整性。类似地，通过仔细选择光学发射器和光学接收器的位置，可以进一步优化光学阵列以利于确定治疗头524正确地定位在校准井内。
当然，所描述的光学系统仅代表用于检测X射线施加器在校准井内的位置的感测系统的一个可能示例。各种其他位置系统在本领域中是公知的，并且可以用于类似的效果。现在已知或将来已知的所有这样的系统都被考虑用于本公开。
校准井的端口可以完全打开，如图6和图7所示。然而，出于安全原因，在某些情况下提供可部分或完全封闭端口的盖系统可能是有利的。当校准井不使用时，这种盖系统可以完全封闭端口510，但是当校准操作正在进行时，可以完全或部分地打开端口510。作为示例，图11示出从校准井508的内部观察的盖1100的平面图。盖1100可包括端口1106，端口1106由多个柔性弹性体翼片1108密封。通过推动弹性体翼片，可将X射线施加器插入校准井，从而使它们弯曲并允许X射线施加器进入校准井。在端口1106的外围周围可以设置多个XRSE元件。这些XRSE可包括TLD阵列1102、离子室1110和/或任何其他合适类型的测感元件中的一个或多个。
现在转到图12，其示出可与本文所述的机械IORT系统一起使用的替代类型的IORTX射线源1200。在2018年3月30日提交的名称为Three-Dimensional Beam Forming X-raySource的美国专利申请No.15/941,547中详细描述了这种类型的X射线源，该专利申请的公开内容通过引用结合于此。简而言之，该系统包括电子束枪(EBG)1202和漂移管1204，漂移管1204支撑在机械臂的远离基座的一端上。IORT X射线产生元件1222位于漂移管1204的远离EBG的一端。在一些情况下，EBG 1202可以驻留在IORT放疗组件的头单元部分223、523中，如图1-5中所示。例如，EBG可以位于头单元的主体227、527中，附接到机械臂202、502。在这种情况下，细长的施加器体228、528可以包括漂移管1204。此外，治疗头224、524可包括IORTX射线产生元件1222。
漂移管1204包括诸如不锈钢的导电材料。或者，漂移管可以包括具有导电内衬的陶瓷材料，如氧化铝或氮化铝。漂移管的中空内部保持在真空压力(例如，为了本文所述的实施方案的目的，合适的真空压力可以在低于约10-5托的范围内或特别是在约10-9托至10-7托的范围内)。
在图12中所示的X射线源中，包括电子束的电子被EBG朝向X射线靶1218加速。当这些电子到达漂移管的入口孔时，它们将具有显著的动量。漂移管的中空内部保持在真空压力，并且至少管的内衬保持在地电位。因此，EBG 1202赋予电子的动量将继续以非常高的速度(例如，接近光速的速度)朝向X射线靶1218弹道地沿着漂移管的长度传送电子。应理解的是，随着电子沿着漂移管1204的长度移动，它们不再被静电加速。当电子撞击X射线靶1218时，产生X射线。束转向和雕刻的细节超出了本公开的范围。然而，应该注意，可通过使用电磁转向线圈1205来雕刻或改变X射线束的方向和形状，以改变包括电子束的电子撞击X射线靶1218的哪个部分。这种转向过程可以通过与X射线靶1218相邻设置的权杖(scepter)元件1219来促进。
X射线靶1218包括盘状元件，该盘状元件横向于电子束行进的方向设置。例如，盘状元件可以设置在与电子束行进的方向近似正交的平面中。在一些实施例中，X射线靶1218可以包围漂移管的远离EBG 1202的端部，以利于维持漂移管内的真空压力。X射线靶1218几乎可以是任何材料，但是有利的是它包括具有高原子序数的材料，如钼、金或钨，以便在用电子轰击时以相对高的效率产生X射线。
在X射线发生元件1222和由组织壁1230限定的伤口腔之间的间隙空间可以用设置在流体囊1224内的盐水流体1226填充。流体囊可以是弹性球状构件，用流体1226使其膨胀，以填充X射线源和组织壁1230(例如包括肿瘤床的组织壁)之间的间隙空间1228。设置在机械臂中或机械臂上的流体导管1210、1212可以利于流体流入和流出流体囊的内部。这种布置可以通过将整个组织壁定位成与X射线源均匀的距离来帮助增强对肿瘤床的照射均匀性，以利于更一致的放射暴露。在X射线靶1218处产生X射线可产生大量的热。因此，除了填充间隙空间的流体1226之外，可以通过冷却剂导管1206向治疗头提供单独的冷却剂流。
包括X射线源1200的各种组件(例如，EBG 1202、漂移管1204和治疗头1222)可以安装在机械臂上，如图4和图5中所示。可以通过机械臂控制X射线源的位置，使得X射线源的移动与正在接受治疗的患者的自然身体运动(例如，呼吸运动)协调。
尽管已经关于一个或多个实施方式说明和描述了本发明，但是本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时会想到等同的改变和修改。另外，尽管可能仅关于若干实施方式中的一个公开了本发明的特定特征，但是，如果对于任何给定或特定应用可能是期望的和有利的，那么这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合。

Claims (20)

1.一种IORT X射线输送系统，包括：
便携式基座单元；
机械臂；
所述机械臂的第一端，其安装到所述便携式基座单元；
X射线治疗头，其设置在所述机械臂的远离所述第一端的第二端上；
所述X射线治疗头包括至少一个X射线组件，所述至少一个X射线组件配置为产生X射线波长范围内的治疗性放射；
校准井，其设置在所述便携式基座单元中的预定位置处，所述校准井包括可以接收所述X射线治疗头的凹槽，并且具有至少一个端口，所述机械臂可以通过所述端口将所述X射线治疗头插入以进行校准操作；并且
其中所述校准井包括多个X射线放射感测元件XRSE，所述多个XRSE设置在所述校准井内的预定位置处。
2.根据权利要求1所述的IORT X射线输送系统，还包括控制系统，所述控制系统配置为执行至少一个校准过程，所述校准过程包括定位操作，其中所述机械臂由所述控制系统控制，以通过所述至少一个端口插入所述X射线治疗头，使得所述X射线治疗头设置在所述校准井内的预定校准位置处。
3.根据权利要求2所述的IORT X射线输送系统，其中所述控制系统配置为在所述X射线治疗头设置在所述预定校准位置处期间，控制所述至少一个X射线组件以产生具有束图案的X射线发射。
4.根据权利要求3所述的IORT X射线输送系统，其中所述控制系统响应于从所述多个XRSE接收到的感测数据，确定由所述X射线治疗头产生的X射线放射的测量X射线束强度和测量X射线束图案中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的IORT X射线输送系统，其中所述控制系统配置为将所述测量X射线束图案与指定的束图案进行比较。
6.根据权利要求5所述的IORT X射线输送系统，其中所述控制系统配置为响应于所述控制系统对所述测量X射线束图案与指定的束图案的比较而修改所述IORT X射线输送系统的至少一个操作参数。
7.根据权利要求6所述的IORT X射线输送系统，其中所述至少一个操作参数是输送治疗剂量的X射线放射的治疗时间的持续时间。
8.根据权利要求6所述的IORT X射线输送系统，其中所述至少一个操作参数是束控制参数，所述束控制参数确定所述X射线束图案的束方向、束强度和形状中的至少一个。
9.根据权利要求6所述的IORT X射线输送系统，其中所述至少一个操作参数是机械臂控制参数，所述机械臂控制参数确定当施加治疗剂量的X射线放射时使用的所述X射线治疗头的静态位置。
10.根据权利要求6所述的IORT X射线输送系统，其中所述至少一个操作参数是运动控制参数，所述运动控制参数限定在施加治疗剂量的X射线放射时进行的所述机械臂的动态运动。
11.根据权利要求10所述的IORT X射线输送系统，其中所述动态运动是使所述治疗头输送到肿瘤床表面的治疗剂量的变化最小化的运动或取向改变。
12.一种用于校准IORT X射线输送系统的方法，包括：
将机械臂的第一端支撑在便携式基座单元上；
将X射线治疗头支撑在所述机械臂的第二端上，所述X射线治疗头包括至少一个X射线组件，所述至少一个X射线组件配置为产生X射线波长范围内的治疗性放射；
使用控制系统以：
使所述机械臂将所述X射线治疗头插入校准井中，所述校准井由设置在所述便携式基座单元中的预定位置处的凹槽限定；
在所述X射线治疗头设置在所述校准井中的预定校准位置时激活所述至少一个X射线组件，以从所述X射线治疗头产生X射线发射；
从多个X射线放射感测元件XRSE接收传感器数据，所述多个XRSE设置在所述校准井内的预定位置处；以及
使用所述传感器数据来确定由所述X射线治疗头产生的X射线放射的X射线束强度和X射线束图案中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括使用所述控制系统自动将所确定的X射线束图案与指定的束图案进行比较。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括操作所述控制系统以响应于所述控制系统对所确定的X射线束图案与指定的束图案的比较自动修改所述IORT X射线输送系统的至少一个操作参数。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括选择所述至少一个操作参数以包括输送治疗剂量的X射线放射的治疗时间的持续时间。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括选择所述至少一个操作参数以包括束控制参数，所述束控制参数确定所述X射线束图案的束方向、束强度和形状中的至少一个。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括选择所述至少一个操作参数以包括机械臂控制参数，所述机械臂控制参数确定当施加治疗剂量的X射线放射时使用的所述X射线治疗头的静态位置。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括选择所述至少一个操作参数以包括运动控制参数，所述运动控制参数限定在施加治疗剂量的X射线放射时进行的所述机械臂的动态运动。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述动态运动使由所述治疗头输送到肿瘤床表面的治疗剂量的变化最小化。
20.根据权利要求18所述的方法，其中选择所述动态运动以改变所述治疗头的取向。
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