采用电子射野影像装置用于实时治疗验证的系统、方法和设备与流程

采用电子射野影像装置用于实时治疗验证的系统、方法和设备
1.本技术为申请号为201510065212.2、申请日为2015年2月6日的发明名称为“采用电子射野影像装置用于实时治疗验证的系统、方法和设备”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
2.本公开总体涉及递送放射至患者，更特别地，涉及采用电子射野影像装置(epid)用于放疗治疗的实时剂量验证的系统、方法和设备。


背景技术：

3.动态放射治疗技术，例如强度调节放射治疗(mrt)和容积调节弧形治疗(vmt)，典型地与放射疗法系统(例如直线加速器(linac))一同使用，放射疗法系统装备有多叶准直器(mlc)以通过递送指定剂量的放射(x射线、伽马射线、电子、质子、和/或离子)至病理解剖，并同时使对周围组织和关键解剖结构的放射暴露最小化来治疗病理解剖(肿瘤、病变、血管畸形、神经紊乱等)。mlc的使用允许放射治疗医师在改变放射束的形状和剂量的同时从多角度治疗患者，从而提供大大增强在递送放射至治疗区内目标的同时，避免过度放射附近健康组织的能力。imrt和vmt是涉及对台架旋转、mlc运动和放射剂量率调节的同步发生的复杂技术，imrt和vmt由于其快速递送高适形度的剂量的能力而迅速成长为放射治疗技术。
4.质量保证是临床放射疗法工作流程中的一体部分。创建临床治疗计划后，递送预期计划的不同机器部件的性能在治疗前验证步骤中被检查，治疗前验证步骤确认治疗系统采用安装的准直器(例如狭口或mlc)能够递送预期剂量放射。不同测量方法可被采用，例如离子室或二极管阵列可直接测量第一次治疗前而且没有患者在放射束时递送的剂量。
5.近来，尽管有治疗前验证，但是放射治疗的递送中的错误已经导致对患者的损伤，某些有致命后果。特别地，因为这种验证是在没有患者就位的情况下发生的，因此无法考虑设置中的变化，诸如系统错误或未对准可能会不经意地暴露患者至治疗过程中的有害放射。而且，患者的剂量会受患者解剖中重大改变的影响，例如体重减轻或者肿瘤显著收缩。因此存在监测患者治疗过程中递送剂量的需要，以考虑潜在错误，诸如遗漏限制射束装置，患者定位误差，治疗计划与患者的错配等，以及考虑解剖变化。


技术实现要素：

6.本文公开了采用电子射野影像装置(epid)用于放疗治疗的实时剂量验证的系统、方法和设备。放疗系统的epid可在患者后方延伸。离开患者的来自治疗系统的放射可被epid检测，以产生兆伏(mv)图像帧的电压流。基于这些图像帧和结果图像，可计算由epid接收的放射剂量(例如作为相对于水剂量值的绝对剂量测量结果)。这些剂量值可实时与预定的剂量特征相比较。该比较可包括检查治疗开始时在所述场的边界外的放射，和/或不间断检查超过患者接收的用于整个治疗场的总剂量的累积放射剂量。如果应用的放射场未能与
预期剂量分布一致，则产生错误信号。因此治疗期间的剂量递送可被实时监测以防止伤害患者。
7.在实施例中，一种验证患者从放疗系统中接收的放射剂量的方法，可包括采用放射束从放疗系统对场进行照射。在照射期间，图像帧的连续流(例如电影流)可从epid获取，epid布置为监测离开患者的放射，而且epid图像帧流可被实时处理(例如，通过累积预定时段的图像帧以形成各输出图像)以获得场中epid处的剂量测量结果(例如相对于水剂量值)。此外，在照射期间，通过比较处理图像与预定特征可针对所述场确定与预定特征的一致性。基于该比较、响应于确定不一致时可产生错误信号。
8.在实施例中，预定特征可包括全部治疗后场中预期总剂量，而比较可包括测量剂量与预期总剂量之间的差异比较。在实施例中，预定特征可包括场中完整照射区域轮廓(ciao)，而比较可包括测量剂量结果与ciao之间的几何形状比较。
9.在实施例中，获取的epid图形可通过执行2d剂量差异分析和伽马分析中至少一个而被分析。基于进一步分析，响应于确定剂量不足、剂量过量或ciao之外剂量中的至少一个，可产生错误信号。
10.在实施例中，系统可包括实时验证装置。实时验证装置可配置为接收输出图像帧流并实时处理该图像帧流(例如，通过累积预定时段的图像帧以形成各输出图像)以获得放疗场中成像装置中作为相对水剂量值的剂量测量结果。验证装置可进一步配置来分析用于所述场的预定特征的剂量测量结果，而且在如果剂量测量结果与一个或多个预定特征不一致时产生错误信号。
11.在实施例中，系统可包括验证装置，配置为产生图像帧流的epid，以及带源的放疗系统，所述源产生用于执行放疗的照射患者的放射束，其中验证装置配置为实时分析患者照射期间的剂量测量结果。
12.在实施例中，非暂态计算机可读存储介质可随计算机处理系统一并提供，以执行上述公开方法的实施例。非暂态计算机可读存储介质可呈现为编程指令的序列用于验证来自放疗系统的epid中接收的放射剂量。计算机处理系统可执行呈现在计算机可读存储介质上的该编程指令的序列，以使计算机处理系统执行方法步骤。
13.本公开主题的实施例的目的和优势将从下面考虑到结合附图的描述中变得明显。
附图说明
14.以下将参考附图描述实施例，附图未必按比例绘制。这些附图仅用于说明目的，无论如何并非要限制本公开的范围。在适用时，某些特征并未示出以帮助描述和说明下面的特征。全部附图中，相同附图标记表示相同元件。如本文使用的一样，各实施例可表示一个、一些或全部实施例。
15.图1示出根据本公开主题的各实施例的用于照射患者的放疗系统的特征。
16.图2示出根据本公开主题的各实施例的用于实时剂量验证的控制系统的特征。
17.图3示出根据本公开主题的各实施例的在不同治疗阶段的剂量验证的特征。
18.图4为根据本公开主题的各实施例的剂量验证方法的过程流程图。
19.图5示出根据本公开主题的各实施例的治疗期间和治疗后的质量保证检查的示例定时。
20.图6示出根据本公开主题的各实施例的治疗期间和治疗后的与剂量验证相关联的图像处理的示例方面。
21.图7为根据本公开主题的各实施例的具有几何检查和剂量过量检查的剂量验证方法的过程流程图。
22.图8示出根据本公开主题的各实施例的治疗期间和治疗后的组合质量保证检查的示例定时。
23.图9为根据本公开主题的各实施例的另一剂量验证方法的过程流程图。
具体实施方式
24.电子射野影像装置(epid)可用于通过测量穿过患者因而入射在epid上的放射(例如输出图像)来验证患者的正确治疗。患者治疗期间获取的输出图像帧的电影流可被处理并用于实时或接近实时地(例如少于1秒)验证递送的剂量对患者无害。如本文使用的一样，电影流表示操作中连续获取模式期间由epid获取的图像帧的连续流。
25.例如，epid可运行于特定帧速率(例如但不限于15帧每秒)，其速率为可配置设置以优化受制于epid或其他硬件限制的成像能力以及其他方面。预定时段中获取的用于剂量检查的图像帧可组合在一起(例如，通过加总)，以形成单个输出图像，单个输出图像可表示该时段中到达epid的剂量。例如，在实施例中，预定时段为1秒而加总在一起形成单个输出图像的图像帧的数量为15。在实施例中，预定时段为5秒而加总在一起形成单个输出图的图像帧的数量为75。当然，根据一个或多个可设想的实施例，其他帧速率和累积时段也是可能的。例如时段可以少于1秒或大于5秒。而且，帧速率在治疗期间可为常量(例如大于15图像帧每秒)或变量。
26.epid图像提供用于在epid接收的放射的绝对剂量值(例如相对水剂量，cgy)，其会消除与其他类型剂量计算相关联的潜在误差。如果放射剂量被确定为非一致的，并因此会潜在地伤害患者，则可触发错误信号。错误信号可提醒操作者和/或自动停止对患者的照射。
27.参见图1，示出一种示例性放疗治疗系统100。治疗系统100可提供放疗至治疗床102上定位的患者110，并能允许实施各种实时放射剂量验证计划。放疗治疗可包括基于光子的疗法、粒子疗法、电子束疗法、或任何其他种类治疗疗法。
28.在实施例中，放疗治疗系统100包括具有台架112和直线加速器(linac)104的放疗装置116(例如但不限于放射疗法或放射手术装置)，台架112支撑具有一个或多个放射源106的放射模块114，直线加速器104可操作以产生一束千伏(kv)或兆伏(mv)x射线放射。台架112可为环形台架(例如沿着完整360
°
弧延伸以创建完整环形或圆形)，但是也可采用其他类型的安装布置。例如，可采用静态束或c型，部分环形台架，或者机器臂。也可采用任何其他能够相对于患者110在各种转动位置和/或轴向位置上定位放射模块114的构架。
29.放射模块114也可包括调节装置(未示出)操作来调节放射束，以及引导治疗的放射束朝向将被照射的患者110和其部分。期望被照射的部分被表示为目标或目标区域或感兴趣区域。患者110可具有一个或多个需要被照射的感兴趣区域。准直装置(未示出)可被包括在调节装置中以限定和调节孔径的大小，放射束穿过所述孔径从放射源106到达患者110。准直装置可由致动器(未示出)来控制，致动器可被控制器120控制。
30.在实施例中，放疗装置为kv或mv能量强度调节放射治疗(imrt)装置。这种系统中的强度被裁剪以适应个别患者的治疗要求。imrt场用多叶准直器(mlc)递送，多叶准直器可以是附接至直线加速器104的头部的计算机控制的机械射束成形装置，并且包括金属指或叶的组装件。例如，mlc可由120个可移动叶(具有0.5cm和/或1.0cm叶宽度)制成。对每一束方向，优化的强度可通过依序递送各种具有优化形状和重量的子场来实现。从一个子场到下一子场，叶可随放射束开启(即，动态多叶准直(dmlc))或随放射束关闭(即，分段多叶准直(smlc))而移动。装置116也可为螺旋断层放疗装置，其强度调节可通过在计算机控制下开启和关闭的二进制准直器来实现。由于台架连续绕患者旋转，小宽度束的曝光时间可通过开启和关闭二进制准直器来调节，允许将被递送至肿瘤的放射穿过患者最期望的方向和位置。
31.替代地，装置116可为螺旋断层放疗装置，其包括滑环式旋转台架或者强度调节弧形治疗装置(imt)，强度调节弧形治疗装置采用各种形状的旋转锥形束代替旋转扇形束来实现强度调节。在另一替代中，装置116可为采用多个弧形的简化强度调节弧形治疗(simt)装置，或扫窗弧形治疗装置(swat)；扫窗弧形治疗装置通过旋转将mlc叶位置扫过靶计划体积(tpv)。在另一替换中，装置116可为容积调节弧形治疗(vmt)装置，其中剂量率、射束孔径形状和旋转速度可被连续改变以递送预期剂量至tpv。实际上，任何类型mrt装置可被用作治疗装置116。例如本公开主题的实施例可应用于图像-引导放疗(igrt)装置。每种类型装置116可伴随相应放射计划和放射递送程序。
32.装置116可包括射野剂量成像装置118用于获取将被用于射野剂量学验证的数字图像。射野剂量成像装置118可包括epid 108。射野剂量成像装置118可被放置在不同位置，例如位于治疗床102顶部，或例如附接至加速器头部104。射野剂量成像装置118可产生即时2d数字信息。例如成像装置118可包括基于照相机的装置。epid 108也可为基于ccd照相机的装置，其实际上包括同时集成的具有例如获取帧之间的大约0.1ms的时滞的剂量测定器。另一替代为平板成像器或者非晶硅epid，其提供良好图像质量，高的光学传输效率，大的成像区域，并且耐放射。
33.实施例中可以使用的示例性非晶硅epid为瓦里安公司as1000或者瓦里安公司as500(都由加利福利亚的帕洛阿尔托的varian medical systems出售)。可选地，epid可包括背散射屏蔽，其可帮助计算epid中的绝对剂量测量结果。但是，也可采用不使用背散射屏蔽的epid。当采用不具有这样屏蔽的epid时，关于绝对剂量计算的任何背散射效应都可通过图像处理来缓和或移除，例如通过使用名称为"measurement and modeling of the effect of support arm backscatter on dosimetry with a varian epid"的出版物(出版于medical physics，2010年5月，37(5)，第2269-2278页)描述的方法，其内容通过引用的方式并入本文。
34.通常，epid 108具有图像元素(像素)，其记录落在其上的放射量，并将接收的放射量转换成相应数量的电子。电子被转换为电信号，电信号被采用成像装置118或控制器120进一步处理。这种配置(例如数字成像检测器位于治疗源的对面，患者位于两者之间)提供连续且即时获取离开患者的治疗放射的能量和强度的能力，以便产生二维(2d)数字化x射线测量的输出图像。因为射野剂量成像装置118产生即时2d数字信息，其便于在任意台架角度进行2d剂量测定。因此，上面以及本文别处描述的技术可应用于静态弧形治疗以及连续
弧形和其他射束递送。
35.控制器120可包括具有典型硬件(例如处理器)的计算机，以及用于运行各种软件程序和/或通信应用的操作系统。计算机可包括软件程序运行来与放疗装置116通信，其软件程序可操作来从外部软件程序和硬件接收数据。计算机也可包括适应于由医疗人员访问的任何合适输入/输出装置，以及输入/输出(i/o)接口，存储装置，存储器，键盘，鼠标，监视器，打印机，扫描仪等。计算机也可与其他计算机和放疗系统网络连接。放疗系统116和控制器120都可与网络以及数据库和服务器通信。控制器120可配置为在医学设备的不同件之间传递医学图像相关数据。
36.系统100也可包括多个包括编程指令的模块(例如作为控制器120的部分，或者作为系统100内的单独模块，或者集成于系统100的其他部件内)，当被执行时，所述指令使系统100如本文描述的那样执行与放射治疗/手术相关的不同功能。例如，系统100可包括图像处理和评估模块，以提供照射期间在epid处绝对剂量的实时验证。系统也可包括射野剂量测定模块以提供期望放射剂量的治疗后验证，包括剂量不足和剂量过量情况下的2d图。
37.系统100提供的剂量测量结果可为epid处的绝对剂量值(例如相对水剂量)。尽管患者接收的实际剂量未被计算，epid中的绝对剂量代表由患者接收的剂量情况，因为epid中接收的放射应已穿过患者。在治疗前，由epid测量(例如在epid的平面处)的绝对剂量被预测。如果由epid实际测量的绝对剂量与预测的剂量相匹配，则支持(underly)该预测的情况可被假定为与实际治疗情况相匹配。因此，对患者、患者解剖和/或患者设置的剂量递送可与原始治疗计划一致。但是，与预测剂量相比较，在epid处的绝对剂量的测量结果的不一致可指示对患者递送的放射中的某种错误，例如与治疗计划的患者解剖或设置的偏离，或者错误的放疗装置配置。
38.系统100可进一步包括治疗递送模块、图像处理模块和实时评估模块，治疗递送模块操作为指导放疗装置116以在患者110在场或不在场的情况下递送治疗计划，图像处理模块操作为接收epid图像帧中的电影流并将图像帧处理为2d射野图像和绝对剂量值，实时评估模块操作为计算预测的和测得的绝对剂量的比较并计算放射递送错误。这些模块例如可由c或c 编程语言编写。本文描述的执行操作的计算机程序代码也可用其他编程语言来编写。
39.参见图2，控制器120可包括一个或多个模块用于操作放疗系统(例如通过照射束控制器224)以及用于处理来自epid 108的图像帧的电影流。如前文所述，电影流的处理包括累积设定时段内获得的图像帧为单个输出图像。控制器120可与服务器202通信(例如远程服务器)，服务器202可包括与剂量预测模块204通信的数据库206。剂量预测模块204可预测用于特定治疗方式(modality)的放射剂量的各种特征，诸如每个治疗场中epid中的绝对剂量(相对水剂量)。例如，剂量预测模块204可为eclipse
tm
治疗计划系统，数据库可为肿瘤信息系统的一部分(两者都由加利福利亚帕洛阿尔托的varian medical systems销售)。
40.关于预测的绝对剂量的信息可从服务器202传达至控制器120(特别是控制器120的治疗操控台208)。替代地或附加地，绝对剂量可用治疗操控台208的治疗计划模块212预测。治疗计划模块212也可确定用于特定治疗的对患者进行照射的期望治疗计划。治疗计划可包括用于实现患者期望治疗所需要的一个或多个控制点的放射剂量信息和射束形状。治
疗操控台208也可包括例如存储模块210，用于存储剂量预测信息(例如用于治疗计划中每个场的预测的绝对剂量信息和/或预测的输出图像)以及治疗计划信息。
41.来自epid 108的图像帧的电影流可由控制器120(特别是图像处理模块214)接收和处理。控制器120的评估模块216可将绝对剂量信息与(例如来自治疗操控台208的)针对放射场的预测剂量的一个或多个特征相比较，以确定治疗过程中是否存在错误。替代地或附加地，来自图像处理模块214的处理图像可存储在存储模块218中。评估模块216可采用来自存储图像的信息以确定例如累积的剂量信息。根据一个或多个预期的实施例，尽管存储模块218和存储模块210分别示出，也可以将模块210和218集成在一起作为单个存储模块，或者将模块210和218的功能拆分在多于两个的存储模块中。
42.当评估模块216确定错误存在时，评估模块216可提供关于错误的信息至处理器222(例如计算处理单元(cpu))，处理器222产生错误信号。错误信号可包括与检测到的错误类型相关的信息，例如预期ciao之外的放射剂量或者由患者接收的累积剂量超过了用于该特定场的总剂量。来自处理器222的错误信号可与放射束控制单元直接通信，以立刻中断患者的射束照射以减小对患者的伤害风险。替代地或附加地，错误信号可被提供至显示器226，用于向治疗系统操作者指示错误的存在和性质。例如，显示器226可图示放射剂量与epid输出图像之一上的预测的偏离，例如指示累积剂量超过总剂量的区域或者剂量在ciao之外的区域。如果系统操作者确定错误是误报警或者以其他方式看不会负面影响患者的治疗，操作者可采用输入/输出模块228而否决(override)该错误，从而允许治疗继续。
43.如果场已完成，例如紧接在用于场的照射结束后，存储在存储模块218中的epid图像可被射野剂量测定模块220处理。射野剂量测定模块220可在获取的图像上执行完整的射野剂量测定，例如更强处理2d分析以确定放射场中的剂量不足、剂量过多或者有其他偏差的区域。例如，射野剂量测定模块(以及本文描述的射野剂量测定模块的各种说明)可为varian的射野剂量测定产品(由加利福利亚帕洛阿尔托的varian medical systems出售)。当射野剂量测定模块220确定错误存在时，可向处理器222提供与错误相关的信息，处理器222产生错误信号。错误信号可包括与检测的错误类型相关的信息，例如针对场的区域的剂量不足或剂量过多情况。来自处理器222的错误信号例如可直接与放射束控制单元通信，以提供互锁以防止进一步照射患者。替代地或附加地，错误信号可被提供至显示器226，用于向治疗系统操作者指示错误的存在和性质。例如，显示器226可图示epid输出图像之一上的剂量不足或剂量过多的区域。如果系统操作者确定错误是误报警或者以其他方式看不会负面影响患者的治疗，操作者可利用输入/输出模块228而否决该互锁，以便用后续放射场来继续。
44.图3示出能够减小对患者伤害风险的公开的剂量测定验证的各种高级特征。剂量测定验证可包括照射前规则(regimen)302，与照射308同时的规则，以及照射后规则314。照射前规则302特别地可包括epid的校准304，以便其产生用于epid的所有场几何形状和所有点处的绝对剂量测量结果(相对水剂量(cgy))。这种用于产生来自输出epid图像的绝对剂量信息的校准技术在本领域中已知，本领域普通技术人员例如基于下述文献可容易产生这样的结果：名称为"a global calibration model for a-si epids used for transit dosimetry"(公开于medical physics，2007年10月，34(10)，第3872-84页)的出版物，其内容通过引用并入本文。
45.照射前规则302也可包括预测306。例如，剂量预测模块204可被用在预测306中以预测用于特定治疗方式的放射剂量的各种特征，例如用于每个治疗场的epid处的绝对剂量(相对水剂量)。预测306也可包括用于一个或多个放射场的配置，例如实现期望的放射治疗。关于校准304和预测306的信息在照射规则308期间可被使用以能够进行实时剂量验证。
46.照射规则308期间，系统可例如通过电影模式图像获取310从epid实时获得图像帧，其可由例如图像处理模块214执行。图像获取310也可包含对获取的图像帧的校正，例如以考虑定位变化(例如epid的定位)或者背散射。随后，图像帧例如可被评估模块216处理和分析以形成输出图像并确定放射剂量中是否存在错误。特别地，图像处理和分析规则312可包括转换图像以提供epid处的绝对剂量(相对水剂量)的测量。
47.图像处理和分析312可配置为处理图像帧并提供实时或接近实时(例如小于1秒)的评估。例如，分析312可包含评估绝对剂量测量结果以确定治疗开始时照射(或超过预定安全阈值的放射)是否在期望ciao之外，以避免对患者健康组织的潜在损害。这种初始分析可提供对与照射相关的主要问题(例如遗漏的mlc)的指示。
48.替代地或附加地，分析312可包含对绝对剂量测量结果的评估，以确定由患者接收的累积剂量是否超过针对特定场的总计划剂量。为了这个目的，可使用差异计算(例如确定剂量是否超过放射场中任一点的一般最大值)，其会减少处理时间并能够允许实时(或接近实时)的剂量评估。这种分析可发生在照射期间的每隔一定间隔上(例如照射开始后每五秒)并可检测较不重要的异常，例如mlc叶卡住或者射束转向问题。替代地，这种分析可在放射期间和以上关于ciao的分析一同每隔一定间隔来执行，或者同时或者顺序进行。凭借这种对实时绝对剂量信息的评估，任何可能由对患者的不恰当照射导致的损坏可因此被最小化或者至少被减少。
49.处理图像也可用在照射后规则314中。例如照射期间从epid获取的图像(例如通过电影模式图像获取310)可被用在完全射野剂量测定分析316中。射野剂量测定分析316可由例如控制器120的射野剂量测定模块220执行。该分析的定时就对患者的即时伤害而言不太成为问题，因而照射已经完成了。因此，完全射野剂量测定分析316可包含更多时间密集处理以确定ciao中每个点处的剂量不足和剂量过多两种情况。例如，差异和伽马处理可被使用以基于epid获取的输出图像，产生测得的绝对剂量的完全2d分析。如果该分析指示错误存在(例如剂量过多的情况会对应当继续放疗的患者产生损害风险)，则可施加互锁来防止进一步治疗(例如防止继续进行到下面的放射场)，但该互锁受制于系统操作者的否决。
50.参见图4，示出示例性剂量测定验证方法的流程图。402中，基于患者照射期间获取的输出图像，epid被校准以提供epid处照射的绝对剂量测量结果(相对水剂量)。提供绝对剂量测量结果的校准可被实施为通过引用并入本文的上面提到的2007年10月的出版物的说明。在404中，可生成治疗计划，其预测用于每个照射场的绝对剂量值。ciao的几何形状和总的绝对剂量(例如用于照射场的最大累积剂量)被记录用于照射期间的剂量验证。
51.406中，系统可配置用于特定照射场。例如，患者可被定位在治疗床上。epid可随后关于患者被延伸和定位以便检测输出图像，例如检测来自放射系统的已经穿过患者的放射。放射系统可随后被配置用于特定照射场，例如通过定位mlc或射束转向部件以提供期望ciao。
52.完成配置照射场之后，放射束在408开启。410中可执行照射场的初始检查。例如，
在照射开始后的一秒处(例如当t＝t1＝1s)，412中确定采用的照射场是否与用于该场的期望ciao-致(例如几何形状检查)。如果放射(或超过安全阈值的放射)在ciao之外被接收，其会损害健康组织或以其他方式伤害患者。因此初始检查应当在对患者可能产生任何重大损害之前来执行。尽管不可能在射束开始后第一秒期间，错误场几何形状向患者递送足够伤害剂量，但是根据一个或多个设想的实施例其他更短或更长时段用于初始评估也是可能的。
53.如果输出图像分析指示在ciao之外接收到剂量，可在414中基于位置和几何形状来确定错误，并且在416中产生错误信号。错误信号可导致在418中放射场的自动关闭和/或420中向放射系统操作者通知该错误。420中向放射系统操作者的通知可以是一般错误指示的形式(例如错误存在的视觉或声音警告，或者屏幕上弹出的通知)，或者具体错误指示(例如错误性质的描述)，或者图像错误指示(例如由epid获取的输出图像上的图像表示)。
54.如果412中剂量被确定为与期望ciao-致，则照射会继续受制于针对剂量过多的不间断的评估。这种评估可周期性或连续性被执行。处理图像帧以确定累积的绝对剂量可配置为实时或接近实时地(例如小于1秒)发生。如果任意时间点上累积剂量可能超过针对治疗场的计划的总剂量，则该点之外的进一步照射可能导致对患者的伤害。因此不间断的检查会监测epid中接收的绝对剂量(由epid输出图像确定)，以便对潜在的剂量过多的情况做出反应，例如通过比预期更早的终止特定场的照射。
55.图像的评估可在离散时间阶段发生，以减小包含的处理量而不大幅增加对患者的伤害风险。例如，在照射开始后每五秒(例如当t＝n
×
t2＝n
×
5s)，如422中确定的那样，在424中执行关于照射场的总剂量的累积剂量的评估(例如剂量过多的检查)。但是，其他用于不间断评估的更短或更长的时间段，根据一个或多个预期实施例也是可能的。例如，可能有治疗期间的时段，其中照射会临时地暂停，例如通过门控或者由于患者移动的射束关闭期间，或者治疗计划中的计划好的射束中断。本公开方法和系统的实施例可识别并利用这些照射暂停事件，例如用来处理数据以追上顺应计划的剂量递送的评估，特别是如果这些评估是计算密集的。
56.图5示出不同剂量验证分析的示例性时间线。例如，对特定场照射开始一秒后，可执行几何形状检查501，其比较照射场与期望ciao(例如图4中412)。如果没有错误被指示或者照射继续，则剂量过多检查5041可在对该特定场(例如图4中424)在照射开始五秒后被执行。如果没有错误被指示或者照射继续，则第二剂量过多检查5042可在十秒时被执行，第三剂量过多检查5043可在十五秒时被执行，而且额外的剂量过多检查504n可在每五秒间隔5n时被执行直到照射终止。这种几何形状和剂量过多检查的时间段仅仅是示例性的，也可设想其他时间段。几何形状和/或剂量过多检查可以表现为相对于预定绝对剂量值的差异计算的形式。
57.返回图4，如果424中输出图像评估指示ciao中任一点的绝对剂量超过总剂量，则426中可基于剂量过多确定错误，并在416中产生错误信号。如前文所述，错误信号可导致418中放射场的自动关闭和/或420中对放射系统操作者的通知。414中的评估可被重复(通过422)直到完成该场的照射。
58.一旦428中确定场已经完成，放射束会在430中被关闭。随后，432中执行完全射野剂量测定，其可包含例如差异和伽马处理(也参见图5中506)以产生绝对剂量值中被测输出
剂量的完全2d分析。434中如果2d分析揭示出向患者递送的剂量不一致，则436中会基于剂量过多或剂量不足确定错误，并在438中产生错误信号。例如，相对于预定绝对剂量图，如果分析值超过预定行动阈值(例如多于或少于epid中特定点的期望累积剂量的百分比)，则会确定不一致并产生错误信号。如前文所述，错误信号可能导致420中对放射系统操作者的通知。替代地或附加地，438中错误信号可产生440中互锁以防止进一步放射场，这种互锁可由操作者否决以继续治疗。
59.434中如果2d分析显示向患者递送的剂量不一致，则在442中确定是否期望附加的放射场。但是，如果分析显示剂量不足被递送，则附加放射场可被确定以递送期望剂量。如果不需要进一步的场，则444中终止治疗。否则，流程会通过返回406而重复，以针对下一放射场来配置患者和放射系统。
60.图6为用于剂量验证的图像获取和处理的图示汇总方面。由epid获取的图像帧被获取(602)，其随后针对pid位置变化而被校正(604)。图像帧随后被处理以产生输出图像，其会被进一步处理以基于epid的校准而产生绝对剂量值(606)。绝对剂量值可被用于照射期间或照射后的各种分析(608)。例如，绝对剂量测量结果被用于开始治疗后的初始时间段期间，以确认照射束与期望ciao-致(610)。通过差异计算(612)，获取的绝对剂量测量结果可被用于提供不间断验证，验证由患者接收的绝对剂量没有超过用于该场的计划总剂量。照射后，可执行对绝对剂量值和/或epid输出图像的更多综合分析，以确定该照射与治疗前计划2d-致。因此可执行2d差异或伽马计算(614)。
61.尽管图6未示出，几何形状(610)和差异(612)计算可结合，以便在治疗开始或治疗期间周期性地执行对两者的检查或交替性检查。例如，代替仅仅初始几何形状检查和后续的剂量过多检查，初始检查可包括不仅仅几何形状检查，还有其以外的其他检查，而后续周期性检查可包括其他检查代替或附加于剂量过多检查。图7的流程图反映了这样的实施例。
62.参见图7，示出另一示例性剂量测定验证方法的流程图。702中，基于患者照射期间获取的输出图像，epid被校准以提供epid中放射的绝对剂量测量结果(相对水剂量)。校准以提供绝对剂量测量结果可执行为如上文通过引用并入本文的2007年10月出版物中说明地那样。704中，可产生治疗计划，该计划预测用于每个照射场的epid中的绝对剂量值。ciao的几何形状和总的绝对剂量(例如用于照射场的最大累积剂量)被记录用于照射期间的剂量验证。
63.706中，系统可配置用于特定照射场。例如，患者可被定位在治疗床上。epid可随后相对于患者被延伸和定位，以便检测输出图像帧，即，检测已经穿过患者的来自放射系统的放射。放射系统可随后配置用于特定照射场，例如通过定位mlc或射束限制部件以提供期望的ciao。
64.在完成用于照射场的配置之后，放射束在708中被开启。照射场的初始检查可在710中被执行。例如在照射开始1秒后(例如当t＝t1＝1s)，712中确定应用的照射场是否与用于该场的期望ciao-致。如果输出图像分析指示在ciao之外接收到剂量，则在714中基于位置或几何形状来确定错误，并在716中产生错误信号。718中错误信号可导致放射场的自动关闭和或720中向放射系统操作员通知该错误。720中对放射系统操作员的通知可以是一般错误指示的形式(例如错误存在的视觉或音频警报，或者屏幕上弹出的通知)，具体的错误指示(例如错误性质的描述)，或者图像化错误指示(例如由epid获取的输出图像上的图
像表示)。
65.随后或同时发生地，724中执行对epid接收的累积绝对剂量相对于用于照射场的预测总剂量的评估。如果724中输出图像评估指示ciao中任一点上绝对剂量超过所述总剂量，则在726中基于剂量过多确定错误，并且在716中产生错误信号。如前文所述，错误信号可导致718中放射场的自动关闭和/或720中向放射系统操作员通知该错误。
66.如果剂量确定为与712中期望ciao和724中总剂量都一致，照射可继续受制于周期性的一致性评估(即，在712中的几何形状检查和724中的总剂量)。这种评估可被周期性或连续性地执行。例如，评估输出图像在几何形状和总剂量的一致性，可发生在离散周期性时间段上，以减小涉及的处理量而不会大幅增加对患者的伤害风险，例如如710中确定的放射开始后每五秒(例如当t＝n
×
t2＝n
×
5s)。但是，其他用于不间断评估的更短或更长的时间段，根据一个或多个预期实施例也是可能的。
67.图8示出用于不同剂量验证分析的示例性时间线。例如，用于特定场的照射开始的一秒后，执行将照射场与期望ciao比较的几何形状检查802(例如图7中712)。初始检查802也可包括剂量过多检查(例如图7中724)。如果没有错误被指示或者照射继续，则不间断检查804n可在用于特定场的照射开始后的五秒间隔上被执行。例如，每个不间断检查804n可包括剂量过多检查(例如图7中724)和几何形状检查(例如图7中712)。替代地，不间断检查804n可在剂量过多检查和几何形状检查之间交替进行。例如不间断检查scm1可为剂量过多检查，不间断检查8042可为几何形状检查，不间断检查8043可为另一剂量过多检查，以此类推。
68.如果第一不间断检查8041后，没有错误被指示或者照射继续，第二检查8042可在十秒时被执行，第三剂量过多检查8043可在十五秒时被执行，而附加的剂量过多检查804n可在每个五秒间隔(即5n)被执行，直到照射结束。这种用于几何形状和剂量过多检查的时间段仅仅是示例性的，其他时间段也是可设想的。几何形状和/或剂量过多检查可采取相对于epid中预定绝对剂量值的差异计算的形式。
69.返回图7，一旦728中确定场已经完成，放射束在730中被关闭。随后，完全射野剂量测定可在732中被执行，其可包含例如差异或伽马处理(也参见图8中806)以产生绝对剂量值中测得的输出剂量的完全2d分析。734中如果2d分析揭示出向患者递送的剂量不一致，736中基于剂量过多和剂量不足而进行错误确定，并在738中可产生错误信号。例如，相对于预定绝对剂量图，如果分析值超过预定行动阈值(例如多于或少于epid中特定点的期望累积剂量的百分比)，则会确定不一致并产生错误信号。如前文所述，错误信号可能导致720中向放射系统操作者通知错误。替代地或附加地，738中的错误信号可产生740中的互锁以防止进一步照射场，这种互锁可由操作者否决以继续治疗。
70.734中如果2d分析揭示出向患者递送的剂量一致，则在742中确定是否期望附加的放射场。如果不需要进一步场，在744治疗终止。否则，流程会返回706重复以针对下一放射场来配置患者和放射系统。
71.在实施例中，采用用于全部场的epid处绝对剂量的预测。不需要用于单独治疗帧的预测，从而减小否则会被需要的计算资源。此外，将预测与治疗同步(即，基于mcl形状)并非必需，因为采用的预测是针对全部场而不是单独帧。因此，前文描述的实施例可用于任何放射治疗类型，不仅仅是mrt治疗。
72.尽管实施例已被描述，其中在照射期间执行对绝对剂量测量结果的简化比较，以减小处理能力和所需时间的量，但是也可根据一个或多个可预期的实施例来执行照射期间的更多复杂的比较。例如，代替校准epid并处理图像以产生绝对剂量值，治疗前计算可预测穿过患者的epid的非晶硅中的放射图像。图9的流程图反映了这样的实施例。
73.902中，产生治疗计划来预测放射穿过患者后的在epid非晶硅中的输出剂量。906中，系统可配置用于特定照射场。例如，患者可定位于治疗床上。epid可随后相对于患者被延伸和定位，以检测输出图像帧，即，检测已经穿过患者的来自放射系统的放射。放射系统可随后配置用于特定放射场，例如通过定位mlc或射束转向部件来提供期望ciao。
74.在完成用于照射场的配置之后，放射束在908中被开启。可执行不间断评估，评估与期望剂量计划的一致性。这种评估可被周期性或连续性执行。处理图像帧用于确定一致性可配置为实时或接近实时(例如小于1秒)发生。但是，评估图像可发生在离散时间段以减小所涉及的处理量，而不会大幅增加对患者的伤害风险。例如如910中确定的照射开始后每秒(例如当t＝n
×
t1＝n
×
1s)，912中可以对epid的非晶硅中的放射图像与用于照射场的预测的放射图像进行比较。这种比较可包括，但不限于，完全射野剂量测定分析，例如时间允许时可包括差异和/或伽马处理。
75.如果912中的比较指示出914中剂量不一致(例如由于剂量过多，剂量不足或剂量在ciao之外)，可在916中产生错误信号。错误信号可导致918中放射场的自动关闭和/或920中向放射系统操作者通知错误。920中对放射系统操作员的通知可以是一般错误指示的形式(例如错误存在的视觉或音频警报，或者屏幕上弹出的通知)，具体的错误指示(例如错误性质的描述)，或者图像化错误指示(例如由epid获取的输出图像上的图像表示)。
76.一旦922中确定场已经完成，放射束在924中被关闭。可选地，完全射野剂量测量可在926中执行，其可涉及差异或伽马处理以产生被测图像的完全2d分析。在928中如果2d分析揭示放射图像不一致，则930中基于剂量过多和剂量不足确定错误，并在932中可产生错误信号。例如，相对于预定绝对剂量图，如果分析值超过预定行动阈值(例如多于或少于epid中特定点的期望累积剂量的百分比)，则可确定不一致并产生错误信号。如前文所述，错误信号可能导致920中向放射系统操作者通知错误。替代地或附加地，932中的错误信号可产生934中的互锁以防止进一步照射场，这种互锁可由操作者否决以继续治疗。
77.928中如果2d分析揭示出放射图像一致，则在936中确定是否期望附加的放射场。如果不需要进一步场，938中治疗终止。否则，流程会返回906重复以针对下一放射场来配置患者和放射系统。
78.在一个或多个本公开主题的实施例中，提供验证患者从放疗系统中接收的放射剂量的方法。该方法可包括采用放射束从放疗系统对场进行照射。该方法也可包括，在照射期间，从epid获取图像帧的连续流(例如电影流)，epid布置为检测离开患者的放射。该方法可进一步包括，照射期间，实时处理图像帧流以获得场中epid处的剂量测量结果(相对于水剂量值(dose-to-water))并通过比较处理图像与用于所述场的预定特征可确定与预定特征的一致性。该方法可附加地包括响应于基于比较确定的不一致性来产生错误信号。
79.在一个或多个本公开主题的实施例中，epid图像的连续流可为mv图像。在一个或多个本公开主题的实施例中，epid可包括背散射屏蔽。在一个或多个本公开主题的实施例中，epid不具有背散射屏蔽，而且处理包括针对背散射校正epid图像。在一个或多个本公开
主题的实施例中，预定特定可包括完整治疗后场中预测的总剂量，而且比较可为剂量测量结果和预测总剂量之间的差异比较。在一个或多个本公开主题的实施例中，可响应于剂量测量结果超过预测的总剂量而确定基于剂量过多的不一致性。在一个或多个本公开主题的实施例中，确定不一致性可在照射开始后以规则间隔重复，例如，每隔不超过5秒的间隔的时间间隔。
80.在一个或多个本公开主题的实施例中，预定特征可包括场的ciao，而比较可为剂量测量结果和ciao之间的几何形状比较。在一个或多个本公开主题的实施例中，基于定位确定不一致性可响应于ciao之外的剂量测量结果来实现。在一个或多个本公开主题的实施例中，确定一致性可在照射开始后的一秒内被执行。
81.在一个或多个本公开主题的实施例中，从处理图像到产生错误信号的时间不超过1秒。在一个或多个本公开主题的实施例中，错误信号可为向放疗系统操作者的警告。在一个或多个本公开主题的实施例中，错误信号可为至放疗系统的关闭放射束的关闭信号。
82.在一个或多个本公开主题的实施例中，方法可包括照射后，通过执行2d剂量差异分析和伽马分析中的至少一个来进一步分析获取的epid图像。在一个或多个本公开主题的实施例中，基于进一步分析，第二错误信号可响应于确定剂量不足、剂量过多或剂量在ciao之外中的至少一个来产生。在一个或多个本公开主题的实施例中，第二错误信号可为向放疗系统操作者的警告，或者防止利用放疗系统进行进一步照射的互锁。
83.在一个或多个本公开主题的实施例中，方法可包括在照射之前，针对场预测总输出剂量图像(相对水剂量值)。在一个或多个本公开主题的实施例中，非一致性的图像表示可显示在epid图像中的一个上。
84.在一个或多个本公开主题的实施例中，处理图像帧流获取了场中epid处的绝对剂量测量结果。在一个或多个本公开主题的实施例中，图像帧流为连续流，例如电影流。
85.在一个或多个本公开主题的实施例中，系统可包括实时验证装置，配置为接收输出图像帧的流(例如电影流)并实时处理图像帧流以获取放疗场中成像装置中的剂量测量结果(相对水剂量值)。在一个或多个本公开主题的实施例中，验证装置可配置为分析相对于针对场的预定特征的剂量测量结果，并在如果剂量测量结果与一个或多个预定特征不一致时产生错误信号。
86.在一个或多个本公开主题的实施例中，系统可包括作为成像装置的epid，epid配置为通过检测离开患者的放射而产生所述图像流。在一个或多个本公开主题的实施例中，epid可包括背散射屏蔽。在一个或多个本公开主题的实施例中，epid没有背散射屏蔽，且系统配置为针对背散射校正epid图像。
87.在一个或多个本公开主题的实施例中，系统可包括具有源的放疗装置或系统，所述源产生放射束用于照射执行放疗的患者。在一个或多个本公开主题的实施例中，验证装置可配置为分析照射患者期间的剂量测量结果。在一个或多个本公开主题的实施例中，放疗装置或系统可配置为响应于所述错误信号而停止照射。
88.在一个或多个本公开主题的实施例中，系统可包括存储系统(例如包括一个或多个存储模块)用以存储被处理的图像帧流，并存储总输出剂量图像或值。在一个或多个本公开主题的实施例中，系统可包括显示装置，起操作地耦合于验证装置并配置为在输出剂量图像上显示非一致性的图像表示。
89.在一个或多个本公开主题的实施例中，射野剂量测定模块可配置为通过执行2d剂量差异分析和伽马分析中的至少一个来分析输出图像之一。
90.在一个或多个本公开主题的实施例中，实时验证装置配置为处理图像帧流以获取用于放疗场的绝对剂量测量结果。
91.在一个或多个本公开主题的实施例中，可提供非暂态计算机可读存储介质和计算机处理系统。在一个或多个本公开主题的实施例中，非暂态计算机可读存储介质可呈现为一系列编程指令用于验证来自放疗系统的放射剂量，呈现在计算机可读介质上的这一系列编程指令使得计算机处理系统执行一个或多个公开的方法。在一个或多个实施例中，获得的剂量测量结果为针对场的绝对剂量测量结果。
92.将意识到，上文描述的模块、流程、系统和装置可实施在硬件、由软件编程的硬件、存储在非暂态计算机可读介质中的软件指令、或者以上的结合。例如，可实施放射剂量验证的方法，例如采用处理器配置为执行存储在非暂态计算机可读介质中的一系列编程指令。例如，处理器可包括但不限于个人计算机或工作站或其他这种计算系统(例如包括处理器、微处理器、微控制器装置，或由包括集成电路的控制逻辑构成，集成电路例如为特定应用集成电路(asic))。指令可编译自源代码指令，源代码指令根据编程语言(例如java，c ，c#.net等)来提供。指令也可包括代码和数据对象，例如根据visual basic
tm
语言，labview或另一结构化或面向对象的编程语言来提供。与此相关的编程指令和数据的序列可被存储在非暂态计算机可读介质中，例如计算机存储器或存储装置，其可为任何适当的存储装置，例如但不限于只读存储器(rom)，可编程只读存储器(prom)，电可擦除编程只读存储器(eepeom)，随机访问存储器(ram)，闪存，磁盘驱动器等。
93.而且，模块、流程、系统和装置可实施为单个处理器或分布式处理器。进一步地，有利的是本文提及的步骤可执行在单个或分布式处理器上(单核和/或多核)。而且，描述在各附图中的以及用于本文实施例的流程、模块和子模块可分布于多个计算机或系统，或可在单个处理器或系统中同地协作。下面会提供示例性结构化实施例的替代方案，其适于实施本文描述的模块、部分、系统、方法和流程。
94.上文描述的模块、流程、系统和装置可实施为例如，程序化通用目的计算机，由微代码编程的电子装置，硬件接线模拟逻辑电路，存储在计算机可读介质或信号上的软件，光学计算装置，电子和/或光学装置的网络系统，专用计算装置，集成电路装置，半导体芯片，以及存储在计算机可读介质或信号中的软件模块或对象。
95.方法、流程、模块、装置和系统的实施例(或它们的子部件或模块)可实施在通用目的计算机上，专用计算机，可编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件，asic或其他集成电路，数字信号处理器，硬件接线电子或逻辑电路(例如离散元件电路)，可编程逻辑电路(例如可编程逻辑器件(pld)、可编程逻辑阵列(pla)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程阵列逻辑(pal)器件等)。通常地，任何能够实施上文描述的功能和步骤的流程可用来执行方法、系统、或计算机编程产品(存储在非暂态计算机可读介质上的软件程序)的实施例。
96.而且，本公开方法、流程、模块、装置、系统和计算机编程产品的实施例可易于在软件中全部或部分实施，例如采用对象或面向对象软件开发环境来提供可用在多个计算机平台上的便携源代码。替代地，本公开方法、流程、模块、装置、系统和计算机编程产品的实施例可在硬件中全部或部分实施，例如采用标准逻辑电路或超大规模集成电路(vlsi)设计。
其他硬件或软件可用来实施实施例，取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能、和/或使用的特定软件或硬件系统、微处理器或微计算机。方法、流程、模块、装置、系统和计算机编程产品的实施例可由本领域普通技术人员从本文提供的功能描述中，以及结合放疗系统、控制系统和/或计算机编程技术的一般基本常识，采用任何已知或后来开发的系统或结构、装置和/或软件，而实施在硬件和/或软件中。
97.本公开实施例的特征可在本发明的范围内被组合、重新排列、省略等，以产生其他实施例。而且，某些特征有时可在不用相应的其他特征的情况下被用于有利目的。
98.因此显然根据本公开，提供了用于放射剂量验证的系统、方法和装置。本公开也可实现很多替换、修改和变化。尽管特定实施例以及示出并详细描述以说明本发明的原理的应用，应理解的是，本发明可不偏离这些原理而以其他方式具体实施。因此，申请人旨在包括所有在本发明精神和范围之内的这些替换、改变、等同和变化。