CN209612027U - 用于放射治疗系统的医用加速器 - Google Patents

Abstract

本文中讨论的是一种用于诸如MR‑直线加速器(MR‑Linac)系统之类的放射治疗系统的医用加速器。示例性的加速器包括热离子电子枪和波导管，该热离子电子枪配置成对阴极施加特定的灯丝功率以产生电子束，该波导管对该电子束进行加速以产生在放射治疗中使用的光子束。加速器包括控制电路，该控制电路可以根据由机器剂量测定系统测量的发射至靶材的剂量率对施加至阴极的灯丝功率进行实时调节。阴极功率调节可以降低反轰击效应。

Description

用于放射治疗系统的医用加速器

技术领域

本文总体上但非限制性地涉及一种用于向人类或动物受试者提供放射治疗的医用直线加速器。

背景技术

放射治疗用于对哺乳动物(例如，人类和动物)组织中的癌症和其他疾病进行治疗。使用直线加速器(Linac)提供示例性的放射治疗，因此靶(例如，肿瘤)被高能粒子(例如，电子、光子、离子等)辐射。在典型的基于直线加速器的放射治疗中，多个放射束从不同角度被引导朝向靶。

医用直线加速器通常包括能够产生电子束的热离子静电电子枪和将电子束加速至兆电子伏(MeV)能量的多个耦合共振射频腔。加速的电子束与重金属靶材(例如，钨)碰撞。在靶材中，电子束的大部分动能被转化成热，而小部分能量以也称为韧致辐射光子束的高能X射线的形式被发射。高能X射线在其离开直线加速器时成形为与患者的靶组织(例如，肿瘤)的形状一致，并且定制的射束被引导至靶组织。射束通常由结合到直线加速器的头部的多叶准直器成形。也称为电离室的剂量监测器室可以对射束的剂量率、积分剂量、以及场对称性进行监测。这是为了防止使用过多不满足预期治疗方案的辐射。

MR-直线加速器是将直线加速器放射治疗与诊断级磁共振成像(MRI)结合的放射治疗系统。MR-直线加速器使用于解剖和生理治疗适应以及响应监测的室内MRI能够实现，并且MR-直线加速器具有通过实时可视化和靶追踪使治疗边界缩小的可能性。

MRI与直线加速器放射治疗的结合可以使放射治疗光子束经受由MRI扫描仪产生的强磁场(例如，在0.35T与1.5T之间)。磁场可以通过凭借洛伦兹力使磁场中的运动电子的路径偏转来中断(患者或人体模型中的)剂量沉积。根据外部磁场的大小和取向，外部磁场可以致使在直线加速器的性能方面的严重畸变，相当于并且包括完全的射束损失。

实用新型内容

一些直线加速器系统使用微波加速器对从热离子阴极发射出的电子进行加速。热离子阴极的一个问题是反轰击，其中，行进通过电子枪的电子朝向阴极向回加速，那样电子沉积了不需要的能量。这会破坏阴极并且缩短阴极的寿命。此外，反轰击可能对阴极稳定地进行加热，从而降低阴极的电子发射的功效。反轰击是对治疗系统中使用的热离子枪中的可获得的脉冲长度进行限制的主要影响之一。此外，本发明人已经认识到，对系统和方法而言存在如下未满足的需要：所述系统和方法可以控制磁场中的电子束轨迹以减小阴极上的反轰击效应，从而提高放射治疗剂量效率和直线加速器的寿命。

对施加至阴极电子枪的阴极的电功率的适当控制可以有助于降低反轰击效应。然而，阴极功率控制的常规技术已经面临若干技术挑战。例如，一种方法涉及对反轰击电流进行实时直接测量。然后根据测量的反轰击电流减小阴极加热功率。然而，反轰击效应的直接测量可能在技术上是困难的，在操作上是复杂的，并且在经济上是不可行的。另一种方法涉及通过测量参数比如靶材上的射束电流来对反轰击效应进行间接测量，靶材上的射束电流是反轰击程度的指示或与反轰击程度相关。这基于如下发现：当靶材上的射束电流最大化时最大的反轰击效应出现。然而，在MRI-直线加速器系统中，靶材通常是接地的使得靶材上的射束电流通常不能被可行地检测。

本公开的某些实施方式涉及放射治疗系统，比如MRI-直线加速器系统。示例性的放射治疗系统包括加速器和加速管，该加速器可以包括配置成对阴极施加特定的灯丝功率以产生电子束的热离子电子枪，该加速管也称为波导管以对该电子束进行加速。电子束可以与离子室上的靶材碰撞以产生在放射治疗中使用的光子束。加速器包括控制电路，该控制电路可以使用比如由机器剂量测定系统测量的发射至靶材的剂量率通过反馈控制机构来对灯丝功率进行调节。与阴极功率控制的常规方法相比，本文中讨论的系统和方法可以更容易且更精确地控制阴极功率，并且可以实时地并且以更经济的方式降低反轰击效应。

示例1是用于放射治疗系统的医用加速器，该放射治疗系统提供MRI导引的放射治疗。医用加速器包括热离子电子枪、加速管以及控制电路，该热离子电子枪配置成对阴极施加特定的灯丝功率以产生电子束，该加速管包括多个共振射频腔，所述多个共振射频腔配置成将该电子束加速和导引至与离子室上的靶材碰撞以产生光子束，该控制电路配置成根据该光子束的剂量率对灯丝功率进行调节。

在示例2中，示例1的主题可选地包括可以由浸渍有钡的钨制成的阴极。

在示例3中，示例1至示例2中的任何一个或更多个示例的主题可选地包括控制电路，该控制电路配置成对灯丝功率进行实时调节。

在示例4中，示例1至示例3中的任何一个或更多个示例的主题可选地包括控制电路，该控制电路还可以配置成确定与空间电荷限制发射对应的初始阴极功率，并且将灯丝功率调节成不高于初始阴极功率。

在示例5中，示例1至示例4中的任何一个或更多个示例的主题可选地包括控制电路，该控制电路可以配置成响应于剂量率的增加使灯丝功率减小。

在示例6中，示例5的主题可选地包括控制电路，该控制电路可以配置成当从靶材未收集到辐射时将灯丝功率设定成基本上等于初始阴极功率。

在示例7中，示例5至示例6中的任何一个或更多个示例的主题可选地包括控制电路，该控制电路可以配置成根据初始阴极功率减去用加权因子按比例增减的剂量率来确定灯丝功率。

在示例8中，示例7的主题可选地包括取1与2之间的值的加权因子。

在示例9中，示例1至示例8中的任何一个或更多个示例的主题可选地包括控制电路，该控制电路可以耦接至配置成测量剂量率的辐射剂量计。

以上内容旨在提供本专利申请的主题的概述。以上内容不旨在提供本实用新型的排他的或穷举的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的更多的信息。

附图说明

在不需要按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的相同的附图标记可以表示类似部件的不同实例。附图总体上通过示例而非限制的方式对本文中讨论的各种实施方式进行说明。

图1示出了放射治疗系统的示例；

图2示出了放射治疗系统的示例，其中，该放射治疗系统可以包括配置成提供治疗射束的放射治疗输出件；

图3示出了配置成产生电子束的热离子电子枪的示例；

图4示出了用于对从电子枪发射的电子束进行加速的加速管的示例；

图5示出了在其上可以实施如本文中讨论的一种或更多种方法的设备或机器的实施方式的框图，本文中讨论的一种或更多种方法比如是用于使用统计或机器学习技术来对比如用于提供与重构图像相关联的不确定信息的后验分布进行采样。

具体实施方式

在以下详细描述中，参照形成详细描述的一部分的附图，并且以下详细描述借助于可以实践本实用新型的图示特定实施方式来呈现。本文中也被称为“示例”的这些实施方式被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实践本实用新型，并且将被理解的是，各实施方式可以组合，或者可以使用其它实施方式，以及在不背离本实用新型的范围的情况下可以进行结构变化、逻辑变化和电气变化。因此，以下详细描述不应被理解成限制意义，并且本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

图1示出了示例性的放射治疗系统100，该放射治疗系统100用于向患者、患者的一部分、或可以包括表示患者或患者的一部分的靶对象的“人体模型”提供放射治疗。放射治疗系统100包括图像处理装置112。图像处理装置112可以连接至网络120。网络120可以连接至因特网122。网络120可以将图像处理装置112与数据库124、医院数据库126、肿瘤学信息系统(OIS)128、放射治疗装置130、图像获取装置132、显示装置134、以及用户接口136中的一者或更多者连接。图像处理装置112可以配置成生成待由放射治疗装置130使用的放射疗法治疗计划142。

图像处理装置112可以包括存储装置116、处理器114、以及通信接口118。存储装置116可以储存计算机可执行指令，比如操作系统143、放射疗法治疗计划142(例如，原始治疗计划、调整的治疗计划等)、软件程序144(例如，人工智能、深度学习、神经网络、放射疗法治疗计划软件)、以及待由处理器114执行的任何其他的计算机可执行指令。在一个实施方式中，软件程序144可以通过产生合成图像比如伪CT图像将一种格式(例如，MRI)的医用图像转换成另一种格式(例如，CT)的医用图像。例如，软件程序144可以包括图像处理程序以训练预测模型，该预测模型用于将一种形式(例如，MRI图像)的医用图像146转换成不同形式(例如，伪CT图像)的合成图像；替代性地，训练的预测模型可以将CT图像转换成MRI图像。在另一实施方式中，软件程序144可以通过患者的剂量分布(也表示为图像)来记录该患者图像(例如，CT图像或MR图像)使得对应的图像体素与剂量体素通过网络适当地关联。在再一实施方式中，软件程序144可以替换患者图像的函数比如带符号的距离函数或强调图像信息的某个方面的图像的经处理的版本。这些函数可能强调在体素纹理或对神经网络学习有用的任何其他结构方面的边缘或差异。在另一实施方式中，软件程序144可以替换强调剂量信息的某个方面的剂量分布函数。这些函数可能强调靶周围的陡坡梯度或对神经网络学习有用的任何其他结构方面。存储装置116可以储存数据，该数据包括医用图像146、患者数据145、以及建立并实施放射疗法治疗计划142所需要的其他数据。

除了储存软件程序144的存储器116之外，可以预想到的是，软件程序144可以储存在可移动计算机介质上，可移动计算机介质比如是硬盘驱动器、计算机磁盘、CD-ROM(光盘只读存储器)、DVD(数字多功能光盘)、HD(硬盘)、蓝光DVD、USB快闪驱动器、SD卡、记忆棒、或任何其他合适的介质；并且软件程序144当其被下载至图像处理装置112时可以由图像处理器114执行。

处理器114可以以通信的方式耦接至存储装置116，并且处理器114可以配置成执行储存在存储装置116上的计算机可执行指令。处理器114可以将医用图像146发送或接收至存储器116。例如，处理器114可以从图像获取装置132经由通信接口118和网络120接收医用图像146以储存在存储器116中。处理器114还可以将储存在存储器116中的医用图像146经由通信接口118发送至网络120以储存在数据库124或医院数据库126中。

此外，处理器114可以利用软件程序144(例如，治疗计划软件)以及医用图像146和患者数据145以产生放射疗法治疗计划142。医用图像146可以包括诸如与患者解剖区域、器官、或感兴趣体积分割数据相关联的成像数据之类的信息。患者数据145可以包括比如以下信息：(1)功能器官建模数据(例如，串行器官与并行器官，适当的剂量响应模型等)；(2)辐射剂量数据(例如，剂量体积直方图(DVH)信息)；或(3)关于患者和治疗过程的其他临床信息(例如，其他外科手术、化学治疗、先前的放射治疗等)。

此外，处理器114可以利用软件程序来产生中间数据，或产生可以随后接下来储存在存储器116中的中间2D或3D图像，其中，该中间数据比如是例如由神经网络模型使用的经更新的参数。然后，处理器114接着将可执行的放射疗法治疗计划142经由通信接口118传输至网络120进而传输至放射治疗装置130，其中，放射疗法治疗计划将用于通过辐射对患者进行治疗。此外，处理器114可以执行软件程序144以实施诸如图像转换、图像分割、深度学习、神经网络、以及人工智能之类的功能。例如，处理器114可以执行训练医用图像或勾画医用图像轮廓的软件程序；这种软件144当其被执行时可以训练边界检测器或利用形状字典。

处理器114可以是处理装置，处理器114可以包括一个或更多个通用处理装置，比如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、加速处理单元(APU)等。更具体地，处理器114可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、加长指令字(VLIW)微处理器、实施其他指令集的处理器、或实施指令集的组合的处理器。处理器114还可以通过一个或更多个专用处理装置实施，所述专用处理装置比如是专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、单片系统(SoC)等。如将被本领域技术人员理解的，在一些实施方式中，处理器114可以是专用处理器而不是通用处理器。处理器114可以包括一个或更多个已知的处理装置，比如来自由Intel^TM制造的Pentium^TM、Core^TM、Xeon^TM或系列的微处理器，来自由AMD^TM制造的Turion^TM、Athlon^TM、Sempron^TM、Opteron^TM、FX^TM、Phenom^TM系列的微处理器，或来自由太阳微系统公司(SunMicrosystems)制造的各种处理器中的任何一种处理器。处理器114还可以包括图形处理单元，比如来自由Nvidia^TM制造的 系列的GPU，由Intel^TM制造的GMA、Iris^TM系列的GPU，或由AMD^TM制造的Radeon^TM系列的GPU。处理器114还可以包括加速处理单元比如由Intel^TM制造的Xeon Phi^TM系列。公开的实施方式不限于以其他方式构造成满足识别、分析、维护、产生和/或提供大量数据或操纵这些数据以执行本文中公开的方法的计算需求的任何类型的处理器。此外，术语“处理器”可以包括多于一个的处理器，例如多核设计或各自具有多核设计的多个处理器。处理器114可以执行储存在存储器116中的计算机程序指令序列，以执行将在下面更详细地解释的各种操作、过程、方法。

存储装置116可以储存医用图像146。在一些实施方式中，医用图像146可以包括一个或更多个MRI图像(例如，2D MRI、3D MRI、2D流式MRI、4D MRI、4D体积MRI、4D电影MRI等)、功能MRI图像(例如，fMRI、DCE-MRI、扩散MRI)、计算机断层摄影(CT)图像(例如，2D CT、锥形束CT、3D CT、4D CT)、超声波图像(例如，2D超声波、3D超声波、4D超声波)、正电子发射断层摄影(PET)图像、X射线图像、荧光图像、放射治疗射野图像、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)图像、计算机生成的合成图像(例如伪CT图像)等。此外，医用图像146还可以包括医用图像数据，例如，训练图像、地面实况图像、轮廓图像、以及剂量图像。在实施方式中，可以从图像获取装置132接收医用图像146。因此，图像获取装置132可以包括MRI成像装置、CT成像装置、PET成像装置、超声波成像装置、荧光装置、SPECT成像装置、集成的直线加速器和MRI成像装置、或用于获取患者的医用图像的其他医用成像装置。医用图像146可以以任何类型的数据或任何类型的格式被接收或储存，图像处理装置112可以使用该医用图像146以执行与所公开的实施方式一致的操作。存储装置116可以是非暂时性计算机可读介质，比如只读存储器(ROM)、相变随机存取存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存存储器、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)比如同步DRAM(SDRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、静态存储器(例如，闪存存储器、闪存盘、静态随机存取存储器)以及其他类型的随机存取存储器、高速缓存、寄存器、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带、其他磁性存储装置、或用于储存包括图像、数据、或能够由处理器114或任何其他类型的计算机装置存取的(例如，以任何格式储存的)计算机可执行指令的信息的非暂时性介质。计算机程序指令可以由处理器114访问，从ROM或任何其他合适的存储位置读取，并且被加载到RAM中以用于由处理器114执行。例如，存储器116可以储存一个或更多个软件应用。储存在存储器116中的软件应用可以包括例如用于共同的计算机系统以及用于软件控制装置的操作系统143。此外，存储器116可以储存能够由处理器114执行的整个软件应用或软件应用的仅仅一部分。例如，存储装置116可以储存一个或更多个放射疗法治疗计划142。

图像处理装置112可以经由通信接口118与网络120通信，该通信接口118可以以通信的方式联接至处理器114和存储器116。通信接口118可以提供图像处理装置112与放射治疗系统100部件之间的通信连接(例如，允许与外部装置交换数据)。例如，在一些实施方式中，通信接口118可以具有适当的接口电路以连接至用户接口136，该用户接口136可以是硬件键盘、键区、或触摸屏，用户可以通过该用户接口136将信息输入到放射治疗系统100中。

通信接口118可以包括：例如，网络适配器、电缆连接器、串行连接器、USB连接器、并行连接器、高速数据传输适配器(例如，比如光纤、USB3.0、雷电接口等)、无线网络适配器(例如，比如WiFi适配器)、电信适配器(例如，3G、4G/LTE等)等。通信接口118可以包括一个或更多个数字和/或模拟通信装置，所述一个或更多个数字和/或模拟通信装置允许图像处理装置112经由网络120与其他机器和装置比如远程定位部件进行通信。

网络120可以提供局域网(LAN)、无线网络、云计算环境(例如，作为服务的软件、作为服务的平台、作为服务的基础设施等)、客户端-服务器、广域网(WAN)等的功能。例如，网络120可以是可以包括其他系统S1(138)、S2(140)、以及S3(141)的LAN或WAN。系统S1、S2、以及S3可以与图像处理装置112相同，或可以是不同的系统。在一些实施方式中，网络120中的系统中的一个或更多个系统可以形成协作地执行本文中描述的实施方式的分布式计算/仿真环境。在一些实施方式中，一个或更多个系统S1、S2、以及S3可以包括获取CT图像(例如，医用图像146)的CT扫描仪。此外，网络120可以连接至因特网122以与远程存在于因特网上的服务器和客户端进行通信。

因此，网络120可以允许图像处理装置112与多个不同的其他系统和装置之间的数据传输，多个不同的其他系统和装置比如是OIS 128、放射治疗装置130、以及图像获取装置132。此外，由OIS 128和/或图像获取装置132产生的数据可以储存在存储器116、数据库124和/或医院数据库126中。根据需要，数据可以经由网络120、通过通信接口118被传输/接收以便由处理器114访问。

图像处理装置112可以通过网络120与数据库124进行通信以对储存在数据库124中的多个不同类型的数据进行发送/接收。例如，数据库124可以包括机器数据，该机器数据是与放射治疗装置130、图像获取装置132、或有关放射治疗的其他机器相关联的信息。机器数据信息可以包括放射束尺寸、弧放置(arc placement)、射束打开和关闭持续时间、机器参数、分段、多叶准直器(MLC)构型、机架速度、MRI脉冲序列等。数据库124可以是存储装置并且可以配备有适当的数据库管理软件程序。本领域技术人员将会理解的是，数据库124可以包括以集中或分布式的方式定位的多个装置。

在一些实施方式中，数据库124可以包括处理器可读存储介质(未示出)。虽然实施方式中的处理器可读存储介质可以是单个介质，但是术语“处理器可读存储介质”应当理解成包括储存一组或更多组计算机可执行指令或数据的单个介质或多个介质(例如，集中的或分布式的数据库、和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“处理器可读存储介质”还应当理解成包括能够对用于由处理器执行的一组指令进行储存或编码的任何介质，并且该组指令致使处理器执行本公开的任何一种或更多种方法。因此，术语“处理器可读存储介质”应当理解成包括但不限于固态存储器、光学介质和磁性介质。例如，处理器可读存储介质可以是一个或更多个易失性介质、非暂时性介质、或非易失性有形计算机可读介质。

图像处理器114可以与数据库124通信以将图像读取到存储器116中或将来自存储器116的图像储存至数据库124。例如，数据库124可以配置成对数据库124从图像获取装置132接收到的多个图像(例如，3D MRI、4D MRI、2D MRI切片图像、CT图像、2D荧光图像、X射线图像、来自MR扫描或CT扫描的原始数据、医学数字成像和通信(DIMCOM)数据等)进行储存。数据库124可以储存将由图像处理器114在执行软件程序144时或在产生放射疗法治疗计划142时使用的数据。数据库124可以储存由训练的神经网络产生的数据，该数据包括构成由网络学习的模型的网络参数和得到的预测数据。图像处理装置112可以从数据库124、放射治疗装置130(例如，MRI-直线加速器)和或图像获取装置132中任何一者接收成像数据146(例如，2D MRI切片图像、CT图像、2D荧光图像、X射线图像、3D MRI图像、4D MRI图像等)以生成治疗计划142。

在实施方式中，放射治疗系统100可以包括图像获取装置132，该图像获取装置132可以获取患者的医用图像(例如，磁共振成像(MRI)图像、3D MRI、2D流式MRI、4D体积MRI、计算机断层摄影(CT)图像、锥形束CT、正电子发射断层摄影(PET)图像、功能MRI图像(例如，fMRI、DCE-MRI和扩散MRI)、X射线图像、荧光图像、超声波图像、放射治疗射野图像、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)图像等)。图像获取装置132可以例如是MRI成像装置、CT成像装置、PET成像装置、超声波装置、荧光装置、SPECT成像装置、或用于获得患者的一个或更多个医用图像的任何其他合适的医用成像装置。由成像获取装置132获得的图像可以储存在数据库124内作为图像数据和/或测试数据。通过示例的方式，由成像获取装置132获取的图像也可以由图像处理装置112储存作为存储器116中的医用图像数据146。

在实施方式中，例如，图像获取装置132可以与放射治疗装置130组合为单个设备(例如，与直线加速器组合的MRI装置，也称为“MRI-直线加速器”)。这种MRI-直线加速器可以例如用于确定患者中的靶器官或靶肿瘤的位置，由此将根据放射疗法治疗计划142的放射治疗准确地引导至预定靶。

图像获取装置132可以配置成获取患者解剖体的针对感兴趣区域(例如，靶器官、靶肿瘤或两者)的一个或更多个图像。每个图像、典型地是2D图像或切片可以包括一个或更多个参数(例如，2D切片厚度、取向、以及位置等)。在实施方式中，图像获取装置132可以沿任何取向获得2D切片。例如，2D切片的取向可以包括矢状取向、冠状取向、或轴向取向。处理器114可以调节一个或更多个参数比如2D切片的厚度和/或取向以包括靶器官和/或靶肿瘤。在实施方式中，2D切片可以根据诸如3D MRI体积之类的信息被确定。当患者正在接受放射治疗时，例如，当使用放射治疗装置130时，这种2D切片可以由图像获取装置132“近乎实时”地获取。“近乎实时”意思是在至少数毫秒或更短的时间内获取数据。

图像处理装置112可以生成并储存用于一个或更多个患者的放射疗法治疗计划142。放射疗法治疗计划142可以提供关于待被施加至每个患者的特定的辐射剂量的信息。放射疗法治疗计划142还可以包括其他放射治疗信息，比如射束角度、剂量-直方图-体积信息、治疗期间将使用的放射束的数量、每束的剂量等。

图像处理器114可以通过使用软件程序144比如治疗计划软件来产生放射疗法治疗计划142，治疗计划软件比如是由瑞典斯德哥尔摩的医科达公司(Elekta AB ofStockholm,Sweden)制造的为了产生放射疗法治疗计划142，图像处理器114可以与图像获取装置132(例如，CT装置、MRI装置、PET装置、X射线装置、超声波装置等)通信以访问患者的图像并勾画靶，靶比如是肿瘤。在一些实施方式中，可能需要勾画一个或更多个处于危险的器官(OAR)的轮廓，所述处于危险的器官(OAR)比如是肿瘤周围的健康组织或紧密地邻近于肿瘤的健康组织。因此，当OAR接近靶肿瘤时，可以执行OAR的分割。此外，如果靶肿瘤接近OAR(例如，靠近地邻近于膀胱和直肠的前列腺)，那么通过将OAR与肿瘤分割，放射治疗系统100不仅可以研究靶中的剂量分布，而且可以研究OAR中的剂量分布。

为了根据OAR勾画靶器官或靶肿瘤的轮廓，接受放射治疗的患者的医用图像可以由图像获取装置132无创地获取以显示身体部分的内部结构，医用图像比如是MRI图像、CT图像、PET图像、fMRI图像、X射线图像、超声波图像、放射治疗射野图像、SPECT图像等。基于来自医用图像的信息，可以获得相关解剖部分的3D结构。此外，在治疗计划过程期间，可以考虑许多参数以实现靶肿瘤的有效治疗(例如，使得靶肿瘤接收足够的辐射剂量以用于有效治疗)与OAR的低辐射(例如，OAR接受尽可能低的辐射剂量)之间的平衡。可以考虑的其他参数包括靶器官和靶肿瘤的位置、OAR的位置、以及靶相对于OAR的运动。例如，3D结构可以通过在MRI图像或CT图像的每个2D层或切片内勾画靶轮廓或勾画OAR轮廓并且将每个2D层或切片的轮廓进行组合来获得。轮廓可以手动地(例如，通过医生、剂量测定员、或使用诸如由瑞典斯德哥尔摩的医科达公司(Elekta AB of Stockholm,Sweden)制造的MONACO^TM之类的程序的健康护理工作者或自动地(例如，使用诸如由瑞典斯德哥尔摩的医科达公司(Elekta AB of Stockholm,Sweden)制造的基于图谱的自动分割软件，ABAS^TM)产生。在某些实施方式中，靶肿瘤或OAR的3D结构可以由治疗计划软件自动地产生。

在靶肿瘤和OAR已经被定位并勾画之后，剂量测定员、医生、或健康护理工作者可以确定待施加至靶肿瘤的辐射剂量以及可以由邻近肿瘤的OAR(例如，左右腮腺、视神经、眼睛、晶状体、内耳、脊髓、脑干等)接收到的任何最大量剂量。在用于每个解剖结构(例如，靶肿瘤、OAR)的辐射剂量被确定之后，可以执行称为逆向计划的过程以确定将实现期望的辐射剂量分布的一个或更多个治疗计划参数。治疗计划参数的示例包括体积勾画参数(例如，体积勾画参数限定靶体积、轮廓敏感结构等)、靶肿瘤和OAR周围的边缘、射束角度选择、准直器设定、以及射束打开时间。在逆向计划过程期间，医生可以限定剂量约束参数，该剂量约束参数设定关于OAR可以接收多少辐射的界限(例如，限定全剂量至肿瘤靶且限定零剂量至任何OAR；限定95％剂量至靶肿瘤；限定脊髓、脑干、以及视觉结构分别接收≤45Gy、≤55Gy、以及＜54Gy)。逆向计划的结果可以构成放射疗法治疗计划142，该放射疗法治疗计划142可以储存在存储器116或数据库124中。这些治疗参数中的一些治疗参数可以是相互关联的。例如，调节一个参数(例如，用于不同目的的分量，比如增加对靶肿瘤的剂量)试图改变治疗计划可能影响至少一个其他参数，这进而可能引起开发不同的治疗计划。因此，图像处理装置112可以产生具有这些参数的定制的放射疗法治疗计划142以便用于放射治疗装置130从而向患者提供放射治疗。

此外，放射治疗系统100可以包括显示装置134和用户接口136。显示装置134可以包括一个或更多个显示屏幕，所述显示屏幕显示医用图像、接口信息、治疗计划参数(例如，轮廓、剂量、射束角度等)、治疗计划、靶、定位靶和/或追踪靶、或与用户有关的任何信息。用户接口136可以是键盘、键区、触摸屏、或用户可以向放射治疗系统100输入信息的任何类型的装置。替代性地，显示装置134和用户接口136可以集成到诸如平板计算机之类的装置中，该平板计算机例如是AppleLenovoSumsung等。

此外，放射治疗系统100的任何部件和所有部件可以实施为虚拟机器(例如，虚拟机(VMWare)、虚拟化技术(Hyper-V)等)。例如，虚拟机器可以是用作硬件的软件。因此，虚拟机器可以包括至少一个或更多个虚拟处理器、一个或更多个虚拟存储器、以及一起用作硬件的一个或更多个虚拟通信接口。例如，图像处理装置112、OIS 128、图像获取装置132可以被实施为虚拟机器。考虑到能够获得处理功率、存储器、以及计算能力，则整个放射治疗系统100可以实施为虚拟机器。

图2示出了示例性的放射治疗装置202，该示例性的放射治疗装置202可以包括辐射源、治疗床216、成像检测器214、以及放射治疗输出件204，放射源比如是X射线源或直线加速器。放射治疗装置202可以配置成发射放射束208以向患者提供治疗。放射治疗输出件204可以包括一个或更多个衰减器或准直器，比如多叶准直器(MLC)。

在图2中，患者可以定位在区域212中、由治疗床216支承以根据放射疗法治疗计划接收放射治疗剂量。放射治疗输出件204可以安装或附接至机架206或其他机械支承件。当治疗床216被插入到治疗区域中时，一个或更多个底盘马达(未示出)可以使机架206和放射治疗输出件204绕治疗床216旋转。在实施方式中，当治疗床216被插入到治疗区域中时，机架206可以绕治疗床216可连续旋转。在另一实施方式中，当治疗床216被插入到治疗区域中时，机架206可以旋转至预定位置。例如，机架206可以构造成使治疗输出件204绕轴线(“A”)旋转。治疗床216和放射治疗输出件204两者都可以是可独立运动至患者周围的其他位置，比如可沿横向方向(“T”)移动、可沿侧向方向(“L”)移动，或比如绕一个或更多个其他轴线旋转，比如绕横向轴线(指示为“R”)旋转。以通信的方式连接至一个或更多个致动器(未示出)的控制器可以控制治疗床216的移动或旋转以便根据放射疗法治疗计划将患者恰当地定位在放射束208中或放射束208之外。由于治疗床216和机架206是在多个自由度上可彼此独立移动的，这允许患者被定位成使得放射束208可以精确地瞄准肿瘤。

图2中示出的坐标系(包括轴线A、轴线T和轴线L)可以具有位于等中心点210处的原点。等中心点可以限定为放射治疗射束208的中心轴线与坐标轴线的原点相交的位置，由此将规定的辐射剂量传送至患者上的或患者内的位置。替代性地，等中心点210可以限定为对于如由机架206定位的放射治疗输出件204绕轴线A的不同的旋转位置而言放射治疗射束208的中心轴线与患者相交的位置。

机架206还可以具有附接的成像检测器214。成像检测器214优选地定位成与放射源204相对，并且在实施方式中，成像检测器214可以被定位在治疗射束208的场内。

成像检测器214可以安装在机架206上，优选地安装成与放射治疗输出件204对置，以保持与治疗射束208对准。在机架206旋转时，成像检测器214绕旋转轴线旋转。在实施方式中，成像检测器214可以是平板检测器(例如，直接检测器或闪烁体检测器)。以这种方式，成像检测器214可以用于监测治疗射束208或成像检测器214可以用于对患者的解剖结构进行成像，比如射野成像。放射治疗装置202的控制电路可以被集成在系统100内或者远离系统100。

在说明性的实施方式中，治疗床216、治疗输出件204、或机架206中的一者或更多者可以被自动地定位，并且治疗输出件204可以根据用于特定的治疗传送实例的指定剂量来建立治疗射束208。可以根据放射疗法治疗计划来指定一系列治疗传送、比如使用机架206、治疗床216、或治疗输出件204的一个或更多个不同的取向或位置对一系列治疗传送进行指定。治疗传送可以按次序出现，但是可以在患者上或患者内的期望的治疗部位相交，期望的治疗部位比如是在等中心点210处。由此，规定的累积剂量的放射治疗可以被传送至治疗部位，同时可以减少或避免对治疗部位附近的组织的损害。

因此，图2具体示出了能够操作成向患者提供放射治疗的放射治疗装置202的示例，该放射治疗装置202具有其中放射治疗输出件可以绕中心轴线(例如，轴线“A”)旋转的构型。可以使用其他放射治疗输出件构型。例如，放射治疗输出件可以安装至具有多个自由度的机器臂或操纵器。在再一实施方式中，治疗输出件可以是固定的，比如位于与患者侧向分开的区域中，并且对患者进行支承的平台可以用于将放射治疗等中心点与患者内的指定的靶部位对准。在另一实施方式中，放射治疗装置可以是直线加速器与图像获取装置的组合。在一些实施方式中，如本领域普通技术人员认识到的，图像获取装置可以是MRI装置、X射线装置、CT装置、CBCT装置、螺旋CT装置、PET装置、SPECT装置、光学断层摄影装置、荧光成像装置、超声波成像装置或放射治疗射野成像装置等。

图3示出了配置成产生电子束的热离子电子枪300的示例的示意图。电子枪300可以是医用加速器、比如MR-直线加速器系统的一部分，该医用加速器对电子束进行加速以用于成像、放射诊断、或放射治疗、其他应用中。电子枪300可以包括用于产生电子的阴极310、阳极320、以及灯丝加热器320，该灯丝加热器320对阴极310进行加热从而以热离子的方式产生电子。在如图3中示出的示例中，阳极320可以具有窄槽以允许发射出的电子穿过阳极320并且然后如参照图4中讨论的发射出的电子由加速器在一系列加速腔中加速。

热离子发射通常需要施加至阴极310的高的固定温度(例如，1000℃)。电子的热离子发射和所产生的发射电流是由加热器320施加的温度的函数。钨可以在较高的温度下操作。当钨用作热离子阴极时，钨可以在阴极破裂(例如，由于高温)之前在每质量蒸发阴极表面产生大量电子。为改进阴极的功函数和耐久性，可以使用由浸渍有氧化钡或氧化钙的多孔钨制成的储备式阴极。储备式阴极可以附加地涂覆有铂系金属，比如铱、锇、铑等。

阴极310上的温度需要被很好地控制以便具有期望的电子发射。电子发射受到由电子集束自身产生的自场的强烈影响。紧接着在阴极表面，电子经受其自身图像电荷，这对于金属阴极而言产生与所施加的电场相反的场。该场的强度可以通过将电子集束考虑为非常接近于阴极表面的非常薄的电荷薄层来评估。对应于该自场的阴极温度被称为温度限制区域。当阴极加热不足时，电子枪将在温度限制区域中工作。初始阴极加热功率P_I是在没有RF放入加速管中的情况下使阴极在空间电荷限制区域中工作所需要的加热功率。另一方面，应当避免阴极过热，因为这可能对阴极310造成损坏并且缩短电子枪的寿命。

为了控制阴极310上的温度，控制电路350可以配置成对施加至加热器320的灯丝功率(P_F)进行调节。灯丝功率P_F可以不高于与空间电荷限制发射对应的初始阴极功率(P_I)。

电压源330可以在阴极310与阳极320之间施加加速电压。在示例中，加速电压是大约8000伏特。阴极310与阳极320之间的合成电场可以使电子束(比如在维纳尔圆柱电极(Wehnelt cylinder)中)聚焦并加速。然后加速的电子被注入到加速管(即波导管)中。

图4示出了用于对从电子枪发射出的电子束进行加速的加速管的示例。加速管包括一系列共振射频(RF)腔，所述一系列共振射频腔可以在管中建立电场以将电子束加速至兆电子伏(MeV)能量。RF腔的共振频率由共振器的物理尺寸确定。加速的电子束然后与离子室上的靶材(例如，钨)碰撞以产生韧致辐射光子束。

关于热离子阴极的一个问题是反轰击。当非门控热离子阴极在射频(RF)枪中操作时，运动的电子可以建立减速场(与加速场相反)。在减速场下，发射出的电子的一小部分可以被减速并返回至阴极，并且撞击阴极，这种现象称为反轰击效应。反轰击电流可以对阴极产生两种作用。第一，反轰击电流可以损坏阴极并缩短阴极寿命。第二，当RF打开时(在医学系统中约5微秒)，阴极温度可以预期成以取决于由反向加速电子传递的功率的速率稳定上升。阴极的过热可以降低阴极加热器的用以控制集束电荷的能力。同样地，反轰击是限制用于加速器物理系统和治疗系统中的热离子枪中的可获得的脉冲长度的主要影响之一。

控制电路350可以对施加至加热器320的灯丝功率(P_F)的输出进行控制以降低反轰击效应。加热器320可以由直流电源操作。在示例中，电源提供5V直流电。在另一示例中，电源是8V至10V直流电源。功率调节可以通过改变供给至加热器320的电流来实现。例如，灯丝功率P_F可以减小至较低水平使得阴极温度可以保持在1000℃左右。驻波导管具有与加速管的固有频率相等的共振频率F₀。在示例中，加速管具有3GHz左右的S波段固有频率。当输入微波功率频率与F₀(即共振频率)相同或为大约F₀时，加速场可以最大化，减速场被最大化。反轰击效应在F₀处达到其最大水平。这种情况在灯丝功率P_F达到等于P_I的水平时发生。然而，如果没有RF施加至加速管，则将不会建立加速场也不会建立减速场，并且反轰击将会发生。在这种情况下，枪灯丝的加热功率应当返回至P_I。否则，阴极将在温度限制区域中工作。

当RF频率高于F₀或低于F₀时，管中的加速场和减速场低于它们在共振频率F₀处的相应的对应场。反轰击效应低于在共振频率F₀处的反轰击效应。这在灯丝功率P_F小于P_I时发生。当RF频率远远超过F₀时，没有反轰击发生，但是同时加速场也很弱。在这种情况下，控制电路350可以使枪灯丝功率P_F增加至接近P_I的水平。

控制电路350可以基于发射至靶材的剂量率(DR)对灯丝功率(P_F)的输出进行控制。在示例中，DR可以由辐射剂量计来测量。辐射剂量计是测量暴露于电离辐射的装置。辐射剂量剂的一个示例包括离子室和剂量板硬件。离子室是气体填充腔。辐射引起气体内的直接电离。通过(比如，通过离子室上的电极)施加电场，经电离的电荷运动并产生电离电流，该电离电流可以由静电计电路检测到。电离电流是辐射剂量和剂量率的指示。较高的DR可以指示更强的加速场以及更强的减速场和更显著的反轰击。相反地，较低的DR可以指示更弱的加速场和更不显著的反轰击。在示例中，控制电路350可以响应于DR的增加使灯丝功率(P_F)减小。在示例中，P_F可以确定为DR的线性函数，比如根据下面的等式(1)：

P_F＝P_I﹣k·DR (1)

其中，k是比例系数。系数k是设计确定值，并且受包括例如枪灯丝PSU控制设计、反轰击水平、或剂量测定信号电平、以及其他项的因素的影响。在示例中，k取1与2之间的值。在示例中，k是大约1.2。

根据等式(1)，在指示反轰击的可能性的高DR处，较低的灯丝功率被施加至阴极以降低反轰击。当DR为0、即这可以对应于RF加速场关闭时，或当RF频率远远超过共振频率F₀时，将没有反轰击发生。灯丝功率P_F可以增加至P_I以建立加速场从而使电子沿着管加速至离子室上的靶材。

图5示出了装置或机器500的实施方式的框图，在该装置或机器500上可以实施本文中所讨论的方法中的一种或更多种方法。图像处理装置112的一个或更多个项目可以由机器500实施。附加地或替代性地，基于发射至靶材的剂量率(DR)的对如由以上等式(1)确定的灯丝功率(P_F)的输出的控制可以由机器500实施。机器500可以作为独立装置操作或可以连接(例如，网络连接)至其他机器。图像处理装置112可以包括机器500的项目中的一个或更多个项目。在网络部署中，机器500可以作为服务器或客户端机器在服务器-客户端网络环境中操作，或作为对等机器在点对点(或分散的)网络环境中操作。机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络设备、网络路由器、交换机或桥接器、或能够执行由该机器将采取的指定动作的(连续的或其他方式的)指令的任何其他机器。此外，虽然仅示出了单个机器，但是术语“机器”也应当理解成包括单独地或共同地执行一组(或多组)指令以执行本文中所讨论的方法中的任何一种或更多种方法的机器的任何组合。

示例机器500可以包括处理电路502(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路、电路系统、比如一个或更多个晶体管、电阻器、电容器、电感器、二极管、逻辑门、多路复用器、缓冲器、调制器、解调器、无线电装置(例如，发射或接收无线电或收发器)、传感器521(例如，将一种形式的能量(例如，光能、热能、电能、机械能、或其他能量)转换成另一种形式的能量的换能器)、或类似物、或其组合)、主存储器504、以及静态存储器506，以上设备通过总线508彼此通信。与描述的方法相关联的资料或数据可以储存在这些存储器中或从这些存储器中读取，并且根据需要初始化或更新以执行本文中描述的方法。机器500(例如，计算机系统)还可以包括视频显示单元510(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))。机器500还可以包括字母数字输入装置512(例如，键盘)、用户接口(UI)导航装置514(例如，鼠标)、磁盘驱动或大容量存储单元516、信号发生装置518(例如，扬声器)、以及网络接口装置520。

磁盘驱动单元516可以包括机器可读介质522，该机器可读介质522上储存有一组或更多组指令和数据结构(例如，软件)524，所述一组或更多组指令和数据结构(例如，软件)524体现本文中描述的任何一个或更多个方法或功能或由本文中描述的任何一个或更多个方法或功能使用。指令524还可以在由机器500执行期间全部或至少部分地驻留在主存储器504内和/或处理器502内，主存储器504和处理器502也构成机器可读介质。

如示出的机器500可以包括输出控制器528。输出控制器528对通向机器500/来自机器500的数据流进行管理。输出控制器528有时可以称为装置控制器，其中与输出控制器528直接相互作用的软件称为装置驱动器。

虽然机器可读介质522在实施方式中示出为单个介质，但是术语“机器可读介质”可以包括单个介质或多个介质(例如，集中的或分布式的数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)，所述单个介质或多个介质对一个或更多个指令或数据结构进行储存。术语“机器可读介质”还应当理解成包括任何有形介质，所述任何有形介质能够储存、编码或携带用于由机器执行的指令，并且所述指令引起机器执行本实用新型的方法中的任何一种或更多种方法，或者所述任何有形介质能够储存、编码或携带由这些指令使用的或与这些指令相关联的数据结构。因此，术语“机器可读介质”应当理解成包括但不限于固态存储器、以及光学介质与磁性介质。机器可读介质的具体示例包括非易失性存储器，该非易失性存储器通过示例的方式包括半导体存储器装置，例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、以及闪存装置；磁盘，比如内部硬盘和可移动磁盘；磁-光盘；以及CD-ROM盘和DVD-ROM盘。

指令524还可以使用传输介质通过通信网络526被传输或接收。指令524可以使用网络接口装置520和多种已知的传输协议中的任何一种传输协议(例如，HTTP)被传输。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、因特网、移动电话网络、普通老式电话(POTS)网络、以及无线数据网络(例如，WiFi和WiMax网络)。术语“传输介质”应当理解成包括能够储存、编码或携带用于由机器执行的指令的任何无形介质，并且该任何无形介质包括数字通信信号或模拟通信信号或有助于这些软件通信的其他无形介质。

如本文中使用的，“以通信的方式在……之间联接”意思是任意一个连接上的实体必须通过其间的项目进行通信，并且那些实体在不通过该项目进行通信的情况下不能彼此通信。

以上描述包括对附图的参考，所述附图形成详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本实用新型的具体的实施方式。这些实施方式在本文中也称为“示例”。这些示例可以包括除那些示出的或描述的元件之外的元件。然而，本申请发明人还预期了其中仅提供本文示出的或描述的那些元件的示例。此外，本申请发明人预期了相对于本文中所示出或所描述的特定示例(或其一个或更多个方面)或相对于其他示例(或其一个或更多个方面)而使用所示出或所描述的那些元件(或其一个或更多个方面)的任何组合或排列的示例。

在本文与通过参引并入本文的任何文献之间存在不一致用法的情况下，以本文中的用法为准。

在本文中，如在专利文件中常见的，使用了术语“一”或“一个”，其包括一个或多于一个、独立于“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法。在本文中，除非以其他方式指示，否则术语“或”用于提及非排他性的，或者使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”、以及“A和B”。在本文中，术语“包括”和“在……中”用作相应的术语“包括”和“其中”的普通语言等同物。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，权利要求中的包括除在这些术语之后列举的那些元素之外的元素的系统、装置、条款、组合物、配方、或过程仍然被认为是落在权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”、以及“第三”等仅用作标记，而非旨在对其对象规定数量要求。

除非上下文以其他方式指出，否则几何术语比如“平行”、“垂直”、“圆形”、或“方形”不旨在要求绝对的数学精度。相反，这些几何术语允许由于制造或等效功能而引起的变型。例如，如果元件描述为“圆形”或“大致圆形”，则不是精确圆形的部件(例如，一个呈略微椭圆形或多边形的部件)仍然包含在该描述内。

本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实施的。一些示例可以包括通过指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令能够操作成配置电子装置以执行如以上示例中描述的方法。这些方法的实施方案包括代码，比如是微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这些代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的部分。此外，在示例中，比如在执行期间或在其他时间，代码可以被有形地储存在一个或更多个易失性介质、非暂时性介质、或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、盒式磁带、存储卡或记忆棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，以上描述的示例(或其一个或更多个方面)可以以彼此组合的方式使用。比如，本领域普通技术人员在阅读以上描述之后可以使用其他实施方式。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)从而允许读者快速确定本技术公开的本质。应当理解为摘要将不用于解释或限制权力要求的范围或意义。此外，在以上详细描述中，各种特征可以被组合在一起以精简本公开。这不应被解释为希望未要求保护的公开特征对任何权力要求都是必须的。相反地，实用新型主题可能在于比特定的公开实施方式的所有特征少。因此，以下权利要求作为示例或实施方式于此并入详细描述中，其中每个权利要求单独作为独立的实施方式，并且可以预期的是，这些实施方式可以以各种组合或排列彼此组合。本实用新型的范围应当参照所附权利要求以及这些权利要求授权的等同物的全部范围来确定。

Claims (9)

1.一种用于放射治疗系统的医用加速器，所述放射治疗系统提供MRI导引的放射治疗，其特征在于，所述医用加速器包括：

热离子电子枪，所述热离子电子枪配置成对阴极施加特定的灯丝功率以产生电子束；

加速管，所述加速管包括多个共振射频腔，所述多个共振射频腔配置成将所述电子束加速和导引至与离子室上的靶材碰撞以产生光子束；以及

控制电路，所述控制电路配置成根据所述光子束的剂量率对所述灯丝功率进行调节。

2.根据权利要求1所述的医用加速器，其中，所述阴极由浸渍有钡的钨制成。

3.根据权利要求1或2所述的医用加速器，其中，所述控制电路配置成对所述灯丝功率进行实时调节。

4.根据权利要求1或2所述的医用加速器，其中，所述控制电路还配置成确定与空间电荷限制发射对应的初始阴极功率，并且将所述灯丝功率调节成不高于所述初始阴极功率。

5.根据权利要求1或2所述的医用加速器，其中，所述控制电路配置成响应于所述剂量率的增加使所述灯丝功率减小。

6.根据权利要求4所述的医用加速器，其中，所述控制电路配置成当从所述靶材未收集到辐射时将所述灯丝功率设定成基本上等于所述初始阴极功率。

7.根据权利要求6所述的医用加速器，其中，所述控制电路配置成根据所述初始阴极功率减去用加权因子按比例增减的所述剂量率来确定所述灯丝功率。

8.根据权利要求7所述的医用加速器，其中，所述加权因子在1与2之间。

9.根据权利要求1或2所述的医用加速器，其中，所述控制电路耦接至配置成测量所述剂量率的辐射剂量计。