CN1147967A - 用于对目标进行辐照并显示所辐照的辐射的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在辐射治疗过程中，检测直接输向目标(如病人)的至少一个照域的辐射。在整个辐射照射期间显示并更新射至照域的累积剂量。医嘱规定剂量分布也可同时显示，于是使用者可比较辐射照域上的累积剂量与医嘱规定剂量分布。剂量分布—包括医嘱规定的和所累积的—最好存储在存储单元中，可存储几个不同照域在几个不同时间的分布并用于指导和监视辐射治疗过程。

Description

用于对目标进行辐照并显示所辐 照的辐射的装置和方法

本发明涉及辐射发射设备，特别是用于在放射治疗设备中显示对目标所进行辐照的辐射的装置和方法。

辐射发射设备目前已公知并公用，例如作为辐射治疗设备用于治病。辐射治疗设备一般包括门架，它在治疗期间可绕水平旋转轴转动。门架中有一线性加速器，用于产生治疗用高能量辐射(典型地，电子或光子(即X射线))束。治疗期间，该辐射束指向躺在门架旋转等角点的病人某一区域。

为了控制射向目标的辐射，通常在放射源与病人(或其它目标)之间的辐射束轨迹中设置孔板装置。该孔板装置确定将医嘱规定的辐照辐射至病人的某一照域。通过如在放射源与病人之间插入楔形吸收过滤器可取得楔形辐射分布。但是，这种设备一般不能显示实际发射的辐照到照域的辐射；对此，一个普遍原因是系统不知道楔形过滤器的值，即，不清楚它对所发射的辐射影响大小，所以，系统不能精确预测所辐照的辐射。

美国专利NO.5,148,032公开了一种辐射治疗设备，其中通过辐照期间控制可动板以及在辐照期间改变辐射束剂量率两种方式调节等剂量曲线，从而在可能的等剂量曲线中可获得大范围变化。用这种辐射治疗设备进行的辐射照射需经肿瘤医生医嘱规定。但是，辐射设备的实际操作通常由治疗医师进行。当治疗医师按肿瘤医生的医嘱进行辐射照射治疗时，设备按程序完成特定治疗。对这种设备，为了操作能确定实际辐照的剂量对应于医嘱规定的剂量，显示所辐照的辐射同样是有用。

因此，在本领域中需要能够显示辐照到目标的辐射，以便证实辐射治疗设备正按所设想的工作。

按照本发明，辐射源以输出束辐射目标(如病人)的至少一个照域。屏蔽该限定输出束指向该照域。辐射检测器(如测量室或束显示设备)检测通过屏蔽输出束照射到或射向照域的辐射输出并对应于辐射到预定照域部分的辐射产生辐射输出信号。然后处理器累积辐射输出信号，显示装置显示所累积的剂量信号并在整个辐射照射期间更新该显示。

使用者可将预先医嘱规定的剂量分布输入至处理器。然后显示装置在显示累积剂量信号的同时显示医嘱规定的剂量分布。该显示装置包括一个显示区域，该显示区域至少是部分显示屏幕，如窗口或插入画面；显示装置还可包括一台打印机。

在一个实施例中，用至少包括一个位于辐射源与目标之间的可动板装置屏蔽束。设有一个板位置检测器，用于检测每一可动板的位置。然后显示器显示以板位置为函数的累积剂量信号。

在优选实施例中，一个存储单元连至处理器，用于存储预先医嘱规定的剂量分布的参数和累积剂量信号。

在另一实施例中，包括一个检错装置，用于检测包括系统电源下降的不正常状况，并在检测到不正常状况的基础上将当前累积剂量信号非易失地存储在存储单元中。

在再一实施例中，包括一个治疗校验与记录装置，用于将目标的一个以上顺序辐照照域的分布参数下载至处理装置。从而处理器将多个辐照照域的累积剂量信号存入存储单元并从中取出。

图1为根据本发明构成的包括治疗工作台的辐射治疗设备的示意图。

图2是说明图1辐射治疗设备中的处理单元、控制单元、以及束产生系统的方框图。

图3A至3C为对一个楔形剂量分布在各时间点计划辐照辐射与实际辐照辐射的曲线图。

图4A至4C为对一个等剂量分布在各时间点计划辐照辐射与实际辐照辐射的曲线图。

下面主要参照用于将X射线辐照至病人某一照域、并使用自辐射源的光束路径中至少一个可动板确定该照域的系统描述本发明。这种描述仅仅是作为例子。本发明可用于显示将任何类型能量(例如，电子(代替x-射线))辐照任何类型目标(不仅是人类病患者)，只要能感测或估计辐照到该照域的能量大小。

而且，本发明可用于放射治疗以外的其它技术中，或与其混合使用。例如，在计算机层析X射线(CT)扫描或成像装置中，结合环束本发明可用于向使用者指示CT扫描已进展如何。

图1显示通用设计的放射治疗装置2，其中使用了依照本发明原理制成的板4、机壳9中的控制单元及治疗单元100。放射治疗装置2包括门架6，门架6在治疗过程中可绕水平旋转轴8旋转。板4固定在门架6的突出部。为了产生治疗所需高能量辐射，在门架6中装了一台线性加速器。从线性加速器6发射出的辐射束的轴如10所示。电子、光子和其它可检测辐射可用于治疗。

在治疗过程中，辐射束指向物体13的区域12，例如，躺在门架旋转等角点上的待治疗的病人。门架6的旋转轴8、治疗台16的旋转轴14和射线束轴10都优选地交会于等角点。西门子医学实验室公司1991年9月的小册子《用于放射肿瘤学的数字系统》A91004-M 2630-B 358-01-4A00总体描述了这种辐射治疗设备的结构。

病人被辐射的区域称作照域。如所公知的，板4基本上不能透过所发射辐射。板4安装在放射源与病人之间以便确定照域。因此对于人体区域如健康组织能尽可能少地，最好完全不受放射。在本发明优选实施例中，至少一个板是可动的以便照域上的辐射分布不必均匀(某一部分的剂量高于其它部分)；而且门架最好可旋转，以便不必移动病人就能达到不同线束角度和辐射分布。根据本发明，这些特征都不是必要特征：本发明也可与固定照域设备(无可动板)一起使用，使用恒定辐射辐照率，并使用固定角度线束(无旋转门架)。

而且，板虽然使用较普遍，但并不是可用作线束屏蔽设备的唯一形式。如，在许多辐射设备中，有些是束准直仪、楔子、补偿器、夹片或其它孔径设备；这种情况下，孔径设备本身可用作束屏蔽设备，且各种束屏蔽设备可结合起来限制照域。本发明可使用任何这种布置。

辐射治疗设备2还包括治疗单元100，它通常与门架6和治疗台16分离放置。最好放射线治疗设备2置于另一房间，使治疗医师免遭辐射。治疗单元100包括输出设备，如可视显示单元或监视器70，以及键盘19。治疗单元100一般由治疗医师操作，他按肿瘤医生的医嘱规定，控制实际辐射治疗。治疗单元包括一个中央处理单元(CPU)18，其功能在下面说明。利用键盘19，治疗医师以常规方式给治疗单元100编程，确保辐照到病人的辐射精确等于医嘱规定量。程序也可通过别的输入设备，如位于中央处理单元18內的数据存储设备输入或通过数据传输至CPU。在治疗前和治疗期间，各种数据均可显示在监视器70的屏幕上。这些数据中所辐照的辐射量可在屏幕上看到，特别是在覆盖整个屏幕的显示区71中。显示区71也可只覆盖屏幕的一部分，且设计为窗口或插入画面。除了实际辐照的辐射外，医嘱规定的辐射也可显示于屏幕上。实际辐照辐射的显示最好实时进行。这样，在治疗期间的任一时刻，都能验证精确辐照的辐射。另外，在治疗结束时，证明所辐照的辐射与医嘱规定的辐射完全相同。可设置其它输出设备，如打印机代替监视器70或另外作为附加的设备。

图2详细示出了辐射治疗设备2和治疗单元100的部分。电子加速器20产生电子束1。加速器20包括电子枪21、波导管22和真空腔或导引磁体23。触发系统3产生注入触发信号并将其送至注入器5。根据这些注入触发信号，注入器5产生注入脉冲，注入脉冲送至加速器20中的电子枪21，用于产生电子束1。电子束1被波导管22加速并导引。为此目的，设一高频(HF)源(未示出)提供射频(RF)信号，用于产生给波导管22的电磁场。由注入器5发出并由电子枪21发射的电子通过波导管22中的该电磁场加速并在电子枪21对面的末端射出成为电子束1。然后电子束1进入导引磁体23，并由此被导引沿轴10通过窗口7。经过第一散射箔15以后，束通过屏蔽块50的通道51并到达第二散射箔17。接着，它通过测量室60，在该测量室中确定剂量。如果散射箔由靶取代，则辐射束为X-射线。最后，在辐射束1的路径上设有孔板装置4，通过它确定作用目标的受辐射照域。孔板装置4包括一对板41和42。如上所述，这只是可用在本发明中的束屏蔽装置的一个例子。本发明可用其它形式，只要存在确定受辐射照域的一个孔板装置即可。

下面，结合辐射治疗设备说明本发明，该设备在治疗期间至少有一个孔板是可动的。这种设备在美国专利NO.5,148,032中已有描述。但是，本发明也可用治疗期间固定的板进行。如该美国专利所述，在这种辐射治疗设备中，在没有位于线束轨迹中有形楔子的情况下也可容易地得到各种楔形等剂量曲线。

板41由驱动单元43移动。驱动单元43包括一个与板41相连的电马达，它由马达控制器40控制。位置检测器44也与板41相连，用于检测其位置。

马达控制器40与剂量控制单元相连，该单元包括剂量控制器61，它根据板41的位置提供辐射束能量设定值，以便得到给定的等剂量曲线。可通过测量室60测量放射线束的大小或数量。响应于设定值与实际值之间的差值，剂量控制器61提供信号给触发系统3，触发系统3改变脉冲重复频率，使设定值与辐射束实际值间的差值减小。这样，剂量控制单元根据板41的移动控制辐射束的剂量率，以得到所定等剂量曲线。改变剂量率的方法一般公知，如可利用数字剂量系统改变。

本发明可用任何形式的检测器或装置操作，该检测器或装置确定指向照域的辐射输出。在本发明的所述实施例中，测量辐射束的数值或大小可通过常规测量或剂量室60进行。这不是必需的。可用其它形式替代，例如，可使用入口成像或束显示设备，从而在辐射已通过病人后检测辐射。这种情况下，应用普通校准技术补偿由病人吸收或散射引起的检测输出偏差。而且，根据本发明不必测量剂量的绝对值；而相反，是用检测设备测量剂量率，然后用硬件或软件积分提供实际剂量值，再以下述方式显示。

图2也示出了治疗单元100的各部分。监视器70和键盘19连至中央处理单元18。也可设置打印机80记录治疗分布。中央处理单元18可编程以便控制辐射治疗设备2并执行本发明的方法。根据肿瘤医生的指示，治疗医师以任何公知方式给中央处理单元18编程，使之执行放射治疗的处方规定的过程(或系列过程)。在监视器70屏幕上的窗口71中，曲线72显示辐射治疗的处方规定辐照。

显示区71的水平轴表示可动板41在治疗期间从其初始位置移至终止位置的移动。水平轴可以任何方便的形式标度；例如，对应移动造成的开口的中点，初始位置可标作开口数值的-0.50或-50％，而终止位置可标作开口数值的+0.5或+50％。垂直轴利用一根线、投影或着色显示从预定值开始治疗期间以Mu(监视单元)为单位测得的规定累积剂量，同时也显示治疗期间的实际累积剂量。该单位MU是一个能算出所吸收剂量的辐射单位；一个MU被校正到1cGy。曲线72表示医嘱规定的累积辐射剂量与可动板41位置的关系，而图73监视总的实际辐照累积剂量。

医嘱规定剂量曲线72由监视器以任意普通方式产生，以对应使用者通过输入设备(键盘，下载数据等)输入的剂量分布。注意窗口71含有位置与照域放射的离散表示——板位置(它确定照域区的“边缘”)表示为小位置间隔(x轴)而辐照剂量表示为小剂量间隔(y轴)。(在该图中，只移动一个板，但是，如下所述，例如在移动一个以上的板时也可用多维显示。)如上所述，通过测量或剂量室60，或病人下面的束显示设备之类的公知设备感知并测量剂量值或剂量率。对应该剂量的信号传至剂量控制器61，它再将剂量信号送至CPU18。然后CPU18以公知方式产生相应的信号，送至监视器70中的普通显示驱动电路。

图73是类似“增长柱状图”的束状图例，它以总累积剂量的，如5％或更小为单位在每列中显示累积剂量。随着某一给定板位置(它也决定辐射照域的哪一部分)累积剂量的增加，相应的“柱”增高。如果曲线72下的区域以不同于背景色的第一色标记，而束状图73为第二色，于是操纵者容易看出治疗进展如何以及累积MU在束辐射部位中如何分布。这样，显示区71随治疗进程改变其內容且能保证给目标13的剂量不超过医嘱规定剂量。

也可设置使得如果图73超过曲线72某一阈值则发出报警，或关断放射治疗设备2。这种情况下，CPU比较每一板位置的累积剂量与医嘱规定剂量，如果累积剂量(或其某种函数)超过医嘱规定剂量预定的阈值，则CPU可指令监视器发出报警声，使显示区的某一部分闪烁或变色，例如，变为红色，或发出某种类似警告，且它也能指令剂量控制器61暂停辐射。

为了计算显示区71中的累积剂量，中央处理单元18中的处理器可用下列数据：

MUprev＝上次更新的

MUcurrent＝剂量控制器61最新报告的MU

Pplate＝板41的最新报告位置

MUcol(i)＝每个束状列中点处累积剂量的排列

初始化期间，MUprev和MUcol(i)置零，且对于更新处理对应于x轴上一个增加的每一列，执行下列步骤：

检测板41位置

如果板41的位置超出该列的中点，

MUcol(i)增加(MUcurrent-MUprev)

显示列MUcol(i)

中央处理单元18连至剂量控制器61，用于在期望值示于显示区71时根据可动板41的位置改变期望辐射值。然后剂量控制器61将信号送至触发系统3，触发系统3以相应的方式变化脉冲重复频率，马达控制器40控制驱动单元43完成所期望的板41的移动。位置检测器44的输出信号送至中央处理单元18，用于计算水平轴的瞬时值。测量室17的输出信号传至中央处理单元18，用于计算显示在图72的显示区71的垂直轴上的累积剂量。

累积剂量值，最好还有医嘱规定剂量与照域几何形状的数值及其它参数，最好存储在存储单元90中。存储单元90连至CPU18或置于CPU18中。

如果在第二对板4中，至少移动一个其它板，或门架6在治疗期间移动，相应地显示辐射，例如利用用于三维显示的第三轴或使用极座标。

另一方面，照域可在显示屏上以二维图象表示，使其显出照域的实际形状。例如，可用传统方式以预定清晰度将楔形或拱形区照域显示为图像元素(“像素”)的形式，代替“增长柱状图”，每一像素的颜色可从黑或蓝变化，且随着每一对应点剂量的增加，其颜色可逐渐显示为绿，然后是黄，再是红。例如，黄色可表示已达到医嘱规定剂量，而红色可用于表示剂量超过医嘱规定值。累积剂量也可以“地形”形式显示，以至少约等于相同累积剂量的相连像素显示等高线。自然，等高线在治疗期间变化，而显示也如上述方式以颜色分类。

本发明还可对应于一个或多个维照域(如表示肿瘤体积时)“实时”(即，在辐射治疗实际进行期间连续变化)检测并显示累积剂量数据。然后深度信息可以任何普通方式从辐射发射设备的结构，如门架位置推出。随后系统将累积剂量数据存储在存储器90内的3维表中。用普通显示方法，监视器70显示所选累积剂量的剖视图；可用普通方法使使用者通过输入设备选择观察和“跟踪”任一时刻的剖面。或者，在任一时刻监视器显示屏幕上可显示不只一个窗口71，每个窗口以不同的3维部位剖视平面表示剂量累积的进程。注意，该技术尤其适于与其它技术，如CT结合使用，CT将不同深度的图象显示为平面图。

为了提高精确性和登录(如，为显示搜集累积的3维剂量数据)，CPU18也可连至传统电路，该电路显示治疗期间病人所躺的台或其它表面的位置与方位。该数据可代替门架位置数据或与其结合从而提供关于任一部分照域位置的信息。

图3A至3C示出治疗期间3个不同阶段时显示区71中累积剂量视图的例子。图3A中治疗刚开始且板41仅仅移动微小距离。图3B中已进行了大约一半累积剂量的辐照，而图3C中治疗已结束。

图4A至4C所示为本发明在辐射治疗设备中的应用，其中板41和42是固定的。监视器70显示例图，随着治疗进程，通过在显示区71整个宽度上棒束从底部向上延伸，该图从底部至顶部填满显示区71。

显示区71可覆盖整个屏幕或其一部分，后一种情况下它可作为一窗口或插入画面显示。如上所述，照域不一定表示为矩形区域；而是可以任意形状的环形或扇形剂量区域表示，只要该剂量被检测为所辐射照域的函数。而且，剂量还可用三维图显示，该图通过使用第三轴以普通方式产生。如果放射期间移动一个以上的板和/或门架6移动，则这种三维显示特别有益。

存储单元90最好是非易失的。而且，CPU18最好还包括或连接普通的错误或故障检测与电源检测电路，它显示系统的任何不正常状况或电力降至系统额定正常工作电力以下的状况。上述电源下降不必是全部的；也会发生部分电源下降(“降低电压”)。检测到这种情况时，CPU确保最新的累积剂量数据、确定照域形状的参数以及最好有日期和时间信息存储在存贮单元中。注意，只要CPU连续更新存储在存储单元中的累积剂量值，存储不丢失，这就将“自动”进行。用这种方法，当电源恢复时，治疗能从其暂停处很快恢复，累积剂量不会不确定。

非易失存储器的另一个优点是它使多阶段疗程控制治疗过程容易且精确。这种情况下，每位病人每个照域的数据都存储在普通数据库中(为了备用和安全性，可装至第二备份存储介质，如磁盘上)，且在整个治疗过程的每一阶段开始时可调出。

上述情况是假设每一照域的所应遵循的剂量分布是由操作者输入的。这并不必要。例如，假设一个治疗阶段后，实际辐照的累积剂量分布(使用者将看到所显示的)特别好或成功，甚至可能比原医嘱规定分布还好。上一累积剂量曲线(或在多维情况下为表面)的最后值存储在存单元中。下次治疗可使用并显示这些最后值作为“医嘱规定”剂量分布。

最好通过CPU18，将外部设备(例如另一个，甚至可能是远方处理器或医生的工作站)连接至存储单元，从而可直接将治疗参数(照域形状，剂量分布，病人识别数据等)下载至存储单元90中。然后这些数据可通过CPU访问，使其能指导治疗疗程并如上所述显示累积剂量。

辐射治疗“疗程”可以且经常有一个以上的照域，并可经过几个不同阶段。某些情况下，治疗过程中使用几百个不同(某些情况下为固定的)的连续照域，对具有复杂形状或具有复杂医嘱规定剂量分布的照域进行恰当辐照，以减轻病人的痛苦，或治疗期间随着肿瘤的缩小调整照域。由此本发明还包括一个可选择校验与记录系统102(见图2)，它将治疗过程各照域的参数存储并下载至辐射系统(通过CPU或直接进入存储器90)。注意，这可能包括用于前面治疗阶段每一照域的累积剂量值。为了提供治疗过程的永久记录，可用打印机80打印出不同照域、可能还在不同时间时的累积剂量值。

Claims (16)

1、一种用于辐照并显示辐照到目标上的辐射的系统，该系统包括：

一个具有输出束的辐射源；

束屏蔽装置，用于将所述输出束限定至目标的至少一个预定照域；

检测装置，用于检测所屏蔽输出束的辐射输出并对应于辐照到预定照域部分的辐射输出产生辐射输出信号；

处理装置，用于累积辐射输出信号；

显示装置，用于显示所累积的剂量信号并在整个辐射照射期间更新该显示。

2、如权利要求1所述的系统，还包括输入装置，用于将预先医嘱规定的剂量分布输入至处理装置，其中所述显示装置还设有用于在显示累积剂量信号的同时显示医嘱规定剂量分布的显示部。

3、如权利要求1所述的系统，其中所述显示装置包括一个显示区，该显示区至少是显示屏幕的一部分。

4、如权利要求1所述的系统，其中所述显示装置包括一台打印机。

5、如权利要求1所述的系统，其中：

所述束屏蔽装置包括至少一个位于辐射源和目标之间的可动板；

设有板位置检测器，用于检测板装置的至少一个可动板的位置；

所述显示装置显示以板位置为函数的累积剂量信号。

6、如权利要求1所述的系统，其中所述检测装置包括一个位于所述辐射源和目标之间的测量室。

7、如权利要求1所述的系统，还包括一个存储单元，该存储单元连至处理装置，用于存储预先医嘱规定的剂量分布的参数和累积剂量信号。

8、如权利要求7所述的系统，还包括：

检错装置，用于检测包括系统电源下降的不正常状况，并在检测到不正常状况的基础上非易失地将当前累积剂量信号存储在存储单元中。

9、如权利要求7所述的系统，还包括：

治疗校验与记录装置，用于将目标的多个顺序辐射照域的分布参数下载至处理装置；

还设有用于将多个辐射照域的累积剂量信号存入存储单元并从中取出的处理装置。

10、一种用于辐照并显示辐照到目标的辐射的系统，该系统包括：

一个具有输出束的辐射源；

束屏蔽装置，包括至少一个位于辐射源与目标之间的可动板，该可动板用于将所述辐射束限定至目标的至少一个预定辐射照域；

一个板位置检测器，用于检测板装置的至少一个板的位置；

检测装置，用于检测通过屏蔽输出束辐照到照域的辐射输出并对应于辐照到预定照域部分的放射线产生辐射输出信号；

处理装置，用于累积辐射输出信号；

显示装置，用于在显示屏幕至少一部分上显示以板位置为函数的累积剂量信号并在整个辐射照射期间更新该显示；

输入装置，用于将预先医嘱规定的剂量分布输入至所述处理装置，其中所述显示装置还设有用于在显示累积剂量信号的同时显示医嘱规定剂量分布的显示部；

一个存储单元，该存储单元连至所述处理装置，用于存储预先医嘱规定的剂量分布的参数和累积剂量信号。

11、一种用于进行辐照并显示辐照到目标的辐射的方法，包括下列步骤：

选择目标的至少一个辐射照域；

从辐射源产生辐射的输出束；

屏蔽束并限定输出束以辐射每一照域；

检测从辐射源直接指向照域的辐射输出；

对应于辐照到预定照域部分的辐射产生辐射输出信号；

累积所述辐射输出信号；

显示累积剂量信号并在整个辐射照射期间更新该显示。

12、如权利要求11所述的方法，还包括下列步骤：

将预先医嘱规定的剂量分布输入至处理装置；

显示累积剂量信号的同时显示医嘱规定剂量分布。

13、如权利要求11所述的方法，其中屏蔽步骤包括移动位于辐射源与目标之间的至少一个可动板，还包括下列步骤：

检测每个可动板的位置；

显示以板位置为函数的累积剂量信号。

14、如权利要求11所述的方法，还包括步骤：在存储单元中存储预先医嘱规定剂量分布的参数和累积剂量信号。

15、如权利要求14所述的方法，还包括下列步骤：

检测包括系统电源下降的不正常状况；

在检测到不正常状况的基础上将当前累积剂量信号非易失地存储在存储单元中。

16、如权利要求14所述的方法，还包括下列步骤：

将目标的多个顺序辐射照域的分布参数下载至处理单元；

将多个辐射照域的累积剂量信号存入存储单元和从中取出。

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