改進的放射治療設備和方法與流程

本發明涉及放射治療設備及用于其的方法。

背景技術：

可以通過例如射頻(RF)波導來提供放射治療輻射源，所述射頻(RF)波導可以將電子加速到期望的能級，用以例如通過布置電子與鎢靶碰撞而隨后產生x-射線或用于電子療法中的直接使用。

我們的WO2007/124760描述了現有的VMAT療法，在所述VMAT療法中將劑量率用作變量以便匹配移動的機器軸的最大速度并且因此產生被表示為mu/mm或mu/°的指定劑量率。

我們的WO2011/050887陳述了先前已知的VMAT療法的缺點是因為僅有限范圍的劑量率可用而要求的較長久的治療。該文檔提出了一種放射治療設備，其包括能夠以基頻發出輻射的脈沖的輻射源和被布置成根據用以實現所選時間平均功率水平而選取的脈沖模式允許或抑制脈沖的控制設備，所選取的脈沖模式是從多個脈沖模式選擇的一個，多個脈沖模式包括由一串脈沖組成的至少一個模式，所述一串脈沖包括相對于基頻的至少每第n個和每第m個脈沖，其中n≠m并且第n個和第m個脈沖是非重合的。

由該放射治療設備生成的脈沖模式能夠比在先前的放射治療設備中精確得多地調制輸出劑量率，并且因此降低治療時間。

然而，由該發明生成的脈沖模式在某些情況下可以包括若干連續被允許脈沖，其后面是若干連續被抑制脈沖。在圖1中示出了由我們的`887的設備產生的示例脈沖串(train)模式，并且下面更詳細地描述該圖。在該圖中，可以看到被允許和被抑制脈沖有時被分組成連續被允許脈沖和被抑制脈沖的塊。

技術實現要素：

若針對所選時間平均功率水平可以在脈沖串內將被允許和被抑制脈沖較均勻地隔開，因此將被供應到波導的電功率的波動減到最小，則可以提高用于放射治療設備的RF波導的效率和壽命。

本發明因此提供了一種放射治療設備，其包括能夠以基頻發出輻射的脈沖的輻射源和被布置成通過若n等于(整數乘1/x)的湊整值則允許第n個脈沖而實現時間平均功率水平x的控制設備，其中x是表示設備的最大功率輸出的比例的在0和1之間的值。

輻射源能夠以基頻發出輻射脈沖，而控制設備被配置成通過若n等于(整數乘1/x)的湊整值則允許第n個脈沖來實現時間平均功率水平x，其中x是在0和1之間的值，表示設備的最大功率輸出的比例。

被應用于1/x的整數倍的湊整操作可以是經典的湊整到最接近整數操作，即在增加二分之一之后只取值的整數部分，或其可以是只僅僅取整數部分的更簡單的操作。事實上，若發出足夠數量的脈沖，則在取整數部分之前增加固定值僅僅將選取的脈沖在序列中向前或向后移位并且沒有顯著地影響總的結果。因此，為了簡單，僅僅取整數部分將通常是最容易的。

序列可以被允許無限期地運行，或其可以在脈沖串模式中被周期性地重復以便防止所涉及的數(number)溢出。一般地，較長的序列允許對功率水平的相應地較精細的水平的控制，因此在10¹和10⁷個脈沖之間(優選地在10²和10³個脈沖之間)的模式可能是足夠的。

在脈沖串模式被周期性地重復的情況下，可以通過定義可用時隙的數量M來導出模式，每個時隙能夠被標記為被允許脈沖或被抑制脈沖，選擇被允許和被抑制脈沖的數量使得模式具有被允許脈沖的所選數量Q，通過如下導出模式：

i)用Q除M來計算因子P；

ii)計算P的一系列遞增倍數，P_N＝NP，直到N＝Q，其中N從一遞增；

iii)對P_N的值湊整(如上)以產生一組值R_N；

iv)標記每個脈沖串模式時隙使得與R_N的值對應的時隙位置被標記為被允許脈沖，并且所有其他時隙位置被標記為被抑制脈沖。

針對具有特定數量的脈沖時隙的脈沖串模式或序列，在每個被允許脈沖導致特定劑量的放射治療能量(例如x-射線或電子)從輻射源的發射并且選擇被允許脈沖的數量使得在脈沖串的過程期間發射輻射劑量的情況下，被允許脈沖在序列或脈沖串內被近似均勻地隔開。該近似地均勻的間隔的優點是將被供應到波導的電功率的波動減到最小。

本發明的進一步優點是，與先前的技術相比，其降低了確定合適的脈沖串所要求的計算的數量和復雜度。這可以使計算加速，或使得較不復雜的計算電路能夠被使用。

控制設備可以將一個或多個脈沖串模式存儲在存儲器的表中。這允許預先而不是實時地計算(一個或多個)脈沖串模式。在存儲之后，可以選擇脈沖串模式而沒有每次計算合適的脈沖串模式的需要。

放射治療設備的通常形式包括RF波導和控制設備。

本發明還涉及一種向用于放射治療設備的控制設備提供脈沖的方法，放射治療設備包括能夠以基頻發出輻射的脈沖的序列的輻射源和被布置成實現時間平均功率水平x的控制設備，其中x是表示放射治療設備的最大功率輸出的比例的在0和1之間的值，方法包括若n等于(整數乘1/x)的湊整值則允許第n個脈沖。

如上，被應用于1/x的整數倍的湊整操作可以是經典的湊整到最接近整數操作，即在增加二分之一之后只取值的整數部分，或其可以是只僅僅取整數部分的更簡單的操作。事實上，若發出足夠數量的脈沖，則在取整數部分之前增加固定值僅僅將選取的脈沖在序列中向前或向后移位并且沒有影響總的結果。因此，為了簡單，僅僅取整數部分將通常是最容易的。

序列可以被允許無限期地運行，或其可以在脈沖串模式中被周期性地重復以便防止所涉及的數溢出。一般地，較長的模式允許對功率水平的相應地較精細的水平的控制，因此在10¹和10⁷個脈沖之間(優選地在10²和10³個脈沖之間)的模式可能是足夠的。

在脈沖串模式被周期性地重復的情況下，可以通過定義可用時隙的數量M來導出模式，每個時隙能夠被標記為被允許脈沖或被抑制脈沖，選擇被允許和被抑制脈沖的數量使得模式具有被允許脈沖的所選數量Q，方法包括如下步驟：

i)用Q除M來計算因子P；

ii)計算P的一系列遞增倍數，P_N＝NP，直到N＝Q，其中N從一遞增；

iii)對P_N的值湊整(如上)以產生一組值R_N；

iv)標記每個脈沖串模式時隙使得與R_N的值對應的時隙位置被標記為被允許脈沖，并且所有其他時隙位置被標記為被抑制脈沖，使得脈沖串模式被生成。

方法可以進一步包括向患者生成一系列放射治療劑量的步驟，每個劑量根據脈沖列模式而被生成。

控制設備可以將一個或多個脈沖串模式存儲在存儲器的表中。這允許預先而不是實時地計算(一個或多個)脈沖串模式。在存儲之后，可以選擇脈沖串模式而沒有每次導出合適的脈沖串模式的需要。

放射治療設備可以在“開環”或“閉環”布置中操作。在開環布置中，在一定程度的精確性上知道通過由輻射源提供的脈沖提供的劑量，并且因此可以計算將被提供以產生期望的劑量率的脈沖的數量或速率(rate)。然而，在所生成的每脈沖的劑量中存在某些可變性。因此，在開環布置中，在被提供給病人的實際劑量率中存在一定程度的不確定性。

在閉環布置中，測量被提供的劑量率，使得來自放射治療設備的輸出可以被校準。校準步驟可能如下：選擇與期望的劑量率對應的劑量率、生成與所選劑量率對應的脈沖速率模式、將脈沖速率模式應用于控制設備并且因此應用于放射治療設備、測量所生成的實際劑量率，以及在必要時改變所選劑量率以增加或降低所生成的實際劑量率。例如，可以通過在x射線目標下使用離子室來測量所生成的實際劑量率。

可以提供反饋機制以將所生成的實際劑量率與所選劑量率進行比較。可以每單位時間在監視器單元方面描述劑量率。

因此，本發明的方法可以進一步包括如下步驟：測量來自輻射源的輸出；將輸出與期望的輸出進行比較；以及使用在測量到的輸出與期望的輸出之間的比較的結果來改變被允許脈沖的所選數量Q。

類似地，本發明的設備可以進一步包括用于將輻射源的輸出與期望的輸出進行比較的裝置。

附圖說明

現在將參考附圖借助于示例來描述本發明的實施例，在所述附圖中：

圖1是一組已知的脈沖串模式的圖形表示；

圖2是體現本發明的一組脈沖串模式的圖形表示；

圖3是示出了在其中某些數量的時隙可用的情形中的可能的脈沖串模式的工作示例的表。

具體實施方式

在圖1中，將一組已知的脈沖串模式的圖形表示陳列為一系列“像素”，使得暗像素表示被允許脈沖，并且亮像素表示被抑制脈沖。被允許脈沖的所選數量沿著水平軸從左向右降低。垂直軸表示可能的脈沖時隙。這樣，在最左垂直列中，所有像素是暗的，表示每個可能的脈沖時隙被標記為被允許。在最右垂直列中，幾乎所有像素是亮的，表示幾乎所有可能的脈沖時隙被標記為被抑制。

圖2是以與圖1的風格類似的風格的圖形表示。然而，在圖2中，如通過暗和亮像素表示的被允許和被抑制脈沖的分布根據本發明的方法和設備。因此，在圖2的最左和最右列中，像素(以及因此脈沖)的布置是類似的，因為在相關的脈沖串模式中分別存在如此少的被抑制和被允許脈沖。然而，在朝著水平軸的中心部分的情形中，其中被允許和被抑制脈沖的混合被發現在脈沖串模式內，可以看到暗和亮像素(以及因此被允許和被抑制脈沖)在脈沖串模式內被基本上均勻地隔開。

通過其生成這些脈沖串模式的方法如上面引用的那樣。換言之，在定義可用時隙的數量M(其中每個時隙能夠被標記為被允許脈沖或被抑制脈沖)和選取被允許和被抑制脈沖的數量使得模式具有被允許脈沖的所選數量Q(其生成所要求的功率水平)之后，方法然后要求控制單元：

i)用Q除M來計算因子P；

ii)計算P的一系列遞增倍數，P_N＝NP，直到N＝Q，其中N從一遞增；

iii)對P_N的值湊整以產生一組值R_N；

iv)標記每個脈沖串模式時隙使得與R_N的值對應的時隙位置被標記為被允許脈沖，并且所有其他時隙位置被標記為被抑制脈沖，使得脈沖串模式被生成。

這然后產生了諸如在圖2中示出的脈沖串模式的脈沖串模式，其可以被任意地重復。少量數學變換示出，這等同于若n等于(整數乘1/x)的湊整值則允許第n個脈沖，其中x是表示放射治療設備的最大功率輸出的比例的在0和1之間的值，因此實現了最大量x的時間平均功率水平。

現在接著如上面針對給定值M和Q陳述的步驟的示例。

示例1：M＝16，Q＝8

P＝M/Q＝2

P₁＝2 R₁＝2.5 R₁(舍位)＝2

P₂＝4 R₂＝4.5 R₂(舍位)＝4

P₃＝6 R₃＝6.5 R₃(舍位)＝6

P₄＝8 R₄＝8.5 R₄(舍位)＝8

P₅＝10 R₅＝10.5 R₅(舍位)＝10

P₆＝12 R₆＝12.5 R₆(舍位)＝12

P₇＝14 R₇＝14.5 R₇(舍位)＝14

P₈＝16 R₈＝16.5 R₈(舍位)＝16

因此，脈沖時隙2、4、6、8、10、12、14和16被標記為被允許脈沖，并且剩余的脈沖時隙被標記為被抑制脈沖。結果，從每16個時隙中發出8個脈沖，并且脈沖被均勻地隔開。

示例2：M＝32，Q＝7

P＝M/Q＝4.5714

P₁＝4.5714 R₁＝5.0714 R₁(舍位)＝5

P₂＝9.1428 R₂＝9.6428 R₂(舍位)＝9

P₃＝13.7142 R₃＝14.2142 R₃(舍位)＝14

P₄＝18.2856 R₄＝18.7856 R₄(舍位)＝18

P₅＝22.857 R₅＝23.357 R₅(舍位)＝23

P₆＝27.4284 R₆＝27.9284 R₆(舍位)＝27

P₇＝31.9998 R₇＝32.4998 R₇(舍位)＝32

因此，脈沖時隙5、9、14、18、23、27和32被標記為被允許脈沖，并且剩余的脈沖時隙被標記為被抑制脈沖。從每32個時隙中發出總共7個脈沖，并且(再次)脈沖被以按僅±1個時隙的改變的間隙相對均勻地隔開。

在上面示例的每個中在得到的脈沖串模式內的被允許脈沖的間隔是近似均勻的。在示例1中，被允許脈沖全部由一個被抑制脈沖分隔開，并且在示例2中，被允許脈沖由四到五個被抑制脈沖分隔開。

有經驗的讀者將領會，這些只是示例，并且許多其他可能性存在，其中M和Q的不同值被選擇。

圖3是示出具有16個可能的時隙的脈沖串的工作示例的表。因此，M＝16，如在表的最左列中示出的那樣。向右的下一列示出了Q的遞增值，從第一行中的1然后到最高的M值，在每行中向下遞增，在表的最下行中達到16。在其后向右的下一列示出了P的值，即用Q除M(P＝M/Q)。P的值確定哪些脈沖串模式時隙被標記為被允許，以及哪些被標記為被抑制。在表中，在工作示例的第一行之上的行中對脈沖時隙位置編號，即從1遞增到16。在本發明的方法和設備將把時隙標記為被允許的情況下，時隙編號出現在針對該時隙的相關列中。例如，在M＝16和Q＝1的情況下，只有時隙16被標記為被允許，并且因此在表中編號16出現在該行的該列中。在M＝16和Q＝16的情況下，每個時隙被標記為被允許，并且因此每個時隙值出現在該行的它的列中。可以從圖3的表中看出，被允許和不被允許的時隙遵循與圖2的暗和亮像素的模式類似的模式，盡管將領會到利用不同的邊界條件(即M的所選擇值)來計算圖3的表。

當然將理解，可以在不脫離本發明的范圍的情況下對上面描述的實施例做出許多變化。例如，可以依靠被使用的輻射源的特性從非常寬的范圍選擇M和Q的值，并且有經驗的人還將領會，某些步驟可以被替換，所述某些步驟在邏輯上與所陳述的那些步驟類似或相同，但是乍一看顯得不同。更進一步地，有經驗的讀者將想到其他閉環反饋布置。