CN113368407A - 确定直线加速器等中心的系统、处理和装置 - Google Patents

Abstract

确定LINAC的等中心的系统包括装置和处理。一个实施例通过确定准直器、机架的旋转轴线来实现，并且可以包括床。在另一个实施例中，只需要确定准直器的旋转轴线。该系统和装置能够跟踪附接到LINAC的机械部件的平移‑旋转，以计算机架、准直器和床的旋转轴线。根据收集到的与这些轴线相关的数据，确定LINAC等中心。系统中利用的主要装置包括单个发射器模块、单个信号接收器模块和定位模块。该系统还包括等中心目标模块和重力模块，以确定相对于信号接收器的重力矢量。

Description

确定直线加速器等中心的系统、处理和装置

相关申请的交叉引用

本申请是2020年7月21日提交的非临时申请序列号16,934,586的部分延续，并要求2020年3月9日提交的美国临时专利申请序列号62986957和2020年6月2日提交的美国临时专利申请序列号63033328的优先权，所有这些申请在此通过引用全部并入本文，用于所有目的。

技术领域

跟踪机械部件的平移-旋转的系统、处理、设备、装置和方法，以通过计算机架、准直器和床的旋转轴线来确定医用直线加速器(linear accelerator，LINAC)的等中心(Isocenter)。

背景技术

机械旋转

放射治疗是一种利用强烈的高能放射束来杀死癌细胞的癌症治疗。

在治疗过程中，放射束从医用直线加速器(LINAC)传递到患者体内的精确点。

治疗精度的关键因素之一是LINAC机械旋转的几何精度。每个LINAC都有三种类型的旋转，这些旋转必须围绕空间中的已知点旋转，以确保最精确的治疗。这三种旋转如下所述。

1、机架旋转。机架[1]围绕机架旋转轴线[2]旋转。机架可绕位于治疗床[3]上的患者整整旋转360°。

2、准直器旋转。准直器[4]围绕准直器轴线[5]旋转。准直器可以整整旋转360°。

3、床旋转。床〔3〕绕床轴线〔6〕旋转。床〔3〕与控制床旋转的旋转盘〔8〕相连。床一般可旋转180°。

机械和放射等中心

机械等中心[8]定义为机架旋转轴线[2]、准直器旋转轴线[5]和床旋转轴线[6]的交点。

放射等中心是指如果机架、准直器或床旋转时，放射束在空间的相交的点。

患者治疗的准确性在很大程度上取决于放射等中心点在空间的正确确定。放射等中心是放射治疗中的重要概念：一旦患者的位置使肿瘤位于等中心，放射线就会通过机架、准直器或床旋转而固定在肿瘤上。如果等中心不正确地限定，或者肿瘤没有被正确地放置在等中心，高剂量的放射线将被输送到肿瘤之外，产生不必要的不良副作用。

机械误差(走动)(walkout)

理想情况下，每个旋转子系统(机架、准直器和床)将在空间中旋转通过完美的圆形路径，为每个子系统创建固定的、不可移动的和精确的旋转轴线。这种理想的情况很难实现，并且每次旋转都可能存在一些机械误差，从而有效地模糊了放射束。非同心旋转的一些原因可能是非圆形旋转轴承、部件旋转时重力对部件的影响、以及移动子系统的机械不稳定。需要测量这种非同心度的大小，以便估计其对放射治疗精度的影响。

轴线不重合

理想情况下，所有的三个轴线(机架、准直器和床)都会在空间中相交。三个轴线往往有分离，这就需要选择等中心位置，使所有三个轴线旋转时的放射传递误差最小化。

重力方向

LINAC的许多部件都是参照地球的重力方向安装的。例如，机架安装为，机架的旋转轴线与地球的水平面平行，并且治疗床安装为，治疗床的旋转轴线与地球的垂直面平行(垂直于重力)。传统上，使用铅垂线或水准仪等仪器。

治疗室激光

LINAC治疗室包含三组正交激光，分别从患者的左侧、右侧和上方的天花板汇聚在等中心。患者具有在皮肤上的每个激光的预期进入点处放置的小的永久点纹身。然后，治疗室的激光通过对准患者的纹身，为患者设置每次治疗。因此，激光正确聚焦到机器机械等中心对治疗准确度至关重要。

发明内容

所公开的是一种系统，包括跟踪附接到LINAC的机械部件的平移-旋转以计算机架、准直器和床的旋转轴线的处理和装置。例如，通过放射不透明标记获取放射透射图像，或当LINAC部件旋转时将膜暴露于窄的放射束，所有其它系统都使用放射来确定放射等中心。通过计算准直器的旋转轴线，并将其作为放射束的理想代用物，该系统和方法能够在不使用放射的情况下定位放射等中心。这比目前只使用放射的技术更加精确，因为它能够消除放射转向误差，而放射转向误差通常会使结果复杂化。

所公开的系统跟踪附接到LINAC的机械部件的平移-旋转，以计算机架、准直器和床的旋转轴线。该设备和系统测量这三个LINAC部件中的每一个的旋转，并从旋转测量中准确地确定每个轴线。这些轴线用三维空间中的偏斜线表示，然后用它来计算最佳的LINAC等中心。

所公开的系统提供LINAC机械移动的实时跟踪。这在目前的技术装置和程序中是不可能的。对于三个旋转轴线中的每一个，所公开的系统通过软件以三维和二维的方式显示在旋转过程中观察到的跟踪器位置和计算的旋转。这使得用户可以对LINAC的表现有非常直观的了解。系统计算每个旋转轴线的轴线“走动”。这种走动是由与完全同心旋转的最大偏差所定义的。该系统还可以测量重力方向，使上述所有的轴线确定都在与地球重力对准的坐标系内。系统还可以将其内部坐标系与机架旋转的平面对准。这样就不需要将信号接收器或信号发射器与机架完全对准。

带有跟踪标记的信号发射器模块附接到LINAC准直器上，并且当机架或准直器旋转时，跟踪标记由信号接收器模块监测。如图所示，信号发射器模块是相机舱，它利用立体相机和可见光来确定(LINAC)的旋转部件的实时位置和朝向。然而，LINAC部件的位置和朝向可以同样有效地使用红外成像，或通过包括射频测距、激光测距、激光雷达或声纳的测距系统的三角测量，或其他类似技术来确定。信号发射器作为准直器的延伸，并且通过跟踪其在空间中的位置和朝向，可以得出LINAC机架和/或准直器的实时位置和朝向。

图中所示的信号接收器模块是带有校准的立体相机的相机舱。相机舱定位在治疗床上，与信号发射器模块紧密靠近。图中所示的定位模块也安装在床上，并与相机舱进行机械互连，使定位模块的目标体的相对位置处于相对于相机舱可复现的位置。但是，定位模块不一定要安装在床上。相机舱在空间中定义了坐标系，在该坐标系内，可以测量、记录和分析LINAC部件的旋转移动，以计算LINAC的机械旋转轴线。

所有机械轴线的相交点(通常被称为LINAC机械等中心)是通过相机舱坐标系统内的软件以极高的精度确定的。然后，该系统可以通过可以在实时光学跟踪和引导下定位的等中心目标模块，在空间中精确地物理识别这个机械等中心位置。这个目标模块为数学上确定的等中心提供了现实世界的目标。这种对等中心的物理目标对LINAC的整个安装及其常规质量保证程序中的许多情况都极为有用。

由于如果放射束被完全校准，准直器的旋转轴线理论上是放射束的中心，系统允许通过计算多个不同机架角度的准直器旋转轴线来识别放射等中心。放射等中心就是这些轴线的交点。

该系统还包括可用立体相机舱测量的垂线。这样就可以在相机舱的坐标系中检测到地球的垂直方向(重力)。可以进行校正，使相机舱坐标系与地球的垂直方向对准，在LINAC安装、维护和日常质量保证中提供了高水平的实用性。

附图说明

图1描述了机架[1]的旋转，机架的旋转轴线[2]，以及治疗床〔3〕。

图2描述了准直器[4]绕准直器旋转轴线[5]旋转。

图3描述了床〔3〕绕床旋转轴线〔6〕旋转。

图4描述了作为机架旋转轴线[3]与准直器和床旋转轴线[5]的交点的等中心[8]。

图5描述了准直器支架[11]和安装在准直器支架(11)上的信号发射模块[12]以及信号接收器模块/相机舱[10]。

图6描述了经由准直器支架[11]连接到准直器[4]的信号发射模块[12]。显示了信号接收器模块/相机舱[10]的位置，以便安装在附接到患者治疗床的定位模块[22]上。

图7描述了经由准直器支架[38]和信号发射模块[12]上的卡口式机构(40)连接至准直器支架[11]的信号发射模块[12]。

图8描述了信号发射模块[12]的侧视图，显示了球形发射器[14]。

图9描述了相机舱，显示了左侧相机[17]，右侧相机[18]，以及到定位模块[22]的机械接口[20]。

图10描述了定位模块[22]机械地连接两个部件：等中心目标模块[21]和相机舱[10]。定位模块[23]和[24]上的定位销确保了坚固且可重现的机械接口。

图11描述了位于定位模块[22]内的等中心目标模块[21]。相机舱监测等中心目标模块[22]的信号发射器[25]，以便精确地将目标体[26]定位到等中心。

图12描绘了位于放射场内的机架[1]下方的等中心目标模块[21]。相机舱[10]定位在床上并跟踪等中心目标模块[21]的位置/朝向。

图13描述了定位模块[22]的部件：定位模块的Z调节旋钮[27]、定位模块的X调节旋钮[28]、定位模块与相机舱[23]之间的机械接口、定位模块的Y调节旋钮[29]、夹紧旋钮[60]、床夹[30]、定位模块与等中心目标模块[24]之间的机械接口。

图14描述了等中心目标模块[21]的部件，后视图：信号发射器[25]、目标体[26]、背板[34]、延伸颈[33]。

图15描述了等中心目标模块[21]的部件，正视图：等中心目标模块的信号发射器[25]，等中心目标模块的目标体[26]，等中心目标模块的背板[34]，等中心目标模块的延伸颈[33]，等中心目标模块上的十字线[35]。

图16描绘了等中心目标模块的横截面，显示了放射不透明标记[36]，该标记与蚀刻在目标体[26]上的外部十字线[35]对准。

图17描述了利用卡口式连接[39]和[38]安装在准直器支架[11]上的重力检测模块[37]。

图18描述了连接到准直器支架[11]的典型使用配置中的重力检测模块(重力模块)[37]。将等中心目标模块[21]从定位模块[22]移除，以免干扰重力模块[37]。相机舱[10]定位在床顶[3]上，因为它监测重力模块[37]。

图19描述了重力检测模块，显示了摆线[44]，抑制流体的隔间[46]，高对比度背景[47]，以及流体释放口[48]。

图20描述了重力检测模块的横截面图：摆线[44]，摆球[45]，抑制流体的隔间[46]，流体释放口[48]，摆绳的安装位置[49]。

图21描述了信号发射模块[12]，具有单独信号发射器[14]，计算的发射器中心[51]和计算的发射器位置/朝向[52]。

图22描述了当信号发射模块[12]连接到准直器支架[11]时旋转时，由相机舱[10]捕获的六幅图像的示例。

图23描述了从图22所示的信号发射模块的位置计算出的信号发射位置/朝向。

图24描述了找到的发射器矢量头[52]和矢量头的优化拟合[52]。优化拟合的法线将产生旋转轴线[2]。

图25是基于机架、准直器和床的旋转轴线的LINAC等中心的示例。

图26是位置偏移矢量的示例。

图27是由所有最接近的点的边界球体确定的走动半径的示例。

图28是通过[57]和[58]的交点确定的重力矢量[59]的描述：重力图像确定期间的左侧相机图像[53]，重力图像确定期间的右侧相机图像[54]，从左侧相机看到的摆线[55]，从右侧相机看到的摆线[56]，从左侧相机的焦点的左侧摆线的投影平面[57]，从左侧相机的焦点的右侧摆线的投影平面[58]。

图29描述了多轴旋转中心(MARC)数据集的示例。MARC数据集捕获了在不同固定机架角度下进行的一系列准直器旋转测量的信号发射器位置。在这个例子中，九个测量被准直。对于每个测量(例如项目[61]，[62]和[63])，准直器完全旋转，而机架保持在固定的位置。旋转中心[64]和旋转轴线[68]为每个准直器旋转而计算。

图30描绘了图29所示的示例MARC数据集的二维正交视图。对于每个准直器的旋转，旋转中心[64]和旋转轴线[65]被显示出来。可以计算出代表球体中心[66]的空间点，球体的最小半径包围了所有的旋转轴线。这个球体的中心就是放射等中心，而这个球体的半径代表放射等中心误差。

零件清单

1.机架。LINAC的主要部件，在放射治疗期间，当输送放射时，围绕患者旋转。

2.机架旋转轴线。表示机架围绕其旋转的轴线的数学构造。

3.患者治疗床。在治疗过程中支撑患者。

4.准直器。机架最靠近患者的一端。准直器包含钳口，使放射束准直。准直器可以围绕自己的轴线旋转，以使钳口相对于患者的治疗区域朝向。

5.准直器旋转轴线。表示准直器围绕其旋转的轴线的数学构造。

6.床旋转轴线。表示床围绕其旋转的轴线的数学构造。

7.未使用。

8.机械等中心。机架轴线、准直器轴线和床轴线的交点。

9.未使用。

10.信号接收器模块(相机舱)。获取立体图像，并将图像传输到计算机进行处理。

11.准直器支架。将信号发射模块和重力模块机械地连接到LINAC准直器上。

12.信号发射模块。机械地连接到准直器，并在机架、准直器或床旋转时发出信号。这些信号由计算机处理，以确定机架、准直器或床的机械轴线或旋转。

13.未使用。

14.信号发射器。信号发射模块的单独的信号发射器。这些信号发射器可以是球形或任何其他对称或不对称的形状。这些可以发出光学光、红外光、射频波或可用于确定模块位置和朝向的任何信号。

15.未使用。

16.未使用。

17.左侧相机。

18.右侧相机。

19.未使用。

20.机械接口。在信号接收器和定位模块之间提供机械连接点。

21.等中心目标模块。包含相对于放射不透明标记精确定位的信号发射器。信号接收器对发射器进行跟踪，从而可以将放射不透明标记高度精确地定位到所找到的等中心。

22.定位模块。允许精确地手动调整等中心目标模块在空间中的位置。

23.定位模块与相机信号检测器的机械接口。确保等中心目标模块与信号接收器之间的机械连接易于再现。

24.定位模块与等中心目标模块之间的机械接口。保证等中心目标模块与信号接收器之间的机械连接易于再现。

25.等中心目标模块的信号发射器。等中心目标模块的单独的信号发射器。这些可以发射可以用于确定信号发射模块的位置和朝向的光学光、红外、射频或任何信号。

26.等中心目标模块的目标体。封装放射不透明标记(一般为高密度金属球体，如钨)。外表面含有与球体内部对准的十字线。

27.定位模块的Z调整旋钮。提供放射不透明标记的Z方向的手动调整。

28.定位模块的X调整旋钮。提供放射不透明标记的X方向的手动调整。

29.定位模块的Y调整旋钮。提供放射不透明标记的Y方向的手动调整。

30.床夹。将定位模块连接到床上。

31.未使用

32.未使用

33.等中心目标模块的延伸颈。

34.等中心目标模块的背板。

35.等中心目标模块的目标体上的十字线。提供关于嵌入目标体内的放射不透明标记的位置的视觉指示。

36.放射不透明球形目标。球形目标用于确认放射被正确聚焦到所找到的等中心。这里不描述聚焦放射的过程。本发明只涉及将目标定位到正确的位置。

37.重力检测模块。可以检测重力方向。

38.准直器支架的卡口式附接机构。

39.重力模块的卡口式附接机构。

40.SEP的卡口式附接机构。

41.未使用

42.未使用

43.未使用

44.重力模块的摆线。用作重力方向的指示器。图像处理技术计算出线的方向。

45.重力模块的摆球。确保摆线将被教导并与地球引力场对准。

46.重力模块的抑制流体的隔间。充满粘性流体(水)，以减弱摆线的振动。

47.摆线的高对比度背景。

48.流体释放口。

49.摆绳的安装位置。

50.计算出的发射器的中心。通过图像处理技术计算出的单独的发射器的中心的三维位置。计算机通过结合左侧、右侧图像中找到的发射器的中心，再将这些位置三角化为三维，从而确定这个位置。

51.找到的每个单独的发射器的中心。

52.计算出的发射器矢量的头。

53.重力图像确定期间的左侧相机图像。这是对左侧相机上的图像传感器的描述。

54.重力图像确定期间的右侧相机图像。这是对左侧相机上的图像传感器的描述。

55.从左侧相机[17]看到的摆线。这是相机看到的摆线(投射到成像传感器上)。

56.从右侧相机[18]看到的摆线。这是相机看到的摆线(投射到成像传感器上)。

57.左侧摆线的投影平面。这是数学构造。左侧相机[17]的焦点和图像传感器上的摆线形成平面。

58.右侧摆线的投影平面。这是数学构造。左侧相机[17]的焦点和图像传感器上的摆线形成平面。

59.重力矢量确定。由先前计算的平面[57]和平面[58]的交点计算。

60.夹紧旋钮。用于将定位模块拧紧到床顶部。

61.当准直器整整旋转360°、机架保持在-40度的近似位置的固定角度时，所获得的信号发射器位置的数据集。

62.当准直器整整旋转360°、机架保持在0度的近似位置的固定角度时，所获得的信号发射器位置的数据集。

63.当准直器整整旋转360°、而机架保持在+40度的近似位置的固定角度时，所获得的信号发射器位置的数据集。

64.机架定位在+40时获得的数据集[63]的计算出的旋转中心。

65.机架定位在+40时获得的数据集[63]的计算出的旋转轴线。

66.根据图29所示数据计算出的MARC球体。MARC球体被定义为半径尽可能最小的球体，同时仍然满足以下条件：每条和每个旋转轴线与球体相交于至少一个点。MARC球体的中心是放射等中心，并且球体的半径代表放射等中心误差。

具体实施方式

所公开的系统的主要组件/部件是：

信号发射模块

图8所示的信号发射模块含有固定朝向的球形标记[14]。这些球形标记以相机舱[10]的检测器(图6)可检测到的频率反射或发射光线。信号发射模块通过准直器安装机构(图6中的[11])刚性地安装到LINAC准直器上。一旦安装好，它将随着机架和准直器旋转，作为它们的可跟踪物理延伸。

信号接收器模块/相机舱

相机舱[10](见图9)包含装在刚性外体中的相机，相机彼此有已知的固定朝向。相机舱获取时间同步的图像，并将这些图像传送给计算机/处理器进行分析。通过立体成像处理技术，可以根据物体在每幅图像中找到的位置，确定物体在现实空间中的位置和朝向。

相机舱放置在床上，直接看到安装的信号发射模块(图6)。在机架旋转(见图1)、准直器旋转(见图2)和床旋转(见图3)期间，这种朝向可以使信号发射模块完全可见。

定位模块

如图10所示，定位模块[22]位于床前。定位模块[22]、相机舱[10]和等中心目标模块[21]在附接至床时是机械接合的，这就使它们的相对位置相互固定。并不要求定位模块被安装在床上。例如，在天花板或地板上安装三脚架或安装支架，同样可以有效地使用。

定位模块[22]提供了调整等中心目标模块[21]相对于相机舱[10]的位置的方法。它包含三个手动调整旋钮(图13中的项目[27]、[28]和[29])，它们独立地在三个笛卡尔方向上调整等中心目标模块。

等中心目标模块

等中心目标模块[21]的目的是将物理目标定位到所找到的等中心位置或准直器旋转轴线上，创建现实世界的参考位置，该参考位置先前只在计算机/处理器的软件坐标系统中以数学方式存在。一旦定位在准直器旋转轴线上，LINAC产生的放射束通过目标的X射线图像可以用来引导LINAC放射到球形目标的中心(导致LINAC的放射束和准直器旋转轴线的对准)。当定位目标到放射等中心时，可以使用类似的处理。在这种情况下，当机架、准直器和床旋转时通过目标的LINAC放射的X射线图像将然后是计算放射等中心的位置和大小的独立检查。然后，目标体上的十字线也可以用来调整治疗室患者设置激光，使它们也与找到的等中心对准。等中心目标模块(图11中的[21])定位在定位模块[22]上。它包含在固定已知位置的球形发射标记[25]。发射器由相机舱可见，并用于确定其在相机舱坐标系内的位置和朝向。球形发射器的位置相对于目标体[26]内包含的放射不透明目标(通常是高密度金属球)准确地固定在模块上。

图16横截面所示的目标体[26]包含嵌入的放射不透明的球形目标[36]，其与外表面[35]上的外部十字线对准。目标体显示为矩形杆，其全部或部分边上有十字线。其他形状也可以使用，例如，圆柱形管状，管体周围的十字线间隔为90°。

重力检测模块

重力模块[37](图18)以与信号发射模块相同的方式和位置连接到准直器支架[11]上，以便它也能被相机舱[10]成像。从图19中可以看出，它含有一条垂线〔44〕，通过其外壳中的开口可被相机舱看到。垂线在其端部由重物(图20中的[45])保持，重物周围的流体容器减弱其摆动(见图20中的剖视图)。

确定放射等中心(不考虑床)

1.如图6所示，信号发射模块[12]通过准直器支架[11]附接到医用直线加速器(LINAC)机架的准直器[4]上。信号接收器[10]定位在LINAC床[3]上，在获取信号发射模块[12]的立体图像的位置。

2.机架固定在给定的位置(例如，以0°朝下)，同时准直器(图2中的[4])机械地旋转，而信号接收器[10]在信号发射模块[12]旋转时获取信号发射模块[12]的图像对。虽然LINAC所允许的最大旋转更适合达到最佳效果，但在不可能进行完全旋转的情况下，也可以使用部分旋转。

3.利用软件注册处理计算出信号发射模块的取向和位置，用于上面获取的每个图像对(如图21中的[52]所示)。对于每次获取，左右图像对从信号接收器[10]发送到计算机，以确定信号发射模块在三维上的位置和取向。为了完成这个，图像处理技术在每幅图像中定位每个单独发射器的中心(见图21中的[51])。然后，立体图像处理技术根据每个单独的信号发射器在左右两边图像中的位置计算出其三维坐标。获得所有单独信号发射器的三维位置组，然后对照预期的单独发射器位置进行注册，以计算出模块的位置和朝向。

4.然后机架顺时针或逆时针方向递增(例如，与前一位置相差30°)。随着机架固定在新的位置，准直器(图2中的[4])再次通过其机械旋转而被旋转，同时信号接收器[10]捕获信号发射模块[12]的图像。

5.这个处理一直持续到已经以多个固定的机架角度获得准直器旋转。建议至少有两个固定的机架角度。

6、对于每个机架位置，计算出所有信号发射器位置的旋转轴线。

7.然后确定等中心为空间中最小化等中心到所有计算轴线的最大距离的点。

确定放射等中心(考虑床)

1.除增加了测量床旋转轴线的步骤外，均按上述在无床的情况下确定放射等中心的处理进行。

2.将床的旋转轴线与所有准直器的旋转轴线组合。然后将等中心确定为空间中使等中心到所有计算轴线的最大距离最小化的点。

确定机械等中心

1.机械等中心设置为针对机架和准直器确定的轴线的交点。也可以确定并包括床的旋转轴线。由于这三个轴线很少真正相交，因此机械等中心被设置为将最小化到任何一个计算轴线的最大距离的位置。也可以使用其他技术，例如对每个轴线对等中心的贡献进行差分加权。

确定机架的旋转轴线

1.如图6所示，信号发射模块〔12〕通过准直器支架〔11〕附接到LINAC准直器〔4〕。信号接收器[10]放置在LINAC床[3]上，在当机架旋转时获取信号发射模块[12]的立体图像的位置。虽然为了达到最佳效果，最好采用最大旋转量，但在不可能进行全旋转的情况下，也可以采用部分旋转。

2.机架(图1中的[1])通过其机械旋转而被旋转，同时信号接收器[10]以固定的时间间隔捕获信号发射模块[12]的图像。图22所示为360°旋转中的五次采集的例子。

3.对于每次采集，左右图像对从信号接收器[10]发送到计算机，以确定信号发射模块在三维上的位置和朝向。为了完成这个，图像处理技术在每幅图像中定位每个单独发射器的中心(见图21中的[51])。然后，立体图像处理技术根据每个单独信号发射器在左右两边图像中的位置而计算出其的三维坐标。

4.然后将所有数据采集到的信号发射模块的位置(见图24)拟合到三维圆形路径上，该路径的中心轴线代表机架旋转轴线(图1中[2])。

确定准直器的旋转轴线

1.系统配置如确定机架的旋转轴线所述。

2.除了不旋转机架，而是旋转准直器(图2中的[4])，其他步骤与确定机架的旋转轴线相同。虽然为了达到最佳效果，最好采用最大旋转量，但在不可能完全旋转的情况下，也可以采用部分旋转。

3.按照确定机架的旋转轴线中描述的相同的图像处理和数据分析步骤来确定准直器的旋转轴线(图2中的[5])。

确定床的旋转轴线

1.系统配置如确定机架的旋转轴线所述。

2.除了不旋转机架，而是旋转床(图3中的[3])，其他步骤与确定机架的旋转轴线相同。虽然为了达到最佳效果，最好采用最大旋转量，但在不可能完全旋转的情况下，也可以采用部分旋转。

3.按照确定机架的旋转轴线中描述的相同的图像处理和数据分析步骤，确定床的旋转轴线(图3中的[6])。

将目标标记定位在旋转轴线上

1.一旦确定了旋转轴线(无论是机架、准直器还是床)，就可以将目标标记定位到沿此轴线的任何一点上(这对调整放射束方向(俗称“转向”)时的准直器轴线很有用)。

2.在不干扰相机舱[10]偏离用于确定等中心的设置(这将确保相同的坐标系)的情况下，等中心目标模块[21]定位在定位模块上，如图11所示。

3.等中心目标模块由一组信号发射器(图11中的[25])组成，这一组信号发射器相对于嵌入在目标体[26]内的放射不透明球形标记[36]精确定位。

4.信号接收器[10]被设置为捕获等中心目标模块的信号发射器[25]的图像。这些图像被送到计算机，以通过与用于机架轴线确定相同的成像处理技术来确定等中心目标模块在三维上的位置。在此再次总结一下，分析这些图像以找到每个单独的发射器在三维坐标中的中心(见图21中的[51])。然后确定等中心目标模块在空间中的位置和朝向，将这些找到的位置对照单独发射器位置的预期位置进行注册。这个注册处理被用来确定每次采集的信号发射器的朝向和位置。

5.对于每个图像对的采集，将找到的等中心目标模块的放射不透明球形标记的位置与感兴趣的轴线进行比较，并且软件指示用户如何在三维中移位等中心目标模块，以使标记对准轴线。图13显示了X转盘[28]、Y转盘[29]和Z转盘[27]，它们可以用来完成这些移位。在这个处理期间，软件会提供实时反馈来指导用户。

将目标标记定位在等中心

1.一旦确定了机械或放射等中心，就可以将目标标记定位到该等中心(这很有用，因为必须进行测试，以确认放射朝向放射等中心正确地聚焦)。

2.在不干扰相机舱[10]偏离用于确定等中心的设置(这将确保相同的坐标系)的情况下，等中心目标模块[21]定位在定位模块上，如图11所示。

3.等中心目标模块由一组信号发射器(图11中的[25])组成，一组信号发射器相对于嵌入在目标体[26]内的放射不透明球形标记[36]精确定位。

4.信号接收器[10]被设置为捕获等中心目标模块的信号发射器[25]的图像。这些图像被送到计算机中，以通过与用于机架轴线确定相同的成像处理技术，来确定等中心目标模块在三维上的位置。这里再总结一下，对这些图像进行分析，以在三维坐标中找到每个单独发射器的中心(见图21中的[51])。然后确定等中心目标模块在空间中的位置和朝向，将这些找到的位置对照单独发射器位置的预期位置进行注册。这个注册处理被用来确定每次采集的信号发射器的朝向和位置。

5.对于每一个图像对的采集，将找到的等中心目标模块的放射不透明球形标记的位置与找到的等中心进行比较，软件指示用户如何在三维空间内移位等中心目标模块，以使两个位置对准。图13显示了X转盘[28]、Y转盘[29]和Z转盘[27]，它们可以用来完成这些移位。在这个处理期间，软件会提供实时反馈来指导用户。

确定准直器轴线的走动

1.如图6所示，信号发射模块〔12〕通过准直器支架〔11〕附接到LINAC准直器〔4〕。信号接收器[10]放置在LINAC床[3]上，在当准直器旋转时，获取信号发射模块[12]的立体图像的位置。虽然为了获得最佳结果，最好采用最大的旋转量，但在不可能进行完全旋转的情况下，也可以使用部分旋转。

2.准直器(图1中[1])通过其机械旋转被旋转，同时信号接收器[10]以固定的时间间隔捕获信号发射模块[12]的图像。

3.对于每次采集，左右图像对从信号接收器[10]发送到计算机，以确定信号发射模块在三维中的位置和朝向。为了完成这个，图像处理技术在每幅图像中定位每个单独发射器的中心(见图21中的[51])。然后，立体图像处理技术根据每个单独信号发射器在左右两边图像中的位置来计算出其三维坐标。

4.然后将所有数据采集到的信号发射模块的位置拟合到三维圆形路径上。这个拟合的圆形路径代表了如果准直器的旋转是“理想的”，即它在机械旋转中没有误差或偏差时，发射器将采取的理想路径。

5.对于每一个测量的信号发射模块位置，该位置与拟合的圆形路径上最近点之间的矢量代表该位置的误差。所有误差矢量的集合代表该轴线的走动。

确定床轴线的走动

1.系统配置如确定准直器轴线的走动所述。

2.除了不旋转准直器，而是旋转床(图3中的[3])，其他步骤与确定准直器轴线的走动的步骤相同。虽然为了达到最佳效果，最好采用最大的旋转量，但在不可能完全旋转的情况下，也可以采用部分旋转。

3.按照确定准直器轴线走动中描述的相同的图像处理和数据分析步骤来确定床轴线走动。

室激光的调整

1.等中心目标模块的目标体[26]含有放射不透明球形标记[36]，该标记嵌入的位置与划在外表面上的四组十字线[35]正交对准(见图16中的截面图)。

2.目标体外侧的十字线允许调整室激光，使其与位于内部(不可见)的放射不透明球体精确对准。

3.一旦放射不透明球体[36]与找到的等中心对准(在上述步骤中描述)，手动调整左侧、右侧、顶部室激光，使其聚焦于存在于目标体(图11中的[26])左侧、右侧、顶部的十字线上。

确定重力方向

1.不使用典型的水准仪将机架水平与地球引力场对准，而是可以通过准直器支架[11]将图17所示的重力模块[37]与LINAC连接。

2.图20中横截面所示的重力模块包含由柔性线[44]悬挂的摆球[45]。摆球周围是装在容器[46]内的粘性流体(通常是水)。流体迅速抑制球的振荡(在没有抑制流体的情况下，摆振荡停止所需时间将是过长的)。

3.信号接收器模块获取重力模块的图像对，并利用信号处理技术确定摆线在空间中的方向，其与重力矢量的方向相关。

4.图28显示了所使用的数学处理的图形描述：摆线[44]在相机舱获取的左侧图像[53]和右侧图像[56]中被检测到。

5.将摆线从相机焦点处用数学方法投影出来，以形成左侧平面[55]和右侧平面[58]。

6.两个平面的交点被计算出，并代表重力矢量[59]的方向。

软件概述

1.初始化与信号发射模块的现实世界坐标相关的坐标系。

2、实时显示信号发射模块位置(包括三维视图和二维投影)。

3.显示记录旋转时的信号发射模块的位置和朝向。

4、计算之前初始化的坐标系内的重力方向。

5、计算旋转轴线(机架、准直器或床)。

6、在三维视图和二维投影中显示计算轴线的位置。

7.基于计算出的旋转轴线计算LINAC机械或放射等中心。

8.在3D和2D视图中显示LINAC等中心。

9.创建报告，用于呈现LINAC旋转轴线和LINAC等中心。

10.存储以前的数据集，以便进行后处理和数据审核。

11.利用三个轴线中每个轴线的走动半径，计算出整体的LINAC的走动半径。

LINAC机械等中心确定处理包括将信号发射器模块安装在准直器上；将信号接收器模块安装在信号发射器模块的无遮挡视野的位置；通过旋转机架来确定机架的旋转轴线，其中信号接收器模块在机架旋转过程中接收信号发射器模块的信号；通过旋转准直器来确定准直器的旋转轴线，其中在准直器旋转过程中，信号接收器模块从信号发射器模块接收信号；以及通过处理针对机架的旋转轴线、以及准直器的轴线旋转所接收到的信号，确定LINAC机械等中心。

通过将信号接收器模块安装在床上并使床旋转，可以确定床的旋转轴线，其中，在床旋转过程中，信号接收器模块接收来自信号发射器模块的信号。然后，可以通过处理针对机架、准直器和床的旋转轴线所接收到的信号来确定LINAC机械等中心。

在一个实施例中，对于LINAC机械和放射等中心确定处理，信号发射器模块发射光信号，并且信号接收器模块接收光信号。但如上所述，可以利用其他信号源，如红外成像，或通过测距系统的三角测量，包括射频测距、激光测距、激光雷达或声纳，或其他类似技术，如利用激光束。

信号发射器模块包括在为信号接收器优化的特定频率上反射或发射光的至少一个标记。

LINAC等中心确定处理可以包括将等中心目标模块安装在定位模块上，并将位于等中心目标模块中的等中心目标标记定位在LINAC等中心。等中心目标模块包括至少一个目标标记。等中心目标模块可以包括目标体内部的放射不透明标记，也可以包括目标体外部的十字线。这使得激光可以通过聚焦在LINAC等中心来进行调整。

在一个实施例中，定位模块包括用于调整X、Y和Z位置的机构。可以为X、Y和Z位置提供单独的控制，也可以将操纵杆式机构用于所有三个位置。

LINAC机械等中心确定处理可以包括利用处理器收集数据并利用软件进行处理。

在一个实施例中，重力模块安装在准直器上，相机舱获取重力模块的位置图像，用于确定重力矢量的方向。

在另一个实施例中，信号接收器模块固定在准直器上，并且信号发射器模块安装在床上。信号接收器模块可以安装在任何位置，其中信号发射器的视野不受阻碍。

在另一个实施例中，LINAC放射等中心确定处理包括：在准直器上安装信号发射器模块；在信号发射器模块的无遮挡视野的位置安装信号接收器模块；利用定位在第一角度的机架来旋转准直器，同时信号接收器捕获信号发射器模块的位置和朝向；利用定位在第二角度的机架来旋转准直器，同时信号接收器捕获信号发射器模块的位置和朝向；利用定位在第一角度的机架以及利用定位在第二角度的机架，确定计算出的三维准直器的旋转轴线；以及使用利用定位在第一角度的机架计算出的准直器的旋转轴线以及利用定位在第二角度的机架计算出的准直器的旋转轴线，来确定LINAC放射等中心。

在另一个实施例中，准直器随机架旋转至少1个附加角度。

LINAC放射等中心确定处理可以包括旋转床以包括在放射等中心的计算中。

所公开的是LINAC机架旋转轴线的确定处理，包括在准直器上安装信号发射器模块；在信号发射器模块的无遮挡视野的位置安装信号接收器模块；以及通过旋转机架，来确定机架轴线旋转，其中，信号接收器模块在机架旋转过程中接收来自信号发射器模块的信号。

所公开的是一种LINAC准直器旋转轴线的确定处理，包括：

将信号发射器模块安装在准直器上；将信号接收器模块安装在信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；以及通过旋转准直器来确定准直器的轴线旋转，其中，信号接收器模块在机架旋转过程中从信号发射器模块接收信号。

所公开的是一种LINAC床旋转轴线的确定处理，包括：将信号发射器模块安装在准直器上；将信号接收器模块安装在信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；以及通过旋转床来确定准直器轴线旋转，其中，信号接收器模块在机架旋转过程中接收来自信号发射器模块的信号。

所公开的是一种准直器轴线走动确定处理，包括：在准直器上安装信号发射器模块；将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；通过分析旋转期间获取的信号接收器数据，确定在准直器旋转期间通过信号发射器的空间的路径；将计算出的信号发射器位置拟合到空间中的三维圆形上；以及计算每个位置与拟合的三维圆形的最近点之间的误差矢量。

同时，还公开了一种床轴线走动确定处理，包括：在准直器上安装信号发射器模块；将信号接收器模块安装在信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；通过分析旋转期间获取的信号接收器数据，确定床旋转过程中通过信号发射器的空间的路径；将计算出的信号发射器位置拟合到空间中的三维圆形上；以及计算每个位置与拟合的三维圆形的最近点之间的误差矢量。

描述了优选的实施例，这些实施例有助于说明作为本专利主题的各种概念、结构和技术，现在对于本领域普通技术人员来说，可以使用包含这些概念、结构和技术的其他实施例，这一点将变得很明显。因此，提出了本专利的范围不应局限于所描述的实施例，而应仅受以下权利要求的精神和范围的限制。

Claims (22)

1.一种LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；

通过旋转机架来确定所述机架的轴线旋转，同时所述信号接收器模块获取信号发射器模块位置；

通过旋转所述准直器来确定所述准直器的旋转轴线，同时所述信号接收器模块在所述准直器的旋转过程中获取信号发射器模块位置；以及

通过处理在所述准直器的旋转和所述机架的旋转过程中的信号发射器模块位置，来确定所述LINAC机械等中心。

2.根据权利要求1所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述信号接收器模块安装在床上，进一步包括：通过旋转所述床来确定所述床的旋转轴线，同时所述信号接收器模块在所述床的旋转过程中获取信号发射器模块位置，以及通过处理针对所述机架、所述准直器和所述床的所述旋转轴线的所述信号发射器模块位置来确定所述LINAC机械等中心。

3.根据权利要求1所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述信号发射器模块发射光信号，并且所述信号接收器模块接收所述光信号。

4.根据权利要求3所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述信号发射器模块包括以对所述信号接收器模块优化的特定频率反射或发射光的至少一个标记。

5.根据权利要求4所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述信号接收器模块为相机舱。

6.根据权利要求5所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述相机舱由至少2个相机组成，所述相机能够获取时间同步的图像，用于计算机分析。

7.根据权利要求1所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，进一步包括将等中心目标模块安装在定位模块上，并使用所述等中心目标模块上的至少一个发射器标记将所述等中心目标模块定位在所述LINAC等中心处。

8.根据权利要求7所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述等中心目标模块包括目标体内部的放射不透明标记。

9.根据权利要求8所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述等中心目标模块包括在所述目标体外侧的十字线。

10.根据权利要求9所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，其中，所述定位模块包括X位置、Y位置和Z位置的控制。

11.根据权利要求1所述的LINAC机械等中心确定处理，其特征在于，进一步包括利用处理器收集数据并利用软件对其进行处理。

12.一种LINAC放射等中心确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；

利用以第一角度定位的机架来旋转所述准直器，同时所述信号接收器模块获取信号发射器模块位置；

从利用以所述第一角度定位的所述机架获取到的所述信号发射器模块位置来确定计算出的准直器的旋转轴线；

利用以第二角度定位的所述机架来旋转所述准直器，同时所述信号接收器模块捕获所述信号发射器模块位置；

从利用以所述第二角度定位的所述机架获取的所述信号发射器模块位置来确定计算出的准直器的旋转轴线；

使用利用以所述第一角度定位的所述机架计算出的准直器的旋转轴线以及利用以所述第二角度定位的所述机架计算出的准直器的旋转轴线，确定LINAC放射等中心。

13.根据权利要求12所述的LINAC放射等中心确定处理，其特征在于，进一步包括利用以至少一个附加角度定位的所述机架来旋转所述准直器，同时所述信号接收器模块捕获所述信号发射器模块位置。

14.根据权利要求12所述的LINAC放射等中心确定处理，其特征在于，其中所述信号发射器模块发射光信号，并且所述信号接收器模块接收所述光信号。

15.根据权利要求12所述的LINAC放射等中心确定处理，其特征在于，其中所述信号接收器模块安装在床上。

16.根据权利要求12所述的LINAC放射等中心确定处理，其特征在于，进一步包括旋转床，并且使用计算出的准直器和床轴线来确定LINAC放射等中心。

17.一种LINAC机架的旋转轴线的确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；和

通过旋转所述机架来确定所述机架的轴线旋转，同时所述信号接收器模块获取信号发射器模块位置。

18.一种LINAC准直器的旋转轴线的确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；

通过旋转所述准直器来确定所述准直器的轴线旋转，同时所述信号接收器模块获取信号发射器模块位置。

19.一种LINAC床的旋转轴线的确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；和

通过旋转所述床来确定所述准直器的轴线旋转，同时所述信号接收器模块获取信号发射器模块位置。

20.一种重力矢量确定处理，其特征在于，包括将重力模块安装在准直器上；将相机舱安装在所述重力模块的无遮挡视野的位置处；以及使用所述相机舱获取所述重力模块的位置的图像，以确定重力矢量相对于所述相机舱的内部坐标系的方向。

21.一种准直器轴线走动确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；

通过分析信号发射器模块位置，确定在所述准直器的旋转期间通过所述信号发射器模块的空间的路径；

将计算出的信号发射器模块位置拟合到空间中的三维圆形；以及

计算每个位置与拟合的所述三维圆形的最近点之间的误差矢量。

22.一种床轴线走动确定处理，其特征在于，包括：

在准直器上安装信号发射器模块；

将信号接收器模块安装在所述信号发射器模块的无遮挡视野的位置处；

通过分析信号发射器模块位置，确定床旋转过程中通过所述信号发射器模块的空间的路径；

将计算出的信号发射器模块位置拟合到空间中的三维圆形；以及

计算每个位置与拟合的所述三维圆形的最近点之间的误差矢量。

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