CN116981502A - 基于辐射场测量的辐射疗法系统中的束斑调整 - Google Patents

Abstract

已经公开了用于基于辐射场测量来调整辐射疗法系统中的束斑的示例计算机实现的方法。该示例方法包括：配置电子束以在辐射疗法系统的电子束靶标(303)上生成第一束斑(302)；确定针对源自第一束斑的第一辐射束(230)的一个或多个辐射场质量度量的值，并基于该值来确定第一辐射束是否在指定质量范围之外。

Description

基于辐射场测量的辐射疗法系统中的束斑调整

相关申请的交叉引用

本申请在主题上与2021年3月30日提交的美国专利申请No.17/216,693相关，其通过引用并入本文。

背景技术

除非本文另外指出，否则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因包含在本节中而被承认为现有技术。

辐射疗法是针对诸如癌性肿瘤之类的特定解剖靶标(计划靶标体积或PTV)的局部处理。理想情况下，辐射疗法是在计划靶标体积上执行，使周围的正常组织免于接收超过指定公差的剂量，从而使健康组织受损的风险最小化。在递送辐射疗法之前，通常采用成像系统来提供解剖靶标和周围区域的三维图像。根据这样的成像，可以估计解剖靶标的尺寸和质量，确定计划靶标体积，并使用专用处理计划系统(TPS)来生成适当的处理计划。TPS具有光子束和电子束模型，这些模型可以准确地表示由辐射疗法递送系统所生成的束。

当前，辐射肿瘤学领域正在转向例如经由立体定向放射外科(SRS)和立体定向放射疗法(SRT)来处理较小计划靶标体积。立体定向放射外科和立体定向放射疗法是辐射疗法的高级形式，其涉及向患者解剖结构的小聚焦区域递送高辐射剂量。由于高辐射剂量和小靶标体积与这些SRS处理相关联，因此所递送的处理要求高几何准确度。由TPS中的束模型所提供的预测剂量分布以及由实际处理递送系统所提供的递送剂量都要求这种高几何准确度。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的方法，如权利要求1中所限定的。根据本发明的另一方面，提供了一种辐射疗法系统，如权利要求12中所限定的。根据本发明的另一方面，提供了一种提高辐射疗法系统中的束斑的一个或多个属性与被包括在辐射疗法系统的处理计划模型中的预先配置的束数据之间的一致性的方法，如权利要求22中所限定的。可选特征在从属权利要求中被指定。

根据各种实施例，计算机实现的过程包括：使用辐射疗法系统的现有成像面板直接测量辐射疗法系统中的束斑尺寸、形状和强度分布，以及基于此类测量来修改束斑的一个或多个属性。具体地，在生成处理束并且多叶准直器被定位成阻挡束的一部分并围绕束的中心轴旋转的同时，利用成像面板获取辐射投影图像(例如，X射线投影图像)序列。基于投影图像，重建束斑的二维(2D)图像，该图像指示束斑的面积、尺寸、形状、位置和2D强度形貌。附加地，通过对小辐射场进行成形并使用现有的成像面板来测量辐射场半影，可以确定处理束的输出因子。计算机实现的过程还包括基于重建的2D束斑图像来修改束斑的尺寸、形状和/或位置，使得束斑满足针对一个或多个预定质量度量的阈值。在一些实施例中，可以通过将系统的电子束生成部件的参数的现有值改变为新值来修改束斑。可以执行束斑测量和电子束修改的附加迭代，直到束斑满足这样的阈值。因为作为自动化过程的一部分，每次迭代可以在几分钟内被执行，所以实施例的计算机实现的过程可以作为工厂设置的一部分、现场质量保证工具和/或作为定期服务工具而被使用。因此，可以防止半影和/或输出因子偏差以及由不对称束斑或不满足必要几何要求的束所产生的其他问题。此外，可以确认每单位束面积的辐射靶标能量密度在可接受的限度内，从而确保辐射疗法系统的可靠的靶标功率水平和延长的靶标寿命。

根据各种实施例，计算机实现的过程包括：使用辐射疗法系统的现有成像面板来测量由束斑生成的辐射场的一个或多个属性，并且基于这种辐射场测量来修改束斑的一个或多个属性。辐射场的属性经由一个或多个特定辐射场质量度量来量化，其可以指示源自束斑的辐射束是否在指定质量范围之外。这种辐射场质量度量的示例包括以下中的一项或多项：面积重合因子、半影不对称因子和辐射束输出因子。

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，通过参考附图和下面的详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

根据下面的描述和所附权利要求并结合附图，本公开的前述和其他特征将变得更加显而易见。这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施例，并且因此不应被视为对其范围的限制。将通过使用附图以附加的具体性和细节来描述本公开。

图1是可以有利地实现本公开的各个方面的辐射疗法系统的透视图。

图2示意性地图示了根据各种实施例的图1的辐射疗法系统的侧视图。

图3示意性地图示了针对特定束限制设备的具有相关联的处理束半影的处理束。

图4示意性地图示了可以有益地实现各种实施例的图1的辐射疗法系统的束生成子系统。

图5示意性地图示了根据各种实施例的在执行束斑成像过程时的图1的辐射疗法系统的束生成子系统的一部分。

图6示意性地图示了根据各种实施例的束斑图像。

图7示意性地图示了根据各种实施例的用于生成束斑的2D图像的边缘测量算法的各个步骤。

图8阐述了根据一个或多个实施例的用于调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的过程的流程图。

图9示意性地图示了根据各种实施例的用于生成狭缝场图像的孔径900和成像器910。

图10示意性地图示了根据各种实施例的狭缝场X射线图像以及相关联的半影和输出因子。

图11A-图11C示意性地图示了根据各种实施例的针对处理束、孔径和孔径定向的特定组合的面积重合因子的确定。

图12阐述了根据一个或多个实施例的用于基于辐射场的测量来调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的过程的流程图。

图13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14是根据本公开的一个或多个实施例的用于实现用于分割图像的方法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，对形成其一部分的附图进行参考。在附图中，除非上下文另有指示，否则相似的符号通常标识相似的部件。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。在不脱离本文所提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出其他改变。将容易理解的是，如本文总体描述的和附图中所图示的本公开的各方面可以以多种不同的配置来被布置、替换、组合和设计，所有这些都被明确地设想并且构成本公开的一部分。

介绍

如上面所指出，对于涉及高辐射剂量和/或小靶标尺寸的辐射处理，要求所递送的辐射处理的高几何准确度。许多因素会影响所递送的辐射处理的准确度，包括束斑的尺寸、形状和位置，束斑是在辐射靶标上被电子束撞击并生成处理辐射束(诸如基于线性加速器的辐射疗法系统中的X射线束或其他辐射束)的区域。例如，为了实现某些图像引导的辐射疗法(IGRT)处理所需的高空间准确度，IGRT成像等中心必须与处理束等中心紧密重合，并且这种等中心重合受到束斑与准直器旋转轴的对准的影响。在另一个示例中，非常小直径(1.5-5mm)兆伏(MV)放射外科束的百分比深度剂量分布和束轮廓已被证明取决于束斑的直径。在另外的示例中，控制和最小化处理束的边缘(即“半影”)处的剂量下降对于在辐射疗法中保护处于危险中器官是重要的，并且束斑的尺寸、形状和对称性都直接影响半影的尺寸和形状。此外，这种小场的输出因子也取决于束斑特性，其必须满足严格的规范。鉴于上述情况，准确了解辐射疗法系统中的束斑的几何形状非常重要，特别是对于涉及较小计划靶标体积(PTV)和/或高辐射剂量和/或剂量急剧下降的处理而言。

不幸的是，辐射疗法系统中的束斑的直接测量可能难以实现。因此，在限制邻近健康组织的辐照的同时，以高的、均匀的剂量拟合计划靶标体积可能很难达成。用于测量辐射疗法系统的束斑属性的常规技术的设置和执行是耗时的，依赖于辐射疗法系统外部的测量装备，和/或提供关于束斑的不完整信息。例如，被定位在辐射疗法系统的辐射源和辐射疗法系统的电子射野成像设备(EPID)之间的斑点相机仅允许来自辐射源的平行辐射到达EPID。因此，EPID可以生成显示束斑的尺寸、形状和位置的束斑图像。然而，斑点相机是辐射疗法系统外部的一种笨重的专用装备，需要使用精确且耗时的设置和训练。在另一示例中，辐射疗法系统外部的探针可以与水箱结合使用以横穿辐射源的辐射场并生成跨辐射场的辐射强度轮廓。这样的轮廓可以提供有关束斑和半影对称性的相关信息。然而，这种方法还涉及辐射疗法系统外部的装备的耗时设置和手动操作，极大地限制了可以采用这种方法的地点和频率。此外，所获得的信息并不指示束斑本身的强度分布或半影的实际尺寸。

根据各种实施例，计算机实现的过程包括使用辐射疗法系统的现有(“机载”)成像面板来直接测量辐射疗法系统中的束斑尺寸、形状、位置、定向和强度分布。基于利用机载成像面板获取的投影图像序列，重建束斑的二维(2D)图像，其指示束斑的面积、尺寸、形状、位置、定向和2D强度形貌，包括处理束的输出因子和辐射半影。辐射半影是描述患者体内递送的剂量和剂量轮廓下降的参数，并且在一些实施例中由在剂量分布的2维投影中的80％和20％剂量值的投影距离之间的差异给出。对于SRS处理中采用的小场，半影高度取决于相对于辐射疗法系统的准直器系统的中心轴的辐射束斑的尺寸、形状以及位置。附加地，SRS场的辐射输出因子取决于某些束斑特性。因此，在束斑上强制执行预先确定的质量度量确保了半影和输出因子两者都得到严格控制，并满足由SRS处理和小场剂量测定的几何准确度所要求的严格公差。辐射疗法系统中的处理束的束斑和半影在下面结合图3-图5更详细地描述。

在一些实施例中，计算机实现的过程还包括基于重建的2D束斑图像修改束斑和/或半影的尺寸、形状和/或位置，使得束斑满足针对一个或多个预定束斑质量度量的阈值。在一些实施例中，这样的束斑质量度量包括以下中的一项或多项：束斑面积、束斑伸长率、每单位面积的束斑功率因子和/或束斑中心点距理想中心点位置的偏移。

本文描述的实施例促进束斑的调整以实现优异的束质量度量并提高束斑的属性与处理递送系统的总体束调整和被包括在TPS的处理计划模型中的预先配置的束数据之间的一致性。预先配置的束数据是使用专用的3维水扫描系统和辐射检测器获取的一组束测量(例如，束轮廓、百分比深度剂量和/或输出因子)。一般来说，这种预先配置的束数据驻留在被用于创建处理计划的TPS中。结果，在实施例中，由束斑生成的辐射束的性能与针对TPS中的辐射束所假定的性能紧密匹配。

系统概述

图1是可以有利地实现本公开的各个方面的辐射疗法系统100的透视图。辐射疗法(RT)系统100是可以被配置为使用X射线成像技术近实时地检测部分内运动的辐射系统。因此，在一些实施例中，RT系统100被配置为针对指示放射处理的身体中任何地方的病变、肿瘤和病症提供立体定向放射外科和精确放射疗法。因此，RT系统100可以包括以下中的一项或多项：生成高能X射线或其他辐射的MV处理束的线性加速器(LINAC)104、一个或多个千伏(kV)X射线源106、一个或多个成像面板107(例如，X射线成像器)和MV电子射野成像设备(EPID)105。举例来说，RT系统100在本文中被描述为配置有能够经由滑环连接无限旋转的C形臂台架110。在其他实施例中，RT系统100可以被配置有安装在驱动支架上的圆形台架，或者能够实现PTV的辐射疗法和成像的任何其他技术上可行的配置。

在一些实施例中，RT系统100能够在施加MV处理束之前和/或期间立即对靶标体积进行X射线成像，使得IGRT和/或强度调制辐射疗法(IMRT)过程可以使用X射线成像来被执行。例如，在一些实施例中，RT系统100包括与由MV处理束生成的成像相结合的PTV的kV成像。RT系统100可以包括：用于患者信息验证的一个或多个触摸屏101、诊察台运动控件102、辐射区域103、基座定位组件112、设置在基座定位组件112上的诊察台108、以及图像获取和处理控制计算机109，所有这些都被设置在处理室内。RT系统100还包括远程控制台111，其被设置在处理室外并且使得能够从远程位置进行处理递送和患者监控。在一些实施例中，图像获取和处理控制计算机109和/或远程控制台111被配置为执行处理计划系统，该系统包括：光子束、电子束和/或准确地表示由RT系统100生成的束的其他处理计划模型。这样的模型包括预先配置的束数据，其假定生成处理束的束斑的特定属性。基座定位组件112被配置为相对于辐射区域103精确地定位诊察台108，并且运动控件102包括诸如按钮和/或开关之类的输入设备，其使得用户能够操作基座定位组件112以相对于辐射区域103将诊察台108自动且精确地定位到预定位置。运动控件102还使得用户能够手动地将诊察台108定位到预定位置。

图2示意性地图示了根据各种实施例的RT系统100的侧视图。如图所示，RT系统100包括基座支架200和C形臂台架110。在图2中，为了清楚起见，省略了基座定位配件112、诊察台108和X射线源106。基座支架200是用于RT处理系统100的部件的固定支撑结构，包括C形臂台架110和驱动系统(未示出)，该驱动系统用于围绕水平旋转轴202可旋转地移动C形臂台架110。基座支架200搁置在和/或固定到RT处理系统100外部的支撑表面，诸如RT处理设施的地板。C形臂台架110被旋转地耦合到基座支架200并且是在其上安装RT系统100的各种部件的支撑结构，包括LINAC 104、EPID 105、成像X射线源106(图2中未示出)以及成像面板107。在RT处理系统100的操作期间，C形臂台架110在被驱动系统致动时围绕辐射区域103旋转。

成像X射线源106被配置为引导锥形X射线束(在本文中被称为成像X射线(为了清楚起见，在图2中未示出))穿过RT系统100的等中心203到达成像面板107。等中心203通常对应于待处理的靶标体积209(诸如PTV)的位置。在图2中所图示的实施例中，成像面板107被描绘为平面设备，而在其他实施例中，成像面板107可以具有弯曲配置。在图1和图2中所图示的实施例中，除EPID 105之外，RT系统100还包括单个成像面板和单个对应的成像辐射源。在其他实施例中，RT系统100可以包括两个或更多成像面板，每个成像面板具有对应的成像辐射源。

LINAC 104通常包括以下中的一项或多项：用于生成电子的电子枪、加速波导、电子束靶标、用于将电子束引导到电子束靶标的电子束传送部件(诸如弯曲磁体)和/或用于对源自电子束靶标的处理束230进行准直和成形的准直器组件208。准直器组件208通常包括以下中的一项或多项：主准直器，其限定针对处理束230的最大可用圆形辐射场；次准直器，其用于在等中心203处提供矩形或方形辐射场(例如经由X钳口和Y钳口)；以及多叶准直器(MLC)，用于使处理束230符合PTV或其他靶标体积。

在辐射处理期间，在一些实施例中，LINAC 104被配置为生成处理束230，处理束230可以包括高能辐射(例如MV X射线或MV电子)。在其他实施例中，处理束230包括电子、质子和/或其他重带电粒子、超高剂量率X射线(例如，用于FLASH放射疗法)和/或用于微束辐射疗法的微束。另外，成像面板107被配置为接收成像辐射并从其中生成合适的投影图像。此外，在一些实施例中，当处理束230被引导至等中心203同时C形臂台架110旋转通过处理弧时，可以经由EPID 105执行图像获取以生成靶标体积209的图像数据。例如，在这样的实施例中，EPID 105生成针对靶标体积209和/或在靶标体积209周围的患者解剖结构区域的一个或多个投影图像。因此，靶标体积209的投影图像(例如，2D X射线图像)可以在IGRT或IMRT过程的一部分期间经由成像面板107和/或EPID 105来生成。然后可以采用这样的投影图像来构建或更新与包括靶标体积209的三维(3D)区域对应的数字体积的成像数据的各部分。也就是说，根据投影图像重建这样的3D区域的3D图像。在一些实施例中，锥形束计算机断层扫描(CBCT)和/或数字断层合成(DTS)可以被用于处理由成像面板107生成的投影图像。

如上面所指出，LINAC 104被配置为在辐射处理期间生成处理束230。对于涉及高辐射剂量和/或小靶标尺寸的辐射处理，诸如立体定向放射外科(SRS)和立体定向放射疗法(SRT)，处理束230的递送所需的几何准确度可能受到处理束半影的尺寸、形状、位置和/或不对称性的不利影响。下面结合图3来描述处理束半影。

图3示意性地图示了针对特定束限制设备的具有相关联的处理束半影301的处理束230。如图所示，处理束230由位于靶标平面304中的电子束靶标303上的束斑302(交叉阴影线)来生成。束斑302通常由电子束(未示出)来生成，该电子束由LINAC 104的电子束传送部件(诸如弯曲磁体)和加速波导引导到电子束靶标303上。电子束在电子束靶标303上产生束斑302，处理束230源自该电子束靶标303。束斑302具有3D分布，其可以经由2D强度分布305来被量化，2D强度分布305表示撞击电子束靶标303的电子束分布。2D强度分布305在图3中被描绘为一维函数，但是实际上，束斑302的2D强度分布305在电子束靶标303的2D区域上变化。

处理束230由RT系统100的一个或多个MLC 306成形，穿过RT处理系统100的等中心203，并且撞击EPID 105。理想地，处理束230的中心轴307与等中心203对准并且与准直器旋转轴308对准，MLC 306可以围绕准直器旋转轴308旋转。然而，即使当束斑302被定位在电子束靶标303上使得处理束230的中心轴307与准直器旋转轴308对准(如图3中所示)时，束斑302也会产生半影301，其是在处理束230的边缘处存在显著剂量下降的区域。生成半影301是因为束斑302不是单个点，而是在电子束靶标303上的2D区域。

在图3中所图示的实例中，半影301被描绘为处理束230的几何半影。在其他实例中，当在本文中被引用时，半影301还可以包括处理束230的传输半影，其在处理束230的一部分在达到准直器的完全衰减点之前穿过准直器的边缘(例如，钳口和/或MLC)时出现。因此，在一些实例中，术语“半影”可以指的是处理束的几何半影、处理束的传输半影和/或处理束的总半影，其是几何半影和传输半影的组合。

与半影301相关联的辐射疗法系统中的剂量下降会降低使用处理束230的某些辐射处理所需的高空间准确度。结果，辐射疗法系统通常被配置为最小化或以其他方式减小半影301的宽度309。此外，当束斑302不对称和/或偏离准直器旋转轴308和/或等中心203的中心时，宽度309通常在半影301的不同部分处变化，这会使处理束230与PTV或其他靶标体积的一致性变得复杂。因此，对辐射疗法系统中的束斑302的2D强度分布305的精确且准确的了解会是非常有益的，特别是对于涉及小PTV和/或高辐射剂量的处理而言。根据各种实施例，可以使用常规的辐射疗法系统来确定关于2D强度分布305的这种信息。

图4示意性地图示了可以有益地实现各种实施例的RT系统100的束生成子系统400。根据各种实施例，束生成子系统400包括RT系统100的部件，用于生成处理束230并且用于生成束斑302的X射线投影图像。在图4中所图示的实施例中，束生成子系统400包括：LINAC 104、准直器配件208和EPID 105。LINAC 104包括：用于生成电子束421的电子枪401、用于加速电子束421的电子的加速波导402、第一束成形螺线管411、第二束成形螺线管412、电子束靶标303和/或电子束传送部件(诸如弯曲磁体)403。虽然准直器组件208通常可以包括以下中的一项或多项：主准直器、次准直器、一个或多个过滤器、电离室、MLC 306和/或其他部件，但是为了清楚起见，图4中示出的准直器组件208的唯一部分是MLC 306，其被配置为围绕准直器旋转轴308旋转。根据各种实施例，计算机实现的过程使用束生成子系统400提供对RT系统100中的束斑尺寸、形状和强度分布的直接测量。下面结合图5说明一个这样的实施例。

束斑测量和分析

图5示意性地图示了根据各种实施例的在执行束斑成像过程时的束生成子系统400的一部分。在实施例中，执行直接束斑测量，其使得能够量化束斑302的2D强度分布305的尺寸、形状和位置。如图所示，在实施例中，MLC 306的一部分506被停放，使得处理束230的显著部分530(例如，大约一半)被阻挡而无法到达EPID 105。然后，在MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转的同时，利用EPID 105获取束斑302的X射线投影图像序列。基于束斑302的不同部分的X射线投影图像，重建束斑302的图像，其指示束斑302的2D强度分布305的尺寸、形状和位置。在一些实施例中，采用重建算法(下面结合图7描述)，该算法使用平行束计算机断层扫描(CT)重建技术来计算束斑302的图像。

为了生成束斑302的X射线投影图像序列，MLC 306被定位在围绕准直器旋转轴308的多个不同的旋转角度处，使得在每个不同的旋转角度处，束斑302与辐射束的不同部分之间的视线被部分506阻挡。此外，在每个不同的旋转角度处，利用LINAC 104生成束斑302的X射线投影图像。因此，对于每个X射线投影图像，束斑302的不同部分可部分地或完全地由EPID 105看到。例如，对于如图5中所示定位的MLC 306，EPID 105的第一区域505A不具有到束斑302的任何部分的视线，EPID 105的第二区域505B具有到束斑302的一部分的视线，EPID 105的第三区域505C具有到束斑302的不同部分的视线，并且EPID 105的第四区域505D不具有到束斑302的任何部分的视线。当MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转时，EPID105的第三区域505C和第四区域505D具有到束斑302的不同部分的视线。因此，除非束斑302完全对称并且精确地以准直器旋转轴308为中心，否则每个这样的X射线投影图像具有从束斑302接收到的X射线的不同强度分布。基于束斑302的每个X射线投影图像的不同强度分布，可以重建束斑302的2D图像。下面结合图6描述束斑的2D图像的一个实施例。

图6示意性地图示了根据各种实施例的束斑图像600。束斑图像600是辐射疗法系统的束斑的图像，诸如图3的束斑302，并且使用传统辐射疗法系统的成像器(诸如RT系统100的EPID 105)生成。在实施例中，基于上述束斑的投影图像序列和所谓的“边缘测量”算法来重建束斑图像600(下面结合图7进行描述)。

如图6中所示，束斑图像600包括由束斑图像600描绘的束斑的2D强度分布650(交叉阴影线)，其中较密集的交叉阴影线指示所生成的较高强度的X射线(或其他辐射)。因此，束斑图像600包括指示X射线辐射强度在辐射疗法系统的束斑内如何变化的信息。在一些实施例中，基于这样的信息，针对特定束斑确定一个或多个束斑质量度量，包括以下中的一项或多项：束斑面积、束斑伸长率、每单位面积的束斑功率因子、和/或束斑中心点偏移610。

束斑的束斑面积是束斑尺寸的量化度量并且是基于束斑图像600的面积来计算的。在一些实施例中，束斑的束斑面积是使用束斑图像600中指示大于零的辐射强度的所有像素(未示出)来计算的。备选地，在一些实施例中，使用束斑图像600中指示大于预定辐射强度水平的辐射强度的像素来计算束斑的束斑面积。在这样的实施例中，预定辐射强度水平可以是绝对强度水平或归一化强度水平，诸如束斑图像600中指示的峰值辐射强度水平的百分比。例如，在一个这样的实施例中，使用束斑图像600中指示大于束斑图像600的峰值辐射强度水平的50％的辐射强度的像素来计算束斑的束斑面积。

束斑的束斑伸长率是束斑的形状(例如，圆度和/或对称性)的量化度量并且是基于束斑图像600中可见的束斑的属性来计算的。在一些实施例中，使用在束斑图像600中可检测的束斑的几何属性(诸如束斑的长轴的长度601和束斑的短轴的长度602)来计算束斑的束斑伸长率。在这样的实施例中，束斑伸长率为长度601和长度602的比率。在这样的实施例中，可以针对束斑图像600中可见的整个束斑确定长度601和长度602。备选地，在这样的实施例中，针对束斑图像600中可见的束斑的较高强度部分确定长度601和长度602。在图6中所图示的实施例中，针对束斑图像600中可见的束斑的部分确定长度601和长度602，该部分等于或大于束斑图像600的峰值辐射强度水平的40％。因此，在这样的实施例中，在确定长度601和长度602时忽略束斑图像600的较低强度部分。

束斑的每单位面积的束斑功率因子是特定束斑中存在的X射线生成功率的集中度的量化度量。在一些实施例中，束斑的每单位面积的束斑功率因子量化了针对特定束斑检测到的最高功率集中度。在一些实施例中，基于束斑面积并且基于与被采用以生成束斑的电子束相关联的信息来计算束斑的每单位面积的束斑功率因子。在这样的实施例中，可以如上所述例如使用束斑图像600中指示大于束斑图像600的峰值辐射强度水平的特定百分比的辐射强度的像素来计算束斑面积。在一些实施例中，束斑的每单位面积的束斑功率因子被计算为每单位面积的功率值的比率。在这样的实施例中，功率值可以基于被采用以生成束斑的电子束的峰值功率。此外，在这样的实施例中，功率值可以基于被采用以生成束斑的电子束的频率和被采用以生成束斑的电子束的脉冲宽度。

束斑中心点偏移610是束斑的中心点611距束斑的理想中心点位置612的距离的度量。在一些实施例中，中心点611是基于束斑图像600中可见的整个束斑来确定的。备选地，在一些实施例中，中心点611是基于束斑图像600中可见的束斑的较高强度部分来确定的，诸如在束斑图像600中可见的束斑部分，该部分等于或大于束斑图像600的峰值辐射强度水平的40％。在一些实施例中，束斑的理想中心点位置612对应于RT系统100的准直器旋转轴，诸如图3中的准直器旋转轴308，MLC 306围绕其旋转。因此，在这样的实施例中，束斑中心点偏移610可以指示处理束的中心轴(例如，处理束230的图3中的中心轴307)与准直器旋转轴(例如，图3中的准直器旋转轴308)如何对准。备选地，在这样的实施例中，束斑中心点偏移610可以指示束斑302如何与准直器旋转轴或电子束靶标(例如，图3中的电子束靶标303)上的某个理想或最佳位置对准。

如上面所指出的，当MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转时，可以基于束斑302生成的X射线投影图像序列中的每一个X射线投影图像的不同强度分布来重建束斑图像600，如图3中所示。在一些实施例中，采用边缘测量算法来生成束斑302的束斑图像600。在这样的实施例中，束斑302的所得2D图像与电子束靶标303上的2D束斑强度分布对应。注意，在束斑302的每个X射线投影图像中，在X射线投影图像中的任何位置处接收到的X射线的相对强度取决于在获取该X射线投影图像期间有多少束斑302被MLC 506覆盖。图7中示意性地图示了一种这样的边缘测量算法。

图7示意性地图示了根据各种实施例的用于生成束斑302的2D图像的边缘测量算法的各个步骤。如图所示，MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转，并且在多个不同旋转角度701中的每一个角度处，利用LINAC 104生成束斑302的X射线投影图像702。作为边缘测量算法的一部分，束斑302的每个X射线投影图像702被旋转为旋转的X射线投影图像704，使得由每个旋转的X射线投影图像704中的部分506所形成的边缘703以相同的方式被定向，例如从旋转的X射线投影图像704的顶部边缘711到旋转的X射线投影图像704的底部边缘712。假设来自束斑302上的每个点的各向同性辐射发射，沿着旋转的X射线投影图像704的任何一个水平行的强度分布与当获取对应的X射线投影图像702时曝光的束斑302的部分直接相关。在对特定旋转的X射线投影图像704中的所有像素行进行平均之后，所得到的水平强度分布类似于边缘扩散函数(ESF)705的水平强度分布，其中之一是针对每个旋转的X射线投影图像704生成的。然后从与特定旋转的X射线投影图像704相关联的每个ESF 705中生成线扩散函数(LSF)706，其中针对特定旋转的X射线投影图像704的LSF 706是针对特定旋转的X射线投影图像704的ESF 705的导数。因此，对于束斑302的每个旋转的X射线投影图像704，生成不同的LSF 706。然后使用不同的LSF 706来构建正弦图(未示出)。当可从足够数量的投影角度获得LSF 706时，正弦图可以被用于将束斑302的原始2D强度分布305恢复为束斑图像750。边缘测量算法的更详细描述在Jeung等人的“Dual Edge Apparatus And Algorithmfor Measurement of X-Ray Beam Spot Parameters”中描述(Med.Phys.45(11),November2018)。

在一些实施例中，基于如上所述为束斑确定的2D强度分布来控制或以其他方式修改辐射疗法系统中的束斑的一个或多个属性。在这样的实施例中，基于束斑的2D强度分布来修改辐射系统的电子束成形部件的一个或多个参数，使得束斑的尺寸、形状、位置和/或强度分布被调整以满足预定的规范。下面结合图8描述一个这样的实施例。

图8阐述了根据一个或多个实施例的用于调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的过程800的流程图。计算机实现的过程800可以作为辐射疗法系统的工厂设置的一部分、作为辐射疗法系统的现场质量保证工具和/或作为辐射疗法系统的定期服务工具而被执行。

计算机实现的过程800可以包括如框810-860中的一个或多个框所图示的一个或多个操作、功能或动作。虽然以序列的顺序图示了这些框，但是这些框可以被并行执行，和/或以与本文描述的顺序不同的顺序来执行。而且，基于所期望的实现，各个块可以被组合成更少的块、被划分成更多的块、和/或被消除。尽管计算机实现的过程800是结合本文中被描述为RT系统100和图1-图5的一部分的X射线成像系统来描述的，但是本领域技术人员将理解，任何适当配置的X射线成像系统都在本实施例的范围内。

用于计算机实现的过程800的块的控制算法可以由任何合适的一个或多个计算设备来执行。例如，在一些实施例中，用于计算机实现的过程800的块的一些或全部控制算法驻留在图像获取和处理控制计算机109中、远程控制台111中、两者的组合中、或通信地耦合到RT系统100的任何其他计算设备中。控制算法可以全部或部分地被实现为软件或固件实现的逻辑，和/或硬件实现的逻辑电路。

在步骤810中，合适的计算设备导致对特定处理束的优化被执行。在一些实施例中，这种处理束优化包括使用本领域已知的常规技术来确认处理束230的最大剂量率。另外，在一些实施例中，这种处理束优化还包括针对处理束230的特定配置修改与处理束230的剂量率相关联的一个或多个束生成参数，直到特定处理束230被确认为具有指定剂量率。在一些实施例中，一种或多种束生成参数包括电子枪电流、RF功率、能量开关位置、一个或多个弯曲磁体参数、一个或多个枪驱动器参数等等。在一些实施例中，处理束230的最大剂量率包括高于实践中使用的最大指定剂量率的余量。当处理束230被确认为提供合适的最大剂量率时，对处理束230的优化完成并且计算机实现的过程800进行到步骤820。

在步骤820中，计算设备例如通过获取束斑302的X射线投影图像序列并应用边缘测量算法来测量RT系统100的束斑302，如上面结合图5所述。在一些实施例中，这种算法的输出包括束斑302的2D强度分布305。在一些实施例中，这种算法的输出包括例如相对于电子束靶标303上的绝对位置而指示束斑中心点611的位置的信息。

在步骤830中，计算设备基于步骤820的输出来确定束斑302的一个或多个束斑质量度量的值。在一些实施例中，该一个或多个束斑质量度量包括束斑面积、束斑伸长率、每单位面积的束斑功率因子和/或束斑中心点距理想中心点位置的偏移等。

在步骤840中，计算设备确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。当计算设备确定束斑302满足预定束斑质量规范时，计算机实现的过程800进行到步骤860。当计算设备确定束斑302未能满足预定束斑质量规范时，计算机实现的过程800进行到步骤850。

在一些实施例中，在步骤840中，计算设备基于一个或多个束斑质量度量来确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。例如，在一个这样的实施例中，计算设备基于束斑302的偏心率来确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。在这样的实施例中，当在步骤830中针对束斑302偏心率确定的值小于阈值偏心率值(诸如针对束斑302的指定最大可接受偏心率)，则计算设备确定束斑302满足预定束斑质量规范。在另一示例中，在一个实施例中，计算设备基于束斑302的偏心率的尺寸(例如，面积)来确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。在这样的一个实施例中，当在步骤830中针对束斑302的面积所确定的值小于阈值最大值(诸如束斑302的指定最大可接受面积)并且大于阈值最小值(诸如束斑302的指定最小可接受面积)时，计算设备确定束斑302满足预定束斑质量规范。在又一示例中，在一个实施例中，计算设备基于束斑302的每单位面积的功率来确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。在这样的实施例中，当在步骤830中针对束斑302的面积所确定的值大于阈值最大值(诸如束斑302的每单位面积的指定最大可接受功率)时，则计算设备确定束斑302不满足预定束斑质量规范。

在一些实施例中，在步骤840中，计算设备基于多个束斑质量度量来确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。例如，在一些实施例中，当在步骤830中针对多个束斑质量度量中的每一个束斑质量度量所确定的值满足相应的一个或多个指定阈值时，计算设备确定束斑302满足预定束斑质量规范。在这样的实施例中，步骤830中确定的单个值未能满足相应的一个或多个指定阈值指示束斑302未能满足预定束斑质量规范。备选地，在一些实施例中，在步骤830中确定的一个或多个值未能满足相应的一个或多个指定阈值可能并不指示束斑302未能满足预定束斑质量规范。相反，在这样的实施例中，可以采用针对每个束斑质量度量的加权方案来量化每个特定束斑质量度量的满足程度。在这样的实施例中，基于被应用于步骤830中确定的多个值的加权方案来确定束斑302的总体质量分数。在这样的实施例中，特定束斑302可以具有指示以下的总体质量分数：即使在步骤830中确定的针对一个或多个束斑质量度量的值可能不满足针对一个或多个束斑质量度量中的每一个束斑质量度量的关联阈值，特定束斑302也满足预定束斑质量规范。此外，在这样的实施例中，每个束斑质量度量可以取决于每个束斑质量度量的相对重要性而具有不同的分数加权。

在一些实施例中，预定束斑质量规范可以包括针对束斑302的一个或多个束斑质量度量的多个阈值。在这样的实施例中，对于特定束斑质量度量，预定束斑质量规范可以包括针对束斑302的上阈值和下阈值。在这样的实施例中，针对特定束斑质量度量的下阈值可以指示束斑302可以满足但不要求满足的理想阈值。相反，针对特定束斑质量度量的上阈值可以指示束斑302未能满足预定束斑质量规范的不期望值，而不管束斑302相对于其他束质量度量的总体质量分数。也就是说，在这样的实施例中，束斑302未能满足上阈值指示束斑不适合使用并且应该被修改。备选地，在一些实施例中，与针对特定束斑质量度量的下阈值相关联的值相比，针对特定束斑质量度量的上阈值指示束斑302累积更严厉评分惩罚(更高的评分惩罚或更低的奖励)的值。备选地，在一些实施例中，针对特定束斑质量度量的上阈值和下阈值的上述角色是相反的，即，针对特定束斑质量度量的上阈值指示理想阈值并且针对束斑302的特定束斑质量度量的下阈值指示特定束斑质量度量的不期望(或更严重惩罚的)阈值。例如，在面积重合因子(下面结合图10A-图10C描述)的情况下，下阈值可以指示针对束斑的不期望值。

在步骤850中，计算设备将RT系统100的电子束成形部件的一个或多个参数修改为新值。结果，束斑302的一个或多个属性被改变，其影响束斑302的2D强度分布305，诸如束斑302的偏心率、束斑302的平均直径、束斑302的偏移距离、束斑302的尺寸或面积、束斑302的每单位面积的功率等等。在一些实施例中，基于束斑302的一个或多个束斑质量度量中的哪些在步骤840中未能满足预定束斑质量规范来选择在步骤850中修改的一个或多个参数。在完成步骤850时，计算机实现的过程800返回到步骤820并且计算设备使RT系统100的束斑302被再次测量。

RT系统100的电子束成形部件的参数的示例包括：第一束成形螺线管411的螺线管电流、第二束成形螺线管412的螺线管电流、第一束成形螺线管411中的电流方向、第二束成形螺线管412中的电流方向等等。因为流过第一束成形螺线管411和第二束成形螺线管412的电流的方向和幅度可以影响生成束斑302的电子束(并且因此影响处理束230)，所以对此类参数的修改也改变了束斑302的一个或多个属性。备选地或附加地，在一些实施例中，在步骤850中修改RT系统100的其他束成形部件的参数以改变束斑302的一个或多个属性。RT系统100的其他束成形部件的示例包括电子枪401、加速波导402和/或电子束传送部件403。

在步骤860中，计算设备确认处理束230的最大剂量率继续具有指定的最大剂量率。在处理束的最大剂量率低于指定的最大剂量率的实例中，修改与处理束230的剂量率相关联的一个或多个束生成参数，直到处理束230被确认为具有指定的剂量率。当完成步骤860后，计算机实现的过程800结束。

在一些实施例中，步骤820-850被执行多次迭代，直到处理束230的指定属性满足预定束斑质量规范。因为每个这样的迭代可以在相对短的时间(例如，1-5分钟)内以自动化的方式被完成并且无需使用RT系统100外部的装备和/或测量仪器，所以可以在短时间内调整特定处理束230，例如不到一个小时。此外，计算机实现的过程800可以针对RT系统100可以采用的多个处理束能量中的每一个处理束能量来执行。因为计算机实现的过程800可以如此快速地完成，所以计算机实现的过程800可以作为辐射疗法系统的工厂设置的一部分、作为辐射疗法系统的现场质量保证工具和/或作为辐射疗法系统的定期服务工具而被执行。

计算机实现的过程800的实现使得能够精确地控制RT系统100中的束斑形状和尺寸，从而确保预先配置的处理束230的一致性。因此，处理束230可以严格满足辐射疗法形式所需的小场半影和几何公差，其涉及向患者解剖结构的小聚焦区域递送高辐射剂量。此外，可以假设处理束230具有与处理计划模型中采用的理想处理束基本上相同的属性。

辐射场测量与分析

在上述实施例中，束斑的直接测量使得能够调整辐射疗法系统中的束斑的一个或多个属性。例如，基于此类束斑测量来修改影响束斑的生成的一个或多个束成形参数，使得束斑的一个或多个属性被改变。在其他实施例中，对由束斑生成的辐射场的一个或多个属性的测量使得能够对束斑进行类似的调整。在这样的实施例中，基于辐射场的测量到的属性来修改一个或多个束成形参数，使得束斑的一个或多个属性被改变。辐射场的属性经由一个或多个特定辐射场质量度量来被量化，该一个或多个特定辐射场质量度量指示源自束斑的辐射束是否在指定质量范围之外。这种辐射场质量度量的示例包括以下中的一项或多项：面积重合因子、半影不对称因子和束输出因子。

在一些实施例中，基于使用辐射疗法系统的现有成像面板(诸如RT系统100的EPID105)而生成的图像来测量一个或多个辐射场质量度量的值。在这样的实施例中，采用一个或多个狭缝场图像，其中源自束斑(例如，图3中的束斑302)的处理束(例如，图2中的处理束230)经由窄矩形孔径而被成形并通过EPID 105成像。例如，窄矩形孔径可以由辐射疗法系统的MLC形成，诸如RT系统100的MLC 306。当MLC围绕旋转轴旋转时，在MLC相对于成像面板处于不同的旋转定向的情况下生成不同的狭缝场图像。如本文所述，对不同狭缝场图像的定量分析使得能够确定由特定束斑生成的辐射场的对称性。下面结合图9描述用于生成狭缝场图像的孔径的一个实施例，并且下面结合图10描述狭缝场图像的一个实施例。

图9示意性地图示了根据各种实施例的用于生成狭缝场图像的孔径900和成像器910。在图9中所图示的实施例中，孔径910由辐射疗法系统的MLC(诸如图3中的MLC 306)形成，并且成像器910是被包括在辐射疗法系统中的成像器，诸如RT系统100的EPID 105。孔径900和成像器910在图9中的“束眼”视图中被示出，其是从处理束的源(诸如RT系统100的LINCAC 104)的角度来看的。

在图9中所图示的实施例中，示出了孔径900相对于成像器910的多个附加定向，每个定向都可以被用来生成狭缝场图像。附加定向包括：定向901，其中MLC被定位在围绕准直器的旋转轴950成45°的旋转角处；定向902，其中MLC被定位在围绕旋转轴950成90°的旋转角处；以及定向903，其中MLC被定位在围绕旋转轴950成135°的旋转角处。在其他实施例中，可以采用孔径900的更多或更少的定向来生成狭缝场图像。

图10示意性地图示了根据各种实施例的狭缝场X射线图像1000以及相关联的半影和输出因子。狭缝场X射线图像1000是使用常规辐射疗法系统的处理束、成像器和MLC(诸如RT系统100的处理束230、EPID 105和MLC 306)而生成的X射线图像。在一些实施例中，在EPID 105被定位在RT系统100的等中心203处或附近而不是被定位在辐射疗法期间所采用的位置处的情况下生成狭缝场图像1000。在这样的实施例中，避免了处理束230和相关联的半影被放大所增加的复杂性。

如图10中所示，狭缝场X射线图像1000包括由交叉阴影线所描绘的辐射强度的2D强度分布1050，其中较密集的交叉阴影线指示由EPID 105接收到的较高强度的X射线。因此，狭缝场X射线图像1000包括指示X射线辐射强度在特定处理束230内如何变化的信息，诸如具有与被用来生成狭缝场X射线图像1000的矩形孔径的宽度类似的束尺寸的处理束。在一些实施例中，基于这样的信息，针对特定束斑和孔径组合，确定一个或多个辐射场质量度量，包括以下中的一项或多项：面积重合因子、半影不对称因子和X射线束输出因子。在实施例中，将一个或多个辐射场质量度量的值与预定辐射场质量规范的对应值进行比较，以确定生成狭缝场X射线图像1000的处理束是否在指定质量范围之外。

图10还包括一维X射线强度轮廓1060，其描绘沿着狭缝场X射线图像1000的线性部分1061的X射线剂量。因此，X射线强度轮廓1060指示辐射强度如何跨越狭缝场X射线图像1000的2D强度分布1050变化。在一些实施例中，线性部分1061沿着狭缝场X射线图像1000的主轴被定向。也就是说，线性部分1061被定向成平行于被用来生成狭缝场X射线图像1000的矩形孔径。备选地或附加地，可以针对狭缝场X射线图像1000的其他线性部分生成一维X射线强度轮廓，诸如沿着短轴1062(其垂直于被用来生成狭缝场X射线图像1000的矩形孔径)。另外，在图10中所图示的实施例中，X射线强度轮廓1060被归一化为一维X射线强度轮廓1060的峰值X射线强度值1069。现在关于狭缝场X射线图像1000来描述各种辐射场质量度量(面积重合因子、半影不对称因子和X射线束输出因子)。

半影不对称因子是X射线束(诸如被用来生成狭缝场X射线图像1000的X射线束)的半影对称性的量化度量。在一些实施例中，X射线束的半影不对称性因子基于一维X射线强度轮廓1060的第一半影部分1063和一维X射线强度轮廓1060的第二半影部分1064之间的差异。在这样的实施例中，第一半影部分1063被设置在一维X射线强度轮廓1060的第一侧上，并且第二半影部分1064被设置在一维X射线强度轮廓1060的第二侧上，其中第一侧与第二侧相对，如图10中所示。

在图10中所图示的实施例中，第一半影部分1063被定义为在与一维X射线强度轮廓1060的第一侧上的半影下降区域的开始对应的辐射强度的位置1065和与一维X射线强度轮廓1060的第一侧上的半影下降区域的结束对应的辐射强度的位置1066之间的宽度。类似地，第二半影部分1064被定义为在与一维X射线强度轮廓1060的第二侧上的半影下降区域的开始对应的辐射强度的位置1067和与一维X射线强度轮廓1060的第二侧上的半影下降区域的结束对应的辐射强度的位置1068之间的宽度。例如，在图10中所图示的实施例中，对应于半影下降区域的开始(位置1065和1067)的辐射强度是一维X射线强度轮廓1060的峰值辐射强度水平1069的80％，并且对应于半影下降区域的结束(位置1066和1068)的辐射强度是峰值辐射强度水平1069的20％。在其他实施例中，对应于半影下降区域的开始和结束的辐射强度可以不同于如图10中所示的那些。

X射线束输出因子是与相对于参考X射线束而生成狭缝场X射线图像1000的X射线束相关联的辐射强度的量化度量。在一些实施例中，X射线束输出因子是与感兴趣的X射线束和参考X射线束相关联的辐射强度的比率。通常，参考X射线束具有比生成狭缝场X射线图像1000的X射线束更大的场。例如，在实施例中，生成狭缝场X射线图像的X射线束1000具有大约为4mm x 7.5mm的场尺寸，并且参考X射线束具有大约为10cm x 10cm的场尺寸。结果，生成狭缝场X射线图像1000的X射线束的X射线束输出因子通常小于1。在一些实施例中，对于生成狭缝场X射线图像1000的矩形孔径和处理束230的特定组合，针对围绕束准直器轴的矩形孔径的多个定向(例如，0°、45°、90°和135°)计算X射线束输出因子。

面积重合因子是生成狭缝场X射线图像1000的X射线束的剂量云的形状变化的量化度量。剂量云是具有大于或等于预定强度剂量的点的几何包围(例如80％等剂量轮廓)。具体而言，面积重合因子量化了当形成X射线束的矩形孔径旋转通过不同角度时这种剂量云的形状变化。因此，在一些实施例中，对于特定处理束230和矩形孔径，确定面积重合因子的多个值。例如，在一个这样的实施例中，对于特定处理束230和矩形孔径，针对矩形孔径的多个定向中的每一个定向(例如，0°、45°、90°和135°)，确定面积重合因子的不同值。下面结合图11A-图11C描述一个这样的实施例。

图11A-图11C示意性地图示了根据各种实施例的针对处理束230、矩形孔径和孔径定向的特定组合的面积重合因子的确定。图11A图示了针对处理束230和矩形孔径的特定组合而生成面积重合因子的过程中的第一步骤；图11B图示了生成面积重合因子的过程中的第二步骤；以及图11C图示了生成面积重合因子的过程中的第三步骤。

图11A示出了使用处理束230和矩形孔径的特定组合获取狭缝场X射线图像900之后的参考剂量云1110和评估剂量云1120。在图11A中所图示的实施例中，参考剂量云1110基于利用被定向为0°的矩形孔径而生成的参考狭缝场X射线图像(未示出)，并且评估剂量云1120基于利用被定向为45°的矩形孔径而生成的评估狭缝场X射线图像(未示出)。另外，在图11A中所图示的实施例中，参考剂量云1110对应于参考狭缝场X射线图像的一部分，该部分表示参考狭缝场X射线图像的峰值辐射强度的60％或更多的辐射强度。因此，参考剂量云1110不包括参考狭缝场X射线图像的指示辐射强度小于参考狭缝场X射线图像的峰值辐射强度的60％的部分。同样，在图11A中，评估剂量云1120对应于评估狭缝场X射线图像的一部分，该部分表示评估狭缝场X射线图像的峰值辐射强度的60％或更多的辐射强度。因此，评估剂量云1120不包括评估狭缝场X射线图像的指示辐射强度小于评估狭缝场X射线图像的峰值辐射强度的60％的部分。在其他实施例中，参考剂量云1110和评估剂量云1120基于比11A-图11C中所图示的60％水平更高或更低的辐射强度下降来定义(例如，峰值辐射强度的80％、峰值辐射强度的50％等)。

图11B示出了在被旋转以与参考剂量云1110对准之后的评估剂量云1120。因此，在图11B中所图示的实施例中，评估剂量云1120如所示被旋转45°，因为评估剂量云1120基于利用被定向为45°的矩形孔径而生成的评估狭缝场X射线图像。在这样的实施例中，针对评估剂量云1120确定的面积重合因子使得评估剂量云1120的形状相对于参考剂量云1110的变化能够被捕获，如图11C中所示。

另外，在一些实施例中，为了将评估剂量云1120与参考剂量云1110对准，评估剂量云1120围绕束中心点1101旋转，束中心点1101对应于处理束的理想中心点。例如，在一些实施例中，束中心点1101对应于准直器旋转轴(诸如图3中的准直器旋转轴308)。备选地，束中心点1101对应于生成参考狭缝场X射线图像和评估狭缝场X射线图像(例如，图2的EPID105)的成像器上的某个其他绝对位置。在这样的实施例中，束中心点1101不一定对应于参考剂量云1110或评估剂量云1120的中心点(诸如质心)。在这样的实施例中，针对评估剂量云1120确定的面积重合因子捕获评估剂量云1120的位置(例如，相对于束中心点1101)与参考剂量云1110的位置的差异。也就是说，当评估剂量云1120与参考剂量云1110相比偏离束中心点1101不同的距离时，面积重合因子定量地捕获评估剂量云1120和参考剂量云1110之间所得到的重合减少(图11C中所图示)。

图11C图示了在被叠加到参考剂量云1110上之后的评估剂量云1120。在一些实施例中，基于束中心点1101在参考剂量云1110中和在评估剂量云1120中的位置将评估剂量云1120叠加到参考剂量云1110上。在图11C中，重合面积1102(交叉阴影线)指示与参考剂量云1110重合的评估剂量云1120的一部分。应注意，相对于束中心点1101的形状和位置的差异都可能会导致参考剂量云1110和评估剂量云1120之间更小的重合面积1102。在一些实施例中，针对特定评估剂量云1120所确定的面积重合因子的值是基于参考剂量云1110或评估剂量云1120的总面积以及重合面积1102的归一化值。因此，在这样的实施例中，针对特定评估剂量云1120所确定的面积重合因子的值通常在0和1之间。

图12阐述了根据一个或多个实施例的用于基于对辐射场的测量来调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的过程1200的流程图。在实施例中，作为束调整过程的一部分，采用一个或多个上述辐射场质量度量来确定束斑是否在指定质量范围之外。计算机实现的过程1200可以作为辐射疗法系统的工厂设置的一部分、作为辐射疗法系统的现场质量保证工具和/或作为辐射疗法系统的定期服务工具而被执行。

计算机实现的过程1200可以包括如框1210-1295中的一个或多个框所图示的一个或多个操作、功能或动作。虽然以序列的顺序图示了这些框，但是这些框可以被并行执行，和/或以与本文描述的顺序不同的顺序来执行。而且，基于所期望的实现，各个框可以被组合成更少的框、被划分成更多的框、和/或被消除。尽管计算机实现的过程1200是结合本文中被描述为RT系统100和图1-图5的一部分的X射线成像系统来描述的，但是本领域技术人员将理解，任何适当配置的X射线成像系统都在本实施例的范围内。

用于计算机实现的过程1200的框的控制算法可以由任何合适的一个或多个计算设备来执行。例如，在一些实施例中，用于计算机实现的过程1200的框的一些或全部控制算法驻留在图像获取和处理控制计算机109中、远程控制台111中、两者的组合中、或通信地耦合到RT系统100的任何其他计算设备中。控制算法可以全部或部分地被实现为软件或固件实现的逻辑，和/或硬件实现的逻辑电路。

在步骤1210中，合适的计算设备导致对特定处理束的优化被执行。在一些实施例中，这种处理束优化包括使用本领域已知的常规技术来确认处理束230的最大剂量率，并且当需要时，执行一个或多个束输出优化过程以将处理束230配置为具有合适的最大剂量率。在一些实施例中，步骤1210基本上类似于图8的计算机实现的过程800中的步骤810。

在步骤1215中，执行一个或多个过程以确保处理束230相对于准直器旋转轴308被正确地对准，MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转。附加地，在一些实施例中，执行一个或多个过程以确保被包括在准直器配件208中的过滤器相对于准直器旋转轴308被正确地定位。在一些实施例中，为了完成步骤1215，可以执行本领域已知的常规过程。

在步骤1220中，计算设备例如通过获取束斑302的X射线投影图像序列并应用边缘测量算法来测量RT系统100的束斑302，如上面结合图5所述。在一些实施例中，步骤1220基本上类似于图8的计算机实现的过程800中的步骤820。

在步骤1230中，计算设备基于步骤1220的输出来确定针对束斑302的一个或多个束斑质量度量的值。在一些实施例中，步骤1230基本上类似于图8的计算机实现的过程800中的步骤830。

在步骤1240中，计算设备确定束斑302是否满足预定束斑质量规范。当计算设备确定束斑302满足预定束斑质量规范时，计算机实现的过程1200进行到步骤1260。当计算设备确定束斑302未能满足预定束斑质量规范时，计算机实现的过程1200进行到步骤1250。在一些实施例中，步骤1240基本上类似于图8的计算机实现的过程800中的步骤840。

在步骤1250中，计算设备将RT系统100的电子束成形部件的一个或多个参数修改为新值。在一些实施例中，步骤1250基本上类似于图8的计算机实现的过程800中的步骤850。

在步骤1260中，计算设备使由束斑302生成的辐射场的一个或多个属性被测量。在一些实施例中，在步骤1260中，使用EPID 105生成处理束230的辐射场的一个或多个狭缝场X射线图像。在这样的实施例中，可以生成辐射场的多个狭缝场X射线图像，其中多个评估角度中的每一个评估角度有一个狭缝场X射线图像。在这样的实施例中，对于每个狭缝场X射线图像，由MLC 306形成的矩形孔径被定向在不同的评估角度处。

在步骤1265中，执行计算设备辐射场分析。在这样的实施例中，确定一个或多个辐射场质量度量，诸如面积重合因子、半影不对称因子和/或X射线束输出因子。

在步骤1270中，计算设备确定处理束230的辐射场(其被用来生成多个狭缝场X射线图像)是否满足预定辐射场质量规范。当计算设备确定辐射场满足预定辐射场质量规范时，计算机实现的过程1200进行到步骤1295。当计算设备确定辐射场未能满足预定辐射场质量规范时，计算机实现的过程1200进行到步骤1275。

在一些实施例中，在步骤1270中，计算设备基于在步骤1265中确定的辐射场质量度量中的一个或多个辐射场质量度量来确定辐射场是否满足预定辐射场质量规范。在一些实施例中，在步骤1270中，计算设备基于多个辐射场质量度量的评分来确定辐射场是否满足预定辐射场质量规范。例如，在一些实施例中，当与辐射场相关联的总分不满足或超过总分的指定阈值时，辐射场未能满足预定辐射场质量规范。备选地或附加地，在一些实施例中，当针对与辐射场相关联的辐射场质量度量中的至少一个辐射场质量度量的值未能满足针对该辐射场质量度量的最小所需阈值或超过最大可允许阈值时，辐射场未能满足预定辐射场质量规范。在一些实施例中，每个辐射场质量度量取决于每个辐射场质量度量的相对重要性可以具有不同的分数加权。

此外，在一些实施例中，预定辐射场质量规范可以包括针对一个或多个辐射场质量度量的多个阈值。类似于上述束斑质量度量，在这样的实施例中，对于特定辐射场质量度量，预定辐射场质量规范可以包括针对束斑302的一个或多个控制上限和一个或多个控制下限。在这样的实施例中，控制上限和下限值可以指示不同的评分惩罚/奖励。

在步骤1275中，计算设备将RT系统100的电子束成形部件的一个或多个参数修改为新值。结果，束斑302的一个或多个属性被改变，其影响束斑302的2D强度分布305，进而影响由束斑302生成的处理束230的辐射场。在一些实施例中，步骤1275基本上类似于上述步骤1250。

在步骤1280中，计算设备导致对特定处理束的优化被执行。在一些实施例中，计算设备使用本领域已知的常规技术来确认处理束230的最大剂量率，并且当需要时，执行一个或多个束输出优化过程以将处理束230配置为具有合适的最大剂量率。在一些实施例中，步骤1280基本上类似于上述步骤1210。

在步骤1285中，执行一个或多个程序以确保处理束230相对于准直器旋转轴308被正确地对准，MLC 306围绕准直器旋转轴308旋转。在一些实施例中，步骤1285基本上类似于上述步骤1215。

在步骤1290中，计算设备导致对特定处理束的优化被执行。在一些实施例中，计算设备使用本领域已知的常规技术来确认处理束230的最大剂量率，并且当需要时，执行一个或多个束输出优化过程以将处理束230配置为具有合适的最大剂量率。在一些实施例中，步骤1290基本上类似于上述步骤1210。在完成步骤1290后，计算机实现的过程1200返回到步骤1220。

在步骤1295中，计算机实现的过程1200结束。

在上述实施例中，所描绘的狭缝场图像的示例是使用与小场辐射处理(例如，涉及几毫米量级的辐射场的处理)相关联的准直器孔径尺寸来生成的。在其他实施例中，用于测量本文描述的辐射场质量度量而生成的狭缝场图像可以使用不同的准直器孔径尺寸来生成，诸如与一厘米或几厘米数量级的束尺寸相关联的孔径。

图13是被配置为执行本公开的各种实施例的计算设备1300的图示。计算设备1300可以是台式计算机、膝上型计算机、智能电话或者适合于实践本公开的一个或多个实施例的任何其他类型的计算设备。在操作中，计算设备1300被配置为执行与边缘测量算法1390、计算机实现的过程800、计算机实现的过程1200和/或处理计划系统1311相关联的指令，如本文所述。注意，本文描述的计算设备是说明性的，并且任何其他技术上可行的配置落入本公开的范围内。

如图所示，计算设备1300包括但不限于互连(总线)1340，其连接处理单元1350、耦合到输入/输出(I/O)设备1380的输入/输出(I/O)设备接口1360、存储器1310、存储1330和网络接口1370。处理单元1350可以是任何合适的处理器，其被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)、任何其他类型的处理单元或不同处理单元的组合，诸如被配置为与GPU或数字信号处理器(DSP)结合进行操作的CPU。一般而言，处理单元1350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，包括边缘测量算法1390、计算机实现的过程800、计算机实现的过程1200和/或处理计划系统1311。

I/O设备1380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，诸如显示设备等等。另外，I/O设备1380可以包括能够接收输入和提供输出的设备，诸如触摸屏、通用串行总线(USB)端口等等。I/O设备1380可以被配置为从计算设备1300的最终用户接收各种类型的输入，并且还向计算设备1300的最终用户提供各种类型的输出，诸如显示的数字图像或数字视频。在一些实施例中，I/O设备1380中的一个或多个I/O设备被配置为将计算设备1300耦合到网络。

存储器1310可以包括随机存取存储器(RAM)模块、闪存单元、或任何其他类型的存储器单元或其组合。处理单元1350、I/O设备接口1360和网络接口1370被配置为从存储器1310读取数据并向存储器1310写入数据。存储器1310包括可以由处理器1350执行的各种软件程序以及与所述软件程序相关联的应用数据，包括边缘测量算法1390、计算机实现的过程800、计算机实现的过程1200和/或处理计划系统1311。

图14是根据本公开的一个或多个实施例的用于实现分割图像的方法的计算机程序产品1400的说明性实施例的框图。计算机程序产品1400可以包括信号承载介质1404。信号承载介质1404可以包括一组或多组可执行指令1402，指令在例如由计算设备的处理器执行时可以提供上面关于图1-图13所描述的功能性。

在一些实施例中，信号承载介质1404可以涵盖非暂态计算机可读介质1408，诸如但不限于硬盘驱动器、压缩盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、存储器等。在一些实施例中，信号承载介质1404可以涵盖可记录介质1410，诸如但不限于存储器、读/写(R/W)CD、R/WDVD等。在一些实现中，信号承载介质1404可以涵盖通信介质1406，诸如但不限于数字和/或模拟通信介质(例如，光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。计算机程序产品1400可以被记录在非暂态计算机可读介质1408或另一类似的可记录介质1410上。

总之，本文描述的实施例提供了用于控制辐射疗法系统中的束斑的尺寸、形状和/或功率强度分布的技术。本文描述的技术促进了对束斑的调整，以提高束斑的属性与被包括在处理计划模型中的预先配置的束数据之间的一致性。结果，由束斑所生成的X射线束的性能与针对处理计划系统中的X射线束所假定的性能紧密匹配。

出于说明的目的给出了各种实施例的描述，但是并不旨在穷举或限制于所公开的实施例。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普通技术人员来说将是显而易见的。

本实施例的各方面可以被体现为系统、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、常驻软件、微代码等)或组合了软件和硬件各方面的实施例的形式，这些方面在本文中都可以被统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该一个或多个计算机可读介质在其上体现有计算机可读程序代码。

可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。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、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机软盘、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、磁存储设备或者前述的任何合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合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，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，而不是为了限制，真正的范围和精神由所附权利要求来指示。

Claims (20)

1.一种用于基于辐射场测量来调整辐射疗法系统中的束斑的计算机实现的方法，所述方法包括：

配置电子束以在所述辐射疗法系统的电子束靶标上生成第一束斑；

确定针对源自所述第一束斑的第一辐射束的一个或多个辐射场质量度量的值；以及

基于所述值，确定所述第一辐射束是否在指定质量范围之外。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中确定针对所述一个或多个辐射场质量度量的所述值包括：配置所述辐射疗法系统的准直器以生成所述第一辐射束的多个狭缝场图像。

3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，还包括：针对所述多个狭缝场图像中的每一个狭缝场图像，在被生成时将所述辐射疗法系统的准直器定位在围绕所述准直器的旋转轴的不同的相应旋转角处。

4.根据权利要求1、2或3所述的计算机实现的方法，其中所述一个或多个辐射场质量度量包括以下中的一项或多项：面积重合因子、半影不对称因子或辐射束输出因子，所述面积重合因子量化至少一个辐射束狭缝场图像与参考辐射束狭缝场图像的一致性。

5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中所述参考辐射束狭缝场图像包括利用相对于所述辐射疗法系统的成像器以参考旋转角定向的狭缝孔径而生成的所述第一辐射束的狭缝场图像，并且所述至少一个辐射束狭缝场图像包括利用以相对于所述参考旋转角的不同旋转角定向的所述狭缝孔径而生成的所述第一辐射束的狭缝场图像。

6.根据权利要求4或5所述的计算机实现的方法，还包括：在确定所述面积重合因子之前将所述至少一个辐射束狭缝场图像与所述参考辐射束狭缝场图像对准。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的计算机实现的方法，其中确定所述第一辐射束在所述指定质量范围之外包括：基于所述值并且基于至少一个阈值来生成针对所述第一辐射束的束质量分数。

8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中所述至少一个阈值包括：具有与其相关联的第一分数贡献的第一阈值和具有与其相关联的第二分数贡献的第二阈值。

9.一种辐射疗法系统，所述系统包括：

成像器；

处理递送辐射源，包括电子束靶标并且被配置为将处理束引导至患者解剖结构的靶标体积；以及

一个或多个处理器，被配置为：

配置电子束以在所述电子束靶标上生成第一束斑；

确定针对源自所述第一束斑的第一辐射束的一个或多个辐射场质量度量的值；以及

基于所述值，确定所述第一辐射束是否在指定质量范围之外。

10.根据权利要求9所述的系统，其中确定针对所述一个或多个辐射场质量度量的所述值包括：配置所述辐射疗法系统的准直器以生成所述第一辐射束的多个狭缝场图像。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述一个或多个处理器还被配置为：针对所述多个狭缝场图像中的每一个狭缝场图像，在被生成时将所述辐射疗法系统的准直器定位在围绕所述准直器的旋转轴的不同的相应旋转角处。

12.根据权利要求9、10或11所述的系统，其中所述一个或多个辐射场质量度量包括以下中的一项或多项：面积重合因子、半影不对称因子或辐射束输出因子，所述面积重合因子量化至少一个辐射束狭缝场图像与参考辐射束狭缝场图像的一致性。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述参考辐射束狭缝场图像包括利用相对于所述辐射疗法系统的成像器以参考旋转角定向的狭缝孔径而生成的所述第一辐射束的狭缝场图像，并且所述至少一个辐射束狭缝场图像包括利用以相对于所述参考旋转角的不同旋转角定向的所述狭缝孔径而生成的所述第一辐射束的狭缝场图像。

14.根据权利要求12或13所述的系统，其中所述一个或多个处理器还被配置为：在确定所述面积重合因子之前将所述至少一个辐射束狭缝场图像与所述参考辐射束狭缝场图像对准。

15.根据权利要求14所述的系统，其中将所述至少一个辐射束狭缝场图像与所述参考辐射束狭缝场图像对准包括：将所述至少一个辐射束狭缝场图像旋转到与所述参考辐射束狭缝场图像相关联的参考角。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其中所述半影不对称因子基于所述第一辐射束的剂量轮廓的第一侧的第一强度下降宽度与所述第一辐射束的所述剂量轮廓的第二侧的第二强度下降宽度的比较。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其中所述辐射束输出因子指示与所述至少一个辐射束狭缝场图像的辐射场相关联的第一总辐射强度和与参考辐射场相关联的第二总辐射强度的比率。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述参考辐射场具有比所述至少一个辐射束狭缝场图像的所述辐射场更大的面积。

19.根据权利要求9至18中任一项所述的系统，其中确定针对所述一个或多个辐射场质量度量的所述值包括：生成针对单个辐射场质量度量的多个值，针对所述单个辐射场质量度量的所述多个值中的每一个值与围绕所述准直器的所述旋转轴的不同的相应旋转角对应。

20.根据权利要求9至19中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器还被配置为：响应于确定所述第一辐射束在所述指定质量范围之外，将所述系统的电子束成形部件的参数修改为新值。