CN116325024A - 放射治疗系统中的磁阻线性定位检测 - Google Patents

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CN116325024A CN202180070789.6A CN202180070789A CN116325024A CN 116325024 A CN116325024 A CN 116325024A CN 202180070789 A CN202180070789 A CN 202180070789A CN 116325024 A CN116325024 A CN 116325024A
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M·伊斯坎德尔
M·魏策尔
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Abstract

一种多叶准直器包括用于使放射治疗束成形的多个可移动叶(351)，其中每个叶能够在相同线性行进方向上独立地移动。每个叶包括被设置在叶的测量表面上的磁体(721)的线性阵列(720)，以及靠近叶的测量表面设置的磁阻传感器阵列(651)。

Description

放射治疗系统中的磁阻线性定位检测
相关申请的交叉引用
本申请的主题涉及美国专利申请No.17/072,046，其通过引用并入本文。
背景技术
除非本文另外指出，否则在本节中描述的方法不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不通过包括在本节中而被承认是现有技术。
使用电离辐射的放射治疗是对特定靶组织(例如癌性肿瘤)的局部处置。理想地，以下述方式对靶组织(也称为规划靶体积)执行放射治疗：使周围正常组织免于接收指定容差以上的剂量，从而使对正常组织的损坏的风险最小化。已经开发了适形放射治疗和调强放射治疗，使得在放射治疗期间将规定剂量正确地供应给规划靶体积。
在适形放射治疗中，放射治疗束可以例如用束限制设备在靶组织周围成形，以向癌性肿瘤给予高辐射剂量，同时最小化对周围健康组织的剂量。在调强放射治疗中，辐射束的强度被调制，使得规定辐射剂量更精确地符合肿瘤的三维形状。适形放射治疗和调强放射治疗都可以大大降低副作用的风险和/或使得能够增加靶组织的剂量。
在适形和调强放射治疗中常用的束限制设备是多叶准直器(MLC)。通常，放射治疗系统中的MLC包括独立地定位在放射治疗束的路径内的辐射阻挡材料的多个可移动“叶”。以这种方式，MLC使得能够实现靶向束成形和/或放射治疗束的强度的变化。
使得在放射治疗期间将规定剂量正确地供应给规划靶体积，MLC和包括在MLC中的单独的叶必须相对于提供放射治疗的线性加速器精确地定位。然而，当前用于测量MLC和MLC叶定位的耐辐射定位传感器存在许多缺点。例如，由于随时间的磨损，机电定位传感器具有可重复性和可靠性问题。此外，一些机电定位传感器在以特定角度定位时可能遭受重力相关的不准确性，从而进一步增加了这种传感器的输出的不确定性。
发明内容
在一个方面中，本发明提供根据权利要求1所限定的多叶准直器。在另一方面中，本发明提供根据权利要求16所限定的用于测量多叶准直器中的多个叶中的可移动叶的位置的方法。在从属权利要求中指定了可选特征。
根据本公开的至少一些实施例，一种放射治疗系统被配置为使用磁阻传感器来测量多叶准直器转盘的定位和/或多叶准直器转盘中的单独的叶的定位。在一些实施例中，多叶准直器转盘的定位经由耦合到转盘的表面的线性磁体阵列和磁阻传感器沿着线性运动的轴线测量。在一些实施例中，多叶准直器转盘中的单独的叶的定位经由耦合到叶的表面的磁体的线性阵列和磁阻传感器沿着线性运动的轴线测量。
前述发明内容仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，其它方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本公开的前述和其他特征将变得更加完全显而易见。这些附图仅描绘了根据本公开的若干实施例，并且因此不被认为是对其范围的限制。通过使用附图，将以附加的特异性和细节描述本公开。
图1是根据一个或多个实施例的放射治疗系统的透视图。
图2示意性地图示了根据各种实施例的图1的放射治疗系统的驱动架和台架。
图3示意性地图示了根据各种实施例的图1的放射治疗系统的准直器组件。
图4示意性地图示了根据各种实施例的线性运动检测装置。
图5示意性地图示了根据各种实施例的图3的准直器组件的单个叶的侧视图。
图6是根据实施例的图1的放射治疗系统的多叶准直器转盘的透视图。
图7是根据实施例的当插入到图6的多叶准直器转盘中时印刷电路板的透视图。
图8是根据实施例的图6的多叶准直器转盘的端视图。
图9是根据实施例的多叶准直器层和印刷电路板的局部端视图。
图10示意性地图示了根据各种实施例的线性旋转运动检测装置。
图11是图示来自磁阻传感器的理想正弦输出信号、实际正弦输出信号和余弦输出信号的输出值的曲线图。
图12阐明了根据一个或多个实施例的用于经由磁阻传感器进行旋转定位检测的校准过程的流程图。
图13阐明了根据一个或多个实施例的用于经由磁阻传感器进行旋转定位检测的过程的流程图。
图14是被配置为执行本公开的各种实施例的计算设备的图示。
图15是用于实现本公开的各种实施例的计算机程序产品的说明性实施例的框图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号通常标识类似的部件，除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着限制。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。将容易理解，如本文一般描述且在图中示出的本公开的方面可以以多种不同的配置来布置、替代、组合和设计，所有这些配置都被明确预见到并且构成本公开的一部分。
如上所述，束成形在提高某些放射治疗的准确性、效率和质量方面起重要作用。为此，多叶准直器(MLC)已经在放射治疗中用作用于适形放射治疗的束成形器，以及用作用于调强放射治疗(IMRT)和体积调制电弧治疗(VMAT)的调强器。在这样的治疗中，准确的束成形取决于MLC和MLC中的单独的叶相对于处置束的精确定位。根据各种实施例，通过用磁阻传感器测量线性和/或旋转定位来促进放射治疗系统中的改进的且更可靠的叶定位和MLC转盘定位，如下所述。
图1是根据一个或多个实施例的放射治疗系统100的透视图。放射治疗(RT)系统100被配置为对身体中指示放射治疗的任何地方的病变、肿瘤和状况提供立体定向放射外科和精确放射治疗。这样，RT系统100可以包括生成高能X射线的兆伏(MV)处置束的线性加速器(LINAC)、千伏(kV)X射线源、X射线成像器、以及在一些实施例中的MV电子入口成像设备(EPID)(为清楚起见未示出)中的一个或多个。可替代地或另外地，RT系统100可以被配置为生成高能量或非常高能量的电子、质子、重离子和/或类似物。作为示例，本文描述的放射治疗系统100被配置有圆形台架。在其他实施例中，RT系统100可以被配置有能够经由滑环连接进行无限旋转的C形台架或被配置有机械臂。
通常，RT系统100能够在施加MV处置束期间对靶体积进行kV成像，使得可以执行IMRT、VMAT、图像引导放射治疗(IGRT)和/或适形放射治疗过程。RT系统100可以包括一个或多个触摸屏101、卧榻运动控制器102、膛103、基座定位组件105、被设置在基座定位组件105上的卧榻107、以及图像采集和处置控制计算机106，所有这些都被设置在处置室内。RT系统100还包括远程控制台110，其被设置在处置室外部，并且使得能够从远程位置进行处置递送和患者监测。基座定位组件105被配置为将卧榻107相对于膛103精确地定位，并且运动控制102包括输入设备，诸如按钮和/或开关，其使得用户能够操作基座定位组件105以将卧榻107自动地且精确地定位到相对于膛103的预定位置。运动控制102还使得用户能够将卧榻107手动地定位到预定位置。在一些实施例中，RT系统100还包括在处置室中用于患者监视的一个或多个相机(未示出)。
图2示意性地图示了根据各种实施例的RT系统100的驱动机架200和台架210。为了清楚起见，在图2中省略了RT系统100的盖、基座定位组件105、卧榻107和其它部件。驱动机架200是用于RT处置系统110的部件的固定支撑结构，包括台架210和用于可旋转地移动台架210的驱动系统201。驱动机架200搁置在RT处置系统110外部的支撑表面(诸如RT处置设施的地板)上和/或固定到RT处置系统110外部的支撑表面(诸如RT处置设施的地板)。台架210可旋转地耦合到驱动机架200，并且是RT系统100的各种部件安装在其上的支撑结构，RT系统100的各种部件包括线性加速器(LINAC)204、MV电子入口成像设备(EPID)205、成像X射线源206和X射线成像器207。在RT处置系统110的操作期间，当由驱动系统201致动时，台架210围绕膛103旋转。
驱动系统201旋转地致动台架210。在一些实施例中，驱动系统201包括线性马达，该线性马达可以被固定到驱动机架200并与安装在台架210上的磁轨(未示出)相互作用。在其它实施例中，驱动系统201包括用于使台架210围绕膛201精确地旋转的另一合适的驱动机构。LINAC 204生成高能X射线(或在一些实施例中为电子、质子、重离子等)的MV处置束230，并且EPID 205被配置为经由处置束230采集X射线图像。成像X射线源206被配置为通过RT系统100的等中心点203将X射线的锥形束(本文称为成像X射线231)引导到X射线成像器207。等中心点203通常对应于待处置的靶体积的位置。X射线成像器207接收成像X射线231并根据其生成适当的投影图像。这样的投影图像然后可以被采用以构建或更新对应于包括靶体积的3D区域的数字体积的成像数据的部分。在一些实施例中，锥形束计算机断层摄影(CBCT)和数字断层合成(DTS)可以用于处理由X射线成像器207生成的投影图像。
在图2中示出的实施例中，X射线成像器207被描绘为平面设备。在其它实施例中，X射线成像器207可以具有弯曲配置。此外，在图2中示出的实施例中，RT系统100包括单个X射线成像器和单个对应的成像X射线源。在其它实施例中，RT系统100可以包括两个或更多个X射线成像器，每个X射线成像器具有对应的成像X射线源。
LINAC 204包括准直器组件250和/或与准直器组件250结合操作。准直器组件250包括用于成形和/或修改MV处置束230的强度的一个或多个准直器。下面结合图3描述准直器组件250的一个实施例。
图3示意性地图示了根据实施例的准直器组件250。在图3中示出的实施例中，准直器组件250包括主准直器310和包括至少一个MLC层的MLC转盘300。准直器组件250被设置为靠近LINAC 204的辐射源(未示出)并且在辐射源和RT系统100的等中心点203之间。此外，在一些实施例中，主准直器310相对于辐射源固定就位，而MLC转盘300被配置为相对于辐射源移动。在一些实施例中，MLC转盘300被配置为沿着一个或多个线性轴线平移，一个或多个线性轴线为诸如第一线性运动轴线301、第二线性运动轴线302和/或第三线性运动轴线303(从页面出去)。在一些实施例中，MLC转盘300被配置为围绕至少一个旋转轴线(诸如旋转轴线304)旋转。在一些实施例中，旋转轴线304与X射线场306的中心线305基本上平行。在图3中图示的实例中，旋转轴线304与X射线场306的中心线305重合，但是在许多实例中，旋转轴线304沿着第一线性运动轴线301和/或第三运动轴线303偏离中心线305。
在一些实施例中，MLC转盘300被配置有用于沿着第一线性运动轴线301、第二线性运动轴线302、第三线性运动轴线303和/或旋转轴线304的线性运动的主要定位检测和次要定位检测。在一些实施例中，相对于上述轴线中的一个或多个轴线的主要运动检测由与该运动相关联的伺服系统提供。例如，在实施例中，与MLC转盘300沿着第一线性运动轴线301的线性运动相关联的伺服系统包括指示MLC转盘300沿着第一线性运动轴线301的当前定位的特定定位反馈。在这样的实施例中，这样的定位反馈被认为是沿着线性运动轴线301的主要线性定位检测。在另一示例中，在实施例中，与MLC转盘300围绕旋转轴线304的旋转运动相关联的伺服系统包括指示MLC转盘300围绕旋转轴线304的当前旋转定位的特定定位反馈。在这样的实施例中，这样的旋转定位反馈被认为是主要旋转定位检测。
在一些实施例中，由相应磁阻传感器提供相对于上述轴线中的一个或多个轴线的运动检测(例如，次要运动检测)。因此，在这样的实施例中，MLC转盘300包括以下中的一个或多个：磁阻传感器321，其用于MLC转盘300相对于第一线性运动轴线301的运动检测；磁阻传感器322，其用于MLC转盘300相对于第二线性运动轴线302的运动检测；磁阻传感器323，其用于MLC转盘300相对于第三线性运动轴线303的运动检测；或者磁阻传感器324，其用于MLC转盘300相对于旋转轴线304的运动检测。在这样的实施例中，磁阻传感器321经由被设置在MLC转盘300的表面341上的磁体的线性阵列331执行运动检测，磁阻传感器322经由被设置在MLC转盘300的表面342上的磁体的线性阵列332执行运动检测，磁阻传感器323经由被设置在MLC转盘300的表面342上的磁体的线性阵列333执行运动检测，和/或磁阻传感器324经由被设置在MLC转盘300的外围区域344上的齿环334执行运动检测。在这样的实施例中，次要定位传感器的国际电工委员会(IEC)要求对于所有LINAC转盘线性和旋转轴线都可以由相应的磁阻传感器满足。
下面结合图4描述用于MLC转盘300的线性运动检测的磁阻传感器的一个实施例。下面结合图10描述用于MLC转盘300的旋转运动检测的磁阻传感器的一个实施例。
图4示意性地图示了根据本发明的各种实施例的线性运动检测装置400。在图4中示出的实施例中，线性运动检测装置400包括磁阻传感器410和磁体421的线性阵列420。在一些实施例中，线性阵列420被实现为交替磁极(即，N-S-N-S等)的磁体421的磁尺，其中磁体421各自以均匀磁极间距422彼此分开。
磁阻传感器410被设置为靠近线性阵列420并且通过气隙401与线性阵列420分开。因此，磁阻传感器410不与线性阵列420物理接触。结果，磁阻传感器410和线性阵列420在使用期间都不经历机械磨损。
如图所示，线性阵列420被配置为纵向定向于特定线性行进方向403上的磁体421的线性阵列。磁阻传感器410被配置为检测线性阵列420相对于磁阻传感器410在线性行进方向403上的运动和/或生成使得能够检测线性阵列420相对于磁阻传感器410在行进方向403上的运动的定位信息。在一些实施例中，磁阻传感器410包括磁阻设备412、偏置磁体414和电阻桥(未示出)。在一些实施例中，电阻桥被包括在磁阻设备412中。在一些实施例中，磁阻设备412包括各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器、或测量当线性阵列420的磁体421相对于磁阻传感器410移动时发生的磁场的变化的其它磁性定位传感器中的至少一个。
磁阻传感器410基于磁阻效应来生成定位信息，其中外部磁场影响磁阻传感器410中的磁阻材料的电阻。例如，在一些实施例中，磁阻传感器410被配置为作为正弦编码器操作，该正弦编码器以基于磁场的当前角度的正弦输出信号和余弦输出信号的形式生成磁体421的定位信息。基于正弦输出信号和余弦输出信号，可以确定两个相邻磁体421之间的磁阻传感器410的定位。在这样的实施例中，正弦和余弦输出信号使得能够精确地确定两个相邻磁体421之间的磁阻传感器410的定位。例如，在其中磁阻传感器410被配置为生成用于将磁阻传感器410的定位解析到1°内(其中磁极间距422等于360°)的信号的实施例中，磁阻传感器410的定位可以被确定为在磁极间距422的1％的分数内。另外，当磁阻传感器410从磁体421的线性阵列420的一端移动到磁体421的线性阵列420的另一端时，可以对正弦输出信号和/或余弦输出信号的重复周期进行计数。这可以允许确定两个相邻磁体421，磁阻传感器410位于两个相邻磁体421之间。因此，磁阻传感器410可以提供关于线性阵列420相对于磁阻传感器410的精确定位信息。
注意，磁阻传感器410不会主动生成定位信号，而是作为被动设备。结果，磁阻传感器410的输出通常不受放射治疗系统中存在的X射线场(诸如图3中的X射线场306)的高辐射环境影响。
回到图3，主准直器310被配置为限定X射线场306的外界。主准直器310可以是固定准直器或配置有一个或多个可移动爪的准直器。通常，主准直器310被设置为靠近LINAC204的辐射源。在图3中所图示的实施例中，主准直器310被描述为单个准直装置，但是在其它实施例中，主准直器310包括在X射线场306内串联定位的多个准直装置。
在一些实施例中，MLC转盘300包括近侧MLC层350和远侧MLC层360。在其它实施例中，MLC转盘300包括单个MLC层。近侧MLC层350包括多个叶351，每个叶能够在行进方向上独立地移动到X射线场306中。类似地，远侧MLC层360包括多个叶361，每个叶能够在行进方向上独立地移动到X射线场306中。在图3中所图示的实施例中，近侧MLC层350的每个叶351能够在垂直于X射线场306的中心线305的一个特定行进方向上移动。此外，在图3中所图示的实施例中，叶351的行进方向被描绘为沿着在从页面出去的第三线性运动轴线303。类似地，远侧MLC层360的每个叶361能够在垂直于X射线场306的中心线305的一个特定行进方向上移动。在图3中所图示的实施例中，叶361的行进方向与叶351的行进方向相同，叶351的行进方向沿着线性运动轴线303。在图3中，叶351和叶361从端部观察，即沿着平行于第三线性运动轴线303的行进方向观察。
在一些实施例中，近侧MLC层350包括多排叶351并且远侧MLC层360包括多排叶361。在这样的实施例中，MLC层350包括定位于X射线场306的中心平面的相对侧上的两个相对的多排叶351，并且远侧MLC层360包括位于X射线场306的中心平面的相对侧上的两个相对的多排叶361。
叶351和叶361通常由高原子序数材料(诸如钨或其合金)形成。此外，在一些实施例中，叶351和叶361具有与在垂直于叶行进的方向上发生的束发散相匹配的大体梯形横截面。实际上，叶351和361的横截面可以不是精确的梯形。在一些实施例中，叶351和叶361可以被配置为在等中心点203处投影到相同的投影尺寸。在这样的实施例中，叶351在垂直于叶行进的方向上具有比叶361更小的横截面。
在一些实施例中，叶351和叶361中的每个叶沿着线性行进方向的运动检测由相应的磁阻传感器实现。在这样的实施例中，每个叶351和每个叶361包括用于对应叶的线性运动检测的磁阻传感器。下面结合图5描述一个这样的实施例。
图5示意性地图示了根据各种实施例的MLC转盘300的单个叶500的侧视图。如图所示，叶500被定位于在特定行进方向502上的行进范围的开始边缘501处，并且因此被设置为靠近X射线场306但在X射线场306外部。还示出了在沿着行进方向502的行进范围部分地行进之后的叶500(虚线)。
叶500包括磁阻传感器521和被设置在叶500的边缘表面541上的磁体的线性阵列531。在一些实施例中，磁阻传感器521可以与图4中的磁阻传感器410的一个或多个实施例的配置一致，并且线性阵列531可以与图4中的线性阵列420的一个或多个实施例的配置一致。
在操作中，当叶500沿着行进方向502移动时，磁阻传感器521生成用于精确地确定在包括在线性阵列531中的两个最接近的磁体之间的磁阻传感器521的当前定位的定位信息。在一些实施例中，磁阻传感器521以正弦输出信号和余弦输出信号的形式生成这种定位信息。在一些实施例中，这种定位信息被采用于叶500沿着行进方向502的次要运动检测。在这样的实施例中，与沿着行进方向502移动叶500相关联的伺服系统提供主要线性运动检测。因此，在这样的实施例中，满足了对于放射治疗系统中的所有移动叶具有主要定位传感器和次要定位传感器两者的IEC要求。
图6是根据实施例的MLC转盘300的透视图。在图6中，用于近侧MLC层350的磁阻传感器651的阵列650从MLC转盘300分解示出。在图6中所图示的实施例中，磁阻传感器651被设置在印刷电路板(PCB)652上。在一些实施例中，磁阻传感器651的阵列650被配置为在垂直于叶351的线性行进方向603的方向602上纵向延伸的线性阵列。在图6中所图示的实施例中，阵列650包括多行653磁阻传感器651。在一些实施例中，多行653中的磁阻传感器651是交错的，使得磁阻传感器651可以沿着方向602更接近地间隔开。将PCB 652插入到MLC转盘300中使得每个磁阻传感器651被设置为靠近MLC层350的相应叶351的测量表面。
图7是根据实施例的当插入MLC转盘300中时PCB 652的透视图。在图7中，为了清楚起见，省略MLC转盘300的部分，诸如封闭叶351的壳体。如图所示，磁阻传感器651被设置在PCB 652上，使得每个磁阻传感器651被设置为靠近近侧MLC层350的相应叶351的测量表面701。在图7中示出的实施例中，每个测量表面701是叶351的边缘表面，并且每个测量表面702是叶361的边缘表面。在图7中示出的实施例中，PCB 652被配置为将磁阻传感器651靠近叶351的测量表面701上的磁体721定位。在其它实施例中，磁阻传感器651被设置在MLC转盘300的任何其它合适的表面上，该表面将磁阻传感器651靠近叶351的测量表面701定位。
图8是根据实施例的当PCB 652被插入MLC转盘300中时MLC转盘300的端视图。在图8中，为了清楚起见，省略MLC转盘300的部分，诸如封闭叶351的壳体。如图所示，磁体721的每个线性阵列720(在图8中从端部观察)通过气隙801与对应的磁阻传感器651分开。下面结合图9描述磁体721、气隙801、叶351以及磁阻传感器651的配置的实施例。
图9是根据实施例的近侧MLC层350和PCB 652的局部端视图。如图所示，MLC层350的叶351在方向602上间隔开叶间距901，其为两个相邻叶351之间的中心间距(也称为中心到中心距离)。在图9中示出的实施例中，方向602垂直于叶351的线性行进方向603，并且线性行进方向603定向成进出页面。叶间距901通常基于包括MLC转盘300的放射治疗系统的期望功能来选择。在一些实施例中，PCB 652上的每个磁阻传感器651也通过叶间距901与相邻的磁阻传感器651间隔开。示出了将磁体721的每个线性阵列720与对应的磁阻传感器651分开的气隙801。
在一些实施例中，为了减少近侧MLC层350的磁阻传感器651之间的串扰，特定磁体721在垂直于线性行进方向603的方向上的宽度921被选择为等于或小于阈值。在一些实例中，垂直于线性行进方向603的方向是方向602，并且在其他实施例中，垂直于线性行进方向603的方向是另一方向，诸如也垂直于与特定磁体721耦合的叶351的长度的方向902。在一些实施例中，阈值可以是基于叶间距901、气隙801、特定磁体721的场强和/或与近侧MLC层350的配置相关联的一个或多个其它因素，诸如特定磁体721、磁阻传感器651等的尺寸、相对定位和/或定向。例如，在一个这样的实施例中，特定磁体721的宽度921的阈值是叶间距901的一半。在另一个这样的实施例中，基于叶间距901的尺寸和气隙801的尺寸来确定特定磁体721的宽度921的阈值。在又一个这样的实施例中，基于特定磁体721与相邻磁阻传感器651之间的最小距离来确定特定磁体721的宽度921的阈值。
注意，当磁体721的宽度921等于或小于这样的阈值时，由于耦合到叶351之一的磁体721和与相邻叶351相关联的磁阻传感器651之间的更大距离，相邻磁阻传感器651之间的串扰被减少。例如，当磁体721的宽度921被减小时，叶351A的磁体721A远离与相邻叶351B相关联的磁阻传感器651B。结果，磁阻传感器651B不太可能错误地检测到叶351A的运动。同样地，磁体721B的宽度921的减小导致磁阻传感器651A不太可能错误地检测到叶351B的运动。
在一些实施例中，为了减少近侧MLC层350的磁阻传感器651之间的串扰，特定线性阵列720中的每个磁体721通过被选择为等于或小于阈值的磁极间距(在图9中不可见)分开。磁体的线性阵列中的磁极间距的示例在图4中被图示为磁极间距422。在一些实施例中，阈值可以是基于叶间距901、气隙801、包括在特定线性阵列720中的磁体721的场强和/或与近侧MLC层350的配置相关联的一个或多个其它因素，诸如包括在特定线性阵列720中的磁体721、磁阻传感器651等的尺寸、宽度、相对定位和/或定向。例如，在一些实施例中，特定线性阵列720中将磁体721分开的磁极间距的阈值是基于叶间距901。在一个这样的实施例中，特定线性阵列720中将磁体721分开的磁极间距的阈值等于或小于叶间距901。在另一个这样的实施例中，特定线性阵列720中将磁体721分开的磁极间距的阈值等于或小于叶间距901的指定分数。
在一些实施例中，为了减少近侧MLC层350的磁阻传感器651之间的串扰，特定线性阵列720中的每个磁体721被配置为具有被选择为等于或小于阈值的场强。在一些实施例中，阈值可以是基于叶间距901、气隙801和/或与近侧MLC层350的配置相关联的一个或多个其它因素，诸如包括在特定线性阵列720中的磁体721、磁阻传感器651等的尺寸、宽度、相对定位和/或定向。因此，在一些实施例中，特定线性阵列720中的磁体721的场强的阈值被选择为具有这样的场强：当由与相邻叶351相关联的磁阻传感器651测量时，该场强不大于由与相邻叶351相关联的磁阻传感器651对于耦合到相邻叶351的磁体测量的场强的特定分数(例如，20％)。例如，在一个这样的实施例中，由磁阻传感器651B测量的叶351A的磁体721A的场强被选择为不大于当由磁阻传感器651B测量时磁体721B的场强的特定分数。在这样的实施例中，磁阻传感器651错误地测量耦合到相邻叶351的磁体721的移动的可能性被大大减少或消除。
图10示意性地图示了根据各种实施例的线性旋转运动检测装置1000。在图10中示出的实施例中，旋转运动检测装置1000包括磁阻传感器324和齿环334，其被设置在MLC转盘300的外围区域344上，如图3所示。齿环334包括铁磁齿轮齿1020的阵列。在一些实施例中，磁阻传感器324通过检测磁阻传感器324相对于包括在齿环334中的铁磁齿轮齿1020的定位来执行次要(或主要)旋转运动检测。
在图10中所图示的实施例中，磁阻传感器324包括耦合到磁阻设备1010的偏置磁体1005。磁阻设备1010被配置为生成关于当前靠近磁阻传感器324的一个或两个铁磁齿轮齿1020的定位信息。磁阻设备1010靠近铁磁齿轮齿1020设置并且通过气隙1001与铁磁齿轮齿1020分开。因此，磁阻设备1010不与铁磁齿轮齿1020物理接触。结果，磁阻设备1010和铁磁齿轮齿1020在使用期间都不经历机械磨损。
在操作中，当齿环334与MLC转盘300(未示出)一起旋转时，磁阻传感器324生成旋转定位信息，用于精确地确定包括在齿环334中的两个最接近的铁磁齿轮齿1020之间的磁阻传感器324的当前旋转定位。在一些实施例中，磁阻传感器324以正弦输出信号和余弦输出信号的形式生成这种定位信息。在一些实施例中，这样的定位信息被采用于齿环334(并且因此MLC转盘300)围绕旋转轴线1002的次要运动检测。在这样的实施例中，与围绕旋转轴线1002旋转MLC转盘300相关联的伺服系统提供主要线性运动检测。因此，在这样的实施例中，满足了对于放射治疗系统中的MLC转盘的所有旋转轴线具有主要定位传感器和次要定位传感器两者的IEC要求。
理想地，当由磁阻传感器324生成以正弦输出信号和余弦输出信号形式的定位信息时，正弦输出信号和余弦输出信号均以相同的值为中心。例如，在磁阻传感器324包括5V电源的情况下，正弦输出信号和余弦输出信号均理想地以2.5V为中心，并且在单个周期内振幅从0V变化到5V。然而，实际上，各种因素通常产生从理想输出值偏离的信号，这可能导致齿环334的不准确的旋转定位测量。下面结合图11描述一个这样的实例。
图11是图示来自磁阻传感器324的理想正弦输出信号1120、实际正弦输出信号1130和余弦输出信号1140的输出值的曲线图1100。如图所示，理想正弦输出信号1120和余弦输出信号1130均从0V变化到5V，并且理想正弦输出信号1120与余弦输出信号1140以90°异相。在其中齿环334(图10中所示)从一个铁磁齿轮齿1020到相邻铁磁齿轮齿1020的旋转对应于磁阻传感器324的单个360°周期的实施例中，理想正弦输出信号1120与余弦输出信号1140异相的90°对应于两个相邻铁磁齿轮齿1020之间的旋转位移的1/4。基于由磁阻传感器324生成的正弦输出信号和余弦输出信号之间的90°相位偏移，确定在齿环334的两个相邻铁磁齿轮齿1020之间的磁阻传感器的精确定位。控制系统可以在任何特定时间跟踪齿环334的哪个特定齿1020当前正经过磁阻传感器，使得可以确定在任何特定时间磁阻传感器324位于其之间的齿环334的两个相邻铁磁齿轮齿1020。
实际上，由磁阻传感器324生成的正弦和余弦输出信号是不理想的。例如，由磁阻传感器324生成的正弦和余弦输出信号通常包括信号偏移。例如，在正弦输出信号的情况下，在理想正弦输出信号1120与实际正弦输出信号1130之间存在信号偏移1121。如图所示，信号偏移1121使实际正弦输出信号1130的输出值在实际交叉点1102处与余弦输出信号1140的输出值交叉。在图11中描绘的实例中，信号偏移1121被描绘为大约+0.5V，但实际上通常小得多。实际交叉点1102出现在与理想交叉点1103不同的旋转定位R1处，理想交叉点1103出现在旋转定位R2处。旋转定位R1和旋转定位R2之间的差对应于由磁阻传感器324生成的正弦输出信号和余弦输出信号之间的相移的不准确性。结果，当基于实际正弦输出信号1130和余弦输出信号1140确定两个相邻铁磁齿1020之间的磁阻传感器324的旋转定位时，所确定的旋转定位可能不准确。可以对信号偏移1121做出贡献和/或引起信号偏移1121的因素包括磁阻传感器324的电阻桥中包括的电阻器的电阻的变化、磁阻传感器324中包括的电子器件的其它伪像、和/或铁磁齿1020的物理齿对齿变化。
根据各种实施例，执行校准过程以确定由磁阻传感器324生成的正弦输出信号的第一信号偏移值和由磁阻传感器324生成的余弦输出信号的第二信号偏移值。在实施例中，执行一个或多个伪周期以实现第一信号偏移值和第二信号偏移值的量化。然后可以使用第一信号偏移值和第二信号偏移值来补偿旋转定位的不准确性，该不准确性从由磁阻传感器324生成的非理想正弦输出信号和非理想余弦输出信号产生。
在一些实施例中，在伪周期中，激励被施加到用于使齿环334旋转的致动器，使得齿环334旋转指定旋转位移，诸如两个相邻铁磁齿1020之间的旋转位移。在一些实施例中，指定旋转位移对应于齿环334的旋转位移，其中靠近磁阻传感器324的第一铁磁齿1020从第一旋转定位旋转到第二旋转定位，并且邻近第一铁磁齿1020的第二铁磁齿1020从第二旋转定位旋转到第三旋转定位。因此，在指定旋转位移上，第一铁磁齿1020移动到在周期的开始时由第二铁磁齿1020占据的定位。因此，在伪周期期间，收集当齿环334旋转通过对应于齿环334的一个齿间距的旋转位移时由磁阻传感器324生成的正弦输出信号和余弦输出信号的值。下面结合图12描述一个这样的实施例。
图12阐述了根据一个或多个实施例的用于经由磁阻传感器进行旋转定位检测的校准过程的流程图。该方法可以包括如框1201-1232中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管以先后顺序图示了这些框，但是这些框可以并行地和/或以与本文描述的顺序不同的顺序来执行。而且，基于期望的实现，各种框可以被组合为更少的框，被划分为附加的框，和/或被消除。尽管结合图1至图11的系统描述了该方法，但是本领域技术人员将理解，任何适当配置的放射治疗系统都在本公开的范围内。在一些实施例中，用于方法步骤的控制算法可以常驻在图像采集和处置控制计算机106、远程控制台110或两者的组合中。控制算法可以全部或部分地实现为软件或固件实现的逻辑和/或实现为硬件实现的逻辑电路。
方法1200开始于步骤1201，此时RT系统100开始校准过程。在一些实施例中，例如在放射治疗系统的试运行、验收测试和/或安装期间，针对特定放射治疗系统执行方法1200单次。在备选实施例中，例如在放射治疗系统加电时，在由放射治疗系统完成指定操作持续时间时，和/或在由放射治疗系统完成指定数量的过程时，针对特定放射治疗系统定期执行方法1200。
在步骤1202中，RT系统100开始向被配置为围绕旋转轴线304旋转MLC转盘300的旋转致动器施加激励。在一些实施例中，激励可以对应于齿环334的旋转位移，其中靠近磁阻传感器324的第一铁磁齿1020从第一旋转定位旋转到第二旋转定位，并且邻近第一铁磁齿1020的第二铁磁齿1020从第二旋转定位旋转到第三旋转定位。一个这样的特定旋转位移也在本文被称为激励周期。
在步骤1203中，RT系统100确定是否已经到达测量位置。在一些实施例中，多个测量位置跨指定旋转位移或激励周期设置。在一个实施例中，10s或100s的测量位置在对应于激励周期的旋转位移上被传递通过。在这样的实施例中，磁阻传感器324的输出值的高度准确曲线可以跨单个激励周期生成。结果，可以基于这样的曲线来确定准确的信号偏移值。
当RT系统100确定已经到达测量位置时，方法1200前进到步骤1221；当RT系统100确定还没有到达测量位置时，方法1200前进到步骤1211。
在步骤1211中，RT系统100继续向旋转致动器施加激励，并且旋转致动器继续使得MLC转盘300(和齿环334)旋转。
在步骤1221中，RT系统100测量来自磁阻传感器324的一个或多个输出信号。在一些实施例中，RT系统100在当前旋转定位处测量正弦输出信号和余弦输出信号。在一些实施例中，RT系统100在当前旋转定位处测量多个正弦输出信号(例如，4、8、10等)和多个余弦输出信号(例如，4、8、10等)。在这样的实施例中，多个正弦输出信号被平均以产生用于当前旋转定位的单个平均正弦输出信号，并且多个余弦输出信号被平均以生成当前旋转定位的单个平均余弦输出信号。应注意的是，齿环334的旋转通常以相对低的旋转频率(例如，大约2至20Hz)发生。结果，可以在步骤1221期间以足够高的采集速率顺序地采集多个正弦输出信号和多个余弦输出信号，使得齿环334在步骤1221期间不显著地旋转。因此，在相同的旋转定位处有效地测量多个正弦输出信号和多个余弦输出信号。
在步骤1222中，RT系统100确定齿环334的当前旋转定位是否在激励周期的最终测量位置处。如果是，则方法1200前进到步骤1231；如果否，则方法1200前进到步骤1211。
在步骤1231中，RT系统100确定在校准过程期间是否要执行附加激励周期。在一些实施例中，对于单个激励周期执行步骤1202-1222。在其它实施例中，对于多个激励周期(例如，2-5个)执行步骤1202-1222，使得可以在多个激励周期上对信号偏移值(例如，针对正弦输出信号和余弦输出信号)进行平均。在另外的其他实施例中，对齿环334的每个铁磁齿1020执行步骤1202-1222。在这样的实施例中，可以为在齿环334的每个铁磁齿1020之间测量的旋转运动确定不同的信号偏移值。在这样的实施例中，每个信号偏移值可以提供对与铁磁齿1020之间的物理变化相关联的不同旋转定位不准确性的补偿。
图13示出了根据一个或多个实施例的用于经由磁阻传感器进行旋转定位检测的过程的流程图。该方法可以包括如框1301-1305中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管以先后顺序图示了这些框，但是这些框可以并行地和/或以与本文描述的顺序不同的顺序来执行。而且，基于期望的实现，各个框可以被组合为更少的框，被划分为附加的框，和/或被消除。尽管结合图1至图12的系统描述了该方法，但是本领域技术人员将理解，任何适当配置的放射治疗系统都在本公开的范围内。在一些实施例中，用于方法步骤的控制算法可以驻留在图像采集和处置控制计算机106、远程控制台110或两者的组合中。控制算法可以全部或部分地实现为软件或固件实现的逻辑和/或实现为硬件实现的逻辑电路。
方法1300开始于步骤1301，此时RT系统100开始操作。例如，在一个实例中，MLC转盘300在放射治疗疗程期间围绕旋转轴线304旋转。
在步骤1302中，RT系统100开始向被配置为围绕旋转轴线304旋转MLC转盘300的旋转致动器施加激励。
在步骤1303中，RT系统100测量来自磁阻传感器324的一个或多个输出信号。在一些实施例中，RT系统100在当前旋转定位处测量正弦输出信号和余弦输出信号。
在步骤1304中，RT系统100通过用在校准过程(诸如方法1200)期间确定的对应信号偏移值修改在步骤1303中测量的一个或多个输出信号中的每个输出信号来生成一个或多个经校正的输出信号。因此，在一些实施例中，利用第一信号偏移值来修改在步骤1303中测量的正弦输出信号，并且利用第二信号偏移值来修改在步骤1303中测量的余弦输出信号。
在步骤1305中，RT系统100基于在步骤1304中生成的一个或多个经校正的输出信号来确定齿环334的当前旋转定位。
在步骤1305之后，方法1300通常随着RT系统100在操作期间旋转MLC转盘300而继续。
图14是被配置为执行本公开的各种实施例的计算设备1400的图示。计算设备1400可以是台式计算机、膝上型计算机、智能电话或适合于实践本公开的一个或多个实施例的任何其它类型的计算设备。例如，在一些实施例中，计算设备1400可以用作图像采集和处置控制计算机106和/或远程控制台110。注意，本文描述的计算设备是说明性的，并且任何其它技术上可行的配置都落入本公开的范围内。
如图所示，计算设备1400包括但不限于连接处理单元1450的互连件(总线)1440、耦合到输入/输出(I/O)设备1480的输入/输出(I/O)设备接口1460、存储器1410、存储设备1430和网络接口1470。处理单元1450可以是实现为中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、任何其它类型的处理单元或不同处理单元的组合(诸如被配置为结合GPU或数字信号处理器(DSP)操作的CPU)的任何合适的处理器。通常，处理单元1450可以是能够处理数据和/或执行软件应用的任何技术上可行的硬件单元，软件应用包括与方法1200一致的校准过程1401和/或与方法1300一致的旋转定位检测过程1402。
I/O设备1480可以包括能够提供输入的设备，诸如键盘、鼠标、触摸屏等，以及能够提供输出的设备，诸如显示设备等。另外，I/O设备1480可以包括能够接收输入并提供输出的设备，诸如触摸屏、通用串行总线(USB)端口等。I/O设备1480可以被配置为从计算设备1400的最终用户接收各种类型的输入，并且还向计算设备1400的最终用户提供各种类型的输出，诸如所显示的数字图像或数字视频。在一些实施例中，一个或多个I/O设备1480被配置为将计算设备1400耦合到网络。
存储器1410可以包括随机存取存储器(RAM)模块、闪存单元或任何其它类型的存储器单元或其组合。处理单元1450、I/O设备接口1460和网络接口1470被配置为从存储器1410读取数据和向存储器1410写入数据。存储器1410包括可以由处理器1450执行的各种软件程序和与所述软件程序相关联的应用数据，软件程序包括校准过程1401和/或旋转定位检测过程1402。
图15是用于实现本公开的各种实施例的计算机程序产品1500的说明性实施例的框图。计算机程序产品1500可以包括信号承载介质1504。信号承载介质1504可以包括一组或多组可执行指令1502，其在由例如计算设备的处理器执行时可以至少提供以上关于图1至图14描述的功能。
在一些实现方式中，信号承载介质1504可以包括非瞬态计算机可读介质1508，诸如但不限于硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、存储器等。在一些实现方式中，信号承载介质1504可以包括可记录介质1510，诸如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。在一些实现方式中，信号承载介质1504可以包括通信介质1506，诸如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光纤线缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。计算机程序产品1500可以被记录在非瞬态计算机可读介质1508或另一类似的可记录介质1510上。
总之，本文描述的实施例使得能够在高辐射环境中对MLC和MLC的单独的叶进行精确且可重复的定位测量。此外，如本文所描述的定位测量是非接触的，从而减少基于磨损的不准确性和滞后。
对各种实施例的描述已经出于说明的目的而呈现，而并非旨在为穷举的或限于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。
本实施例的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文中可以全部统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的各方面可以采取在其上体现有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中体现的计算机程序产品的形式。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一条或多条线的电连接，便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储用于由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备使用的程序的任何有形介质。
虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是其它方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的并且不旨在为限制，其中真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种多叶准直器，包括：
多个可移动叶，用于使放射治疗束成形，其中：
每个叶能够在相同线性行进方向上独立地移动，并且
每个叶包括设置在所述叶的测量表面上的磁体的线性阵列；以及
磁阻传感器阵列，其被设置为靠近所述叶的所述测量表面。
2.根据权利要求1所述的多叶准直器，还包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：基于来自被设置为靠近所述叶的所述测量表面的所述磁阻传感器阵列中的磁阻传感器的输出，来确定所述多个可移动叶中的所述叶的当前定位。
3.根据权利要求2所述的多叶准直器，其中来自被设置为靠近所述叶的所述测量表面的所述磁阻传感器阵列中的所述磁阻传感器的所述输出包括正弦信号输出和余弦信号输出。
4.根据权利要求2或3所述的多叶准直器，其中所述一个或多个处理器被配置为确定在所述相同线性行进方向上所述叶的所述当前定位。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的多叶准直器，其中所述磁阻传感器阵列是在垂直于所述相同行进方向的方向上延伸的线性阵列。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多叶准直器，其中每个磁阻传感器被设置为靠近所述多个可移动叶中不同的对应叶。
7.根据权利要求6所述的多叶准直器，其中每个磁阻传感器通过气隙与所述对应叶分开。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多叶准直器，其中磁体的所述线性阵列中的每个磁体通过极间距分开，所述极间距小于在所述多个可移动叶中的第一可移动叶与所述多个可移动叶中的第二可移动叶之间的叶间距，所述第二可移动叶与所述第一叶相邻。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多叶准直器，其中磁体的所述线性阵列中的每个磁体具有在垂直于所述相同线性行进方向的方向上的宽度，所述宽度基于所述多个可移动叶中的第一可移动叶与所述多个可移动叶中的第二可移动叶之间的叶间距，所述第二可移动叶与所述第一叶相邻。
10.根据权利要求9所述的多叶准直器，其中在垂直于所述相同线性行进方向的所述方向上的所述宽度等于或小于所述第一可移动叶与所述第二可移动叶之间的所述叶间距的一半。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多叶准直器，其中设置在所述多个可移动叶中的第一叶的测量表面上的磁体的线性阵列中的每个磁体具有由与所述第一叶相关联的第一磁阻传感器测量的第一场强和由与所述多个可移动叶中的第二叶相关联的第二磁阻传感器测量的第二场强，所述第二场强小于所述第一场强。
12.根据权利要求11所述的多叶准直器，其中所述第二场强不大于所述第一场强的20％。
13.根据权利要求11或12所述的多叶准直器，其中所述多个可移动叶中的所述第一叶与所述多个叶中的所述第二叶相邻。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的多叶准直器，其中所述测量表面包括所述可移动叶的边缘表面。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的多叶准直器，其中磁体的所述线性阵列纵向定向于所述相同线性行进方向上。
16.一种用于在多叶准直器中的多个叶中测量可移动叶的位置的方法，所述方法包括：
从被包括在第一磁阻传感器阵列中的第一磁阻传感器接收第一输出，其中：
所述第一磁阻传感器被设置为靠近设置在第一可移动叶的测量表面上的磁体的线性阵列，并且
所述第一输出由磁体的所述线性阵列中靠近所述第一磁阻传感器移动的特定磁体引起；以及
基于所述第一输出，确定所述第一可移动叶在所述第一可移动叶的行进方向上的位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中基于所述第一输出确定所述第一可移动叶的所述位置包括确定所述特定磁体相对于所述第一磁阻传感器的定位。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中所述输出包括正弦信号输出和余弦信号输出。
19.根据权利要求16、17或18所述的方法，还包括：
从被包括在所述磁阻传感器阵列中的第二磁阻传感器接收第二输出，其中：
所述第二磁阻传感器被设置为靠近设置在第二可移动叶的测量表面上的磁体的第二线性阵列，并且
所述第二输出由磁体的所述第二线性阵列中靠近所述第二磁阻传感器移动的特定磁体引起；以及
基于所述第二输出，确定所述第二可移动叶在所述第二可移动叶的行进方向上的位置。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中接收所述第二输出与接收所述第一输出同时发生。
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