专利名称：使用强度调制多重翼片准直器优化辐射治疗的系统与方法
技术领域：
本发明大致涉及辐射发射装置，更确切地说，其涉及高效供给辐射治疗的系统和方法。
为了控制朝向病人发射的辐射，在辐射源和病人之间的辐射束流轨迹上一般设置一个束流屏蔽装置，如薄片装置或准直器。薄片装置的实例为一套四个薄片，其能够用于限定辐射束流的开口准直器是一种束流屏蔽装置，其可包括多重翼片(例如相当薄的片或条)，翼片通常排列成相对的翼片对。薄片用相当致密不透辐射的材料作成并且通常可独立定位来限定辐射束流。
束流屏蔽装置在病人区域上限定一个照射区，对该区将供给规定数量的辐射。通常的治疗区形状为包括正常组织区段的三维治疗体积，因而限制了能够给予肿瘤的剂量。如果被照射正常组织的数量减少并且供给至正常组织的剂量也减少，那么供给至肿瘤的剂量就能够增加。避免把辐射传送给肿瘤周围和覆盖肿瘤的健康组织则限制了能够供给肿瘤的剂量。
辐射治疗装置的辐射供给一般由肿瘤医生开出处方。处方是对特定体积和对该体积允许供给辐射水平的限定。但是，辐射设备的实际操作通常由治疗师进行。对辐射发射装置进行编程来提供肿瘤医生规定的具体治疗。进行对治疗装置编程时，治疗师必须考虑实际的辐射输出，同时必须根据薄片装置的开口来调节剂量供给以便在所要求的靶内深度达到规定的辐射治疗。
辐射治疗师的任务就是要确定最佳的照射区数和强度水平使剂量体积柱状图优化，柱状图限定待供给至某一具体体积的累积辐射水平。典型的优化工具通过考虑肿瘤医生的处方或待供给剂量的三维技术要求使剂量体积柱状图优化。在这种优化工具中，三维体积被分成区格，每个区格限定待供给的特定辐射水平。优化工具的输出为强度图，其通过改变图中各区格的强度来加以确定。强度图规定了限定各区格优化强度水平的若干个区。区可以进行静态或动态调制，这样在区内的不同点就接收到不同的累积剂量。一旦根据强度图已经供给辐射，那么在各区格的累积剂量或剂量体积柱状图就应当尽可能接近与处方一致。
在这种强度调制中，结(junction)可能出现在由与第二个非交叉区共用的翼片梢所限定的边界之间，而第二个非交叉区是由准直器设置中与第一区边界正交的翼片所形成。这就引起了欠剂量效应并减低了强度图中某些位置上的分辨率。
因此，需要一种系统和方法用来在消除可能在正交区之间结处出现的欠剂量效应的同时又达到空间分辨率较高的强度调制辐射治疗。
本发明的方法通常包括限定接受辐射供给目的物上的照射区。该区包括多个区格，每个区格有限定的治疗强度水平。将区格组合形成一矩阵，其至少有一个尺寸近似等于准直器翼片的宽度，而准直器翼片则能够阻挡从辐射源发射的辐射。该方法进一步包括把矩阵分解成正交矩阵并且通过选择使结效应最小的正交矩阵组合使辐射供给优化。
本发明的系统通常包括准直器，准直器有多重翼片阻挡来自源的辐射并限定辐射源与目的物之间的开口。系统进一步包括处理器，其用来接收包括多个区格的矩阵而矩阵至少有一个尺寸近似等于准直器翼片之一的宽度，把矩阵分解成正交矩阵，以及通过选择使结效应最小的正交矩阵组合来实现辐射输出供给的优化。
上面是现有技术中某些缺欠和本发明优点的简要说明。本领域的熟练技术人员从下面的说明，附图，以及权利要求将会明显地看到本发明的其他特点，优点，以及实施方案。
图1为根据本发明实施方案的辐射治疗装置和治疗控制台以及治疗装置内处于治疗位置病人的示意图。
图2为方框图，其说明图1辐射治疗装置的各组成部分。
图3为简图，其说明图1辐射治疗装置中处于治疗位置的多重翼片准直器的翼片。
图4为简图，其说明位于强度图中的区格。
图5为矩阵分解成零度矩阵分量和九十度矩阵分量的示意图。
图6是为应用图5零度矩阵规定剂量所形成的相对翼片对的平面视图。
图7是为应用图5九十度矩阵规定剂量所形成的相对翼片对的平面视图。
图8为宏矩阵示意图，用于说明本发明优化方法的实例。
图9为图8宏矩阵的两个微矩阵示意图。
图10为根据图9微矩阵形成的匀矩阵示意，其在优化方法中使用。
图11为根据图9微处理矩阵形成的微梯度矩阵示意图，其在优化方法中使用。
图12说明图11微梯度矩阵分解成零度偏移和九十度偏移矩阵。
图13a-13h说明根据图10匀矩阵各种可能的零度偏移和九十度偏移匀矩阵。
图14a-14h说明优化方法中定义的并用来确定最佳治疗供给过程的各种可能的总矩阵。
图15a说明未移动的分量图。
图5b说明在零度偏移和九十度偏移方向移动2.5mm后的图15a的分量图。
图16为分解成有两个结的分量图的矩阵实例。
图17说明经改进去掉结后图16的分量图。
相应的参照符号表示贯穿附图几个视图的相应部分。
现在参照附图，首先参看图1，其示出本发明的辐射治疗装置且总体上以20表示。辐射治疗装置20包括治疗头24内的束流屏蔽装置(未示出)机架26内的控制单元，其与治疗处理单元连接，后者总体上以30表示。辐射治疗装置进而包括转动臂3b，其在治疗过程中可围绕轴线A旋转转动。固定头24固定在转动臂3b上与其一起运动，而直线加速器则处在转动臂内产生高功率辐射用于治疗。从直线加速器发射的辐射通常沿轴线R外延。电子，光子，或任何其他可探测辐射都可以用于治疗。治疗期间，辐射束流聚集在目的物P(例如待治疗的病人)的区域Z上。待治疗的区域处在由转动臂3b的转动轴线A，治疗台38的转动轴线下，以及辐射束轴线R的交叉点处所限定的等角点处。转动臂36可提供不同的束流角度和辐射分布而不必移动病人。
使用治疗处理单元30将信息如辐射强度和治疗位置输入进辐射治疗装置20并输出数据对治疗进行监测。处理单元30包括输出装置如可视显示监测器40和输入装置如键盘42。治疗处理单元30一般由治疗师操作，其根据肿瘤医生的处方实施辐射治疗的实际供给。治疗师使用键盘42把限定待供给给病人辐射剂量的数据输入进处理单元30。数据还可以通过其他输入装置输入，例如通过数据储存装置输入。各种类型的数据在治疗前及治疗期间都能够在显示监测器40的屏幕上显示出来。
图2是辐射治疗装置20的方框图，其更详细地示出治疗处理单元30的各组成部分。电子束流50在电子加速器中产生，电子加速器总的用52表示。电子加速器52包括电子枪54、波导管56、以及真空壳体或导向磁铁58。触发系统60产生出注入器触发信号并且将信号供给至注入器62。根据这些注入器触发信号，注入器62产生出注入器脉冲，这些脉冲再馈送给加速器52中的电子枪用来产生电子束流50。电子束50通过波导管56加速并导向。为此目的，提供一个高频源(未示出)，该源提供高频信号来产生供给波导管56的电磁场。由注入器62注入并由电子枪54发射的电子通过波导管56中的电磁场加速并且在与电子枪54相对的一端输出而形成电子束50。然后电子束50进入导向磁铁58，并经磁铁导向沿轴线R穿出窗口64。在通过电子模式下的散射箔66(或光子模式的靶)以后，束流50穿过屏蔽块70的通道68并打到电子模式下的第二散射箔72(或光子模式时的平坦滤光器)。接着束流穿过测量室74，在测量室中确定测量。
总体上以80表示的束流屏蔽装置设置在束流50的通道上以限定辐区81(图2和3)。束流屏蔽装置80包括多个相对放置的薄片或翼片82a-I和84a-I，为简化起见，图2中仅示出其中的两个。图3说明多重翼片准直器的翼片82a-i和84a-i(组成翼片对82a和84a，82b和84b，...82i和84i)，准直器安装在辐射源与病人之间并定位以便通过限制电子束50来限定治疗区。翼片82a-i和84a-i的宽度通常为1厘米而且发射的辐射基本上不能穿透，所以翼片保护健康组织不受到辐射。
翼片82a-i和84a-i通过驱动单元86(图2中只对薄片82a示出)能够在大体上与轴线R垂直的方向上移动以改变照射区的大小。所以在区上的辐射分布无需均匀(即，一个区域受照射的剂量可以比另一个区域高)。驱动单元86包括电动机，其接至薄片82a并由电机控制器90进行控制。位置传感器92，94也分别连接至薄片82a，84a用于检测其位置。驱动单元86驱动薄片82a进出治疗区，从而建立所需要的区形状。
电机控制器90连接至剂量控制单元96，剂量控制单元96包括与中央处理器28连接的剂量控制器，其为得到给定的等剂量曲线(图2)提供辐射束流的设定值。辐射束流的输出用测量室74测量。根据设定值与实际值之间的偏差，剂量控制单元96把按某一已知方式改变脉冲重复频率的信号提供给触发系统60从而使辐射束流输出的设定值与实际值间的偏差减至最小。病人吸收的剂量由准直器薄片82a、84a的移动决定。中央处理器28控制程序的执行和准直器薄片82a、84a的开启与关闭以便根据所需要的辐射强度分布来供给辐射。中央处理器28可包括例如美国专利No.5,724,403中所述的其他特点，该专利在此全部引入作为参考。
当然，辐射治疗装置可以与这里说明和示出的装置不同而又不偏离本发明的范围。提供上治疗装置20是作为用来提供由下述优化方法开展治疗的装置实例。
下面说明使辐射治疗优化的方法。首先说明优化治疗方法，其通过减少供给调制辐射治疗所需的区段数来使治疗优化，然后说明如何同时使可能的结效应数目和区段数减至最小。在使结减至最小而使欠剂量效应减小的同时区段的减少也使供给时间变短。如下面所述，最小化通常是通过减小分量强度图中的高翼片方向梯度来达到的。
图4说明强度图，具有多个1cm×1cm的宏区格100(用黑实线表示)，宏区格又分成四个5mm×5mm的微区格102(用虚线表示)。用5mm×5mm的微区格102将宏区格100转换成两个正交的强度图(分量图)，一个的分辨率为5mm×10mm，而另外一个的分辨率为10mm×5mm。1999.1.20由Siochi提出的美国专利申请系列No.09/234,364中说明了把温度图分成为四个5mm×5mm微区格102的组合的方法实例，该专利申请在此全部引入作为参考。这种5mm×5mm微区格102的组合便于使用如图3所示的翼片为一厘米的多重翼片准直器进行区分辨率为5mm×5mm的治疗。
图5说明矩阵实例，其总体上用104表示，矩阵由强度图构成，强度图由四个5mm×5mm的微区格106、108、110、112组成。各微区格106、108、110、112表示待辐射治疗区的一部分。各微区格106、108、110、112里的数字(0、1、1、2)分别代表区内位置的辐射强度水平并且表示监测单元(mu)或相对监测单位强度数(例如，1×102mu)。为了对强度图提供5mm×5mm的分辨率，矩阵104分解成两个正交矩阵116、118，其分辨率分别为1cm×5mm和5mm×1cm。那么使用翼片宽度为一厘米的多重翼片准直器就可以提供分辨率为5mm×5mm的强度图。例如，可以使用如图6所示定位的一对翼片97、98来提供图5矩阵116中所示的图中强度。辐射剂量(例如1mu)加到相应于矩阵104之微区格108和112的区上。然后把准直器转动约九十度提供矩阵118中所示的图中强度，而翼片位置如图7所示。由于准直器转动了九十度，故辐射剂量(例如，1mu)就加到了相应于矩阵104之微区格110和112的区上。两次辐射应用的结果是2mu剂量加到了相应于微区格112的区上，1mu剂量加到相应于微区格108和110的区上，而没有辐射剂量加在相应于微区格106的区上。这样矩阵104分解成正交矩阵116和118就提供出使用一厘米宽准直器翼片时5mm×5mm分辨率的治疗。
在下面的说明中，原有的输入强度图定义为宏矩阵，宏矩阵内四个微区格的组合定义为微矩阵(或矩阵)。为了使强度图分解成正交图，微矩阵(矩阵)100各列的竖直梯度必须彼此相等而微矩阵各行的水平梯度也必须彼此相等(图4)。这就在一个准直器设置的一个翼片对和正交准直器设置的另一个翼片对交叉的下方提供出1cm×1cm的区域。例如，如果拥有区格102(示于图4)的微矩阵的水平梯度相等，那么下述方程一定成立b-a＝d-c；其中a，b，c，d是与图4微矩阵102中位置相对应的强度值。同样，如果竖直梯度相等，那么下面的方程一定成立c-a＝d-b下面说明限定两个正交图的方法，零度图与零度偏移准直器设置一起用，而九十度图与正交准直器设置一起使用。强度图有几种可能的分解来建立两个正交图。可以使用下述的优化方法求出这些分解，这些分解提供最短的供给时间使整个治疗时间变得最短同时增加辐射治疗装置的使用寿命。最好通过优化方法选择水平梯度(只对零偏移图)和竖直梯度(只对九十度偏移图)之和最低的正交图来提供产生高效治疗方法的矩阵。下面的实例使用由二乘四矩阵(图8)代表的强度图，但是，强度图的大小可以与这里所示的不同并且可以使用各种大小的矩阵加以变换。另外，如果要求不同的分辨率的话。强度图还可以分成为大小不同于5mm×5mm的微区格。例如，每个宏区格可以分成为九个微区格，在这种情况下，强度图可以以分辨率为1cm×1/3cm和1/3cm×1cm的两个正交强度图来提供(见，例如上面参考过的美国专利申请系列No.09/234,346)。此外，还可以使用翼片宽度不同于1cm的多重翼片准直器，而且相应微区格的大小将是1/n乘以翼片宽度(其中n为正整数，例如2或3)。
图8示出有八个区格的宏矩阵V，每个区格用该区格所在的行(i)和列(j)标记。例如，左上方区格130标记为V1，1(i＝1，j＝1)而右下方区格标记为V2，4(i＝2，j＝4)。宏矩阵V可以分解为匀矩阵U和微梯度矩阵M。从各组合所有四个区格(微矩阵)中减去它们之中的最小值就组成了微梯度矩阵M。这样，微梯度矩阵M在每组四个区格(微矩阵)中将至少有一个零。然后用该最小值建立匀矩阵U，原矩阵V，匀矩阵U和微梯度矩阵M之间的关系如下；V＝U+M首先将宏矩阵V分解成微矩阵v1，1和v1，3，每个由四个微区格组成(图9)。在下面的说明中，微矩阵v1，2和v1，3用位于宏矩阵V左上角的区格(即，区格1，1和1，3)标记，而微矩阵内单独的区格用宏矩阵V中其原区格位置(i，j)标记。然后微矩阵v1，1和v1，3可以分解成匀矩阵u1，1，u1，3(图10)和微梯度矩阵m1，1，m1，3(图11)。匀矩阵由具有其微矩阵v最小强度值(即，对矩阵v1，1为1，对矩阵v1，3为3)的区格组成。因此，匀矩阵u1，1和u1，3可以定义如下u1，1＝Min(v(2，2)，v(2，1)，v(1，2)，v(1，1))；及u1，3＝Min(v(2，4)，v(2，3)，v(1，4)，v(1，3))匀矩阵ui，j内所有的元都与其微矩阵vi，j的最小值相等u(2，2)＝u(2，1)＝u(1，2)＝u(1，1)；及u(2，4)＝u(2，3)＝u(1，4)＝u(1，3)微梯度矩阵mi，j的微区格作为各自微矩阵vi，j区格和匀矩阵ui，j区格之间的差计算如下m1，1(i，j)＝v1，1(i，j)-u1，1(i，j)；及m1，3(i，j)、v1，3(i，j)-u1，3(i，j)。
匀矩阵u1，1，u1，3和微梯度矩阵m1，1，m1，3各自分解成两个正交子区，一个零偏移区0ui，j，0mi，j(用于准直器取向与原输入矩阵相同的情况)和一个九十度偏移区90ui，j，90mi，j(应用于准直器相对于原输入矩阵的准直器取向转动九十度的情况)。零偏移区和九十度偏移区可以定义如下mi，j＝0mi，j+90mi，j；及ui，j＝0ui，j+90ui，j。
图12示出九十度偏移区90m1，1，90m1，3和零度偏移区0m1，1，0m1，3的微梯度矩阵。九十度偏移区矩阵90m1，1，90m1，3各自的分辨率都是5mm×1cm(即，形成的矩阵使行元彼此相等)。零度偏移区矩阵0m1，1，0m1，3各自的分辨率都是1cm×5mm(即，形成的矩阵使列元彼此相等)。通过分别取微梯度矩阵m1，1和m1，3每行中的最小区格值并把该行的另一区格置于同一数值来确定九十度偏移区矩阵90m1，1，90m1，3的区格值。通过求出每列的最小值并对该列的另一区格使用同一数值来确定零度偏移区矩阵0m1，1，0m1，3的区格值。
由于匀矩阵ui，j沿行和列的梯度相等，它们不必进行分解而能够与微梯度零偏移区0mi，j联合提供。虽然这对单个的微矩阵v是最佳解，但在考虑到周边的微矩阵时它却不是最有效的解。因此，提供一部分含九十度偏移区90mi，j的匀矩阵ui，j可能更为有效。与零度偏移区0mi，j一起提供的量就变成为参数zi，j，其用在优化计算中，它的数值从零直至微矩阵vi，j的最小值(即，ui，j的区格值)。因此参数zi，j对各矩阵ui，j能够限定如下0ui，j(1，1)＝0ui，j(1，2)＝0ui，j(2，1)＝0ui，j(2，2)＝zi，j；zi，j＝0，1，...，qi，j；其中qi，j＝vi，j的最小区格值。
优化问题中的参数与微矩阵一样多。改变优化参数zi，j可以形成许多不同的分解结果。图8宏矩阵V可能的零度和九十度偏移匀矩阵0u1，1，0u1，3，90u1，1，90u1，3的实例示于图13a-13h。
参数zi，j可以使用标准的优化算法诸如模拟退火法，最小二乘法，或单向下倾法(在剑桥大学出版社1992年由Vetterling，Press，Flanny，以及Teukolsky所写的“第三已知数的数字方法”中有说明)进行选取。也可以使用其他优化方法。如果优化算法要求起点的话，可以使用zi，j＝qi，j/2。
优化涉及到根据治疗供给时间来改变所有的zi，j参数并对解进行评估。由于这是一个计算昂贵非常复杂的函数，所以恰当的近似就是取沿着九十度和零度偏移区中所用翼片的翼片运动方向的正梯度最大总和。对零度偏移区沿着总零偏移矩阵的行求和，而对九十度偏移区则沿着九十度偏移矩阵的列求和。那么，零度偏移和与九十度偏移和的总和就变成为用来选取最好参数组的函数。这个总和最好减至最小。
为了计算正梯度，在矩阵各行和列的开头插入一个零。然后把相邻区格之间的正梯度加起来计算出梯度。表1示出对矩阵两行A，B的正水平梯度计算实例。第一行A的总正梯度为2(第一微区格为0-1(+1)，第三微区格为0-1(+1))。行B的总正梯度为1(第一微区格为0-1(+1))。
表1
为了计算整个宏矩阵V的正水平和竖直梯度，各微梯度矩阵0m1，1，0m1，3，90m1，1，90m1，3和匀矩阵0u1，1，0u1，3，90u1，1，90u1，3要加在一起组成微矩阵0v1，1，0v1，3，90v1，1，90v1，3。把零度偏移微矩阵0v1，1，0v1，3组合(即，彼此邻接放置)形成总零度矩阵0T，把九十度偏移微矩阵90v1，1，90v1，3组合形成总九十度矩阵90T。总矩阵可以定义为0T＝0U+0M90T＝90U+90M图14a-14h示出总零度和总九十度偏移矩阵0T，90T，其与图13a-13h中所示的不同的可能匀矩阵相对应。把跨越总零度矩阵0T所有行的最大水平梯度相加和把跨越总九十度矩阵90T所有列的最大梯度相加来计算出总梯度G。优化情况是总梯度最低的情况(即，在图14a，14b，14f，以及14g中G＝6时的情况)。可以使用几种方法从总梯度最低的总矩阵组合中选择出最终总矩阵。一种方法包括使用一系列的破结函数(tie breaking function)选择最终强度图。例如，可以使用的一个破结函数是在所有翼片方向上所有梯度的总和，而不只是最大值。因此，如果该函数用R标记，那么图14a中的矩阵为R＝12，图14b矩阵R＝11，图14f矩阵R＝12，及图14g的矩阵R＝11。于是只有图14b和14g中所示的矩阵结合在一起。这两个矩阵然后可以构成另外一个函数如最大水平梯度和最大竖直梯度之间差的绝对值。将此函数定义为D，那么图14b的矩阵为D＝3-3＝0，图14g矩阵的D＝4-2＝2。因为图14b的矩阵有较低的函数值D，故选它作为最终矩阵。
如前面讨论的那样，在选择最佳强度图时要看到的另一个因素是因结而产生的欠剂量效应。结出现在由与第二个非交叉区边界共用的翼片梢所限定的边界之间，而该第二个非交叉区的边界则是由准直器设置中与第一区边界正交的翼片边所形成。欠剂量效应常常发生在正交区之间的这些结处。因舌榫结，对口线，或转动结可能出现欠剂量。用来供给强度图的两个区段之间所共用的结会导致舌榫效应。一单个翼片对内共用结的两个区段会引起对口线效应。在由一个准直器设置中的翼片边限定的区边界为由另一准直器设置中的翼片梢限定的区边界所共用时会出现转动结效应。通过适当排序可消除舌榫效应而对口线效应通过稍许移动翼片使半影50％的点移至几何区的边缘则能加以校正。转动结效应不能通过适当排序消除，但可以通过翼片位移予以校正。
把强度图网格在翼片运动方向移动半个原有间隔可以避免结。例如，图15a说明分量图200，202，图的等角点位于图的网格线上。在图15a和15b中，X表示等角点的位置，实线代表零偏移分量图，虚线形成九十度偏移分量图的网络，而划阴影的方形代表由翼片边缘所界定的微矩阵。未移动的分量图200，202其网格线与翼片边缘和等角点对齐。在图15b中，分量图在图15a箭头的方向上移动了2.5mm(例如，半列和半行的间隔)，所以等角点在区格的中心而不在网格线上。这种几何形状避免了结效应，因为各分量图的网格线在正交方向上未与翼片边界对齐。如果分量图几何形状的移动与前述的优化过程一起进行的话，那么该几何形状最好在计划阶段之前就加以限定。
使结最小的另一方法是把区分成如上所述的正交分量，并在未去除的结处稍许移动翼片位置来避免欠剂量效应。例如，出现在由与第二个非交叉区边界共用的翼片梢所限定的边界之间的结数也可以用作为为把区段数减至最少的上述优化方法中的破结函数，而该第二个非交叉行的边界则由准直器设置中与第一区边界正交的翼片边所形成。下面说明在使区段数减至最少的同时使结减至最少的方法。
图16示出分量强度图210、212，其分别有由微区格包围的中心微矩阵214，216。在中心微矩阵214左侧的两个微区格220，222都有结(用黑线表示)。为了供给零度强度图，区段其中之一的中心右翼片梢将在结处(中心左翼片梢在第二列中1S对的左侧)。为了供给九十度偏移强度图，头两列中的数值1必须与第二个两列中的数值1同时供给而把数值1和3(而不是2和4)留在中心微矩阵中。为供给本微矩阵的余项，翼片必须完全挡住第一和第二列。因此，至少一个区段使正交强度图中的翼片边缘限定了供给中心微矩阵的区的左边界。左边界的位置与供给由零度偏移图第二列中1S对所限定的区所要求的右边界的位置相同。因为这一边界处在同样的地方，故其成为结。由于此边界应用于两个5mm×5mm的微区格220，222，所以有两个结。这两个结出现在跨结梯度与零度偏移图210相比在九十度偏移图212中有不同的地方。
再参看图16，在零度偏移图210中从左至右跨越结的梯度在减小(1-0)，而在九十度偏移图212中跨越同一结的相应梯度在增加(0-2)。在不满足下述条件的地方求出结的位置；如果ΔT0(i，j)≥0那么0≤Δ0T(i，j)≤ΔT0(i，j)如果ΔT0(i，j)＜0那么0≥Δ0T(i，j)≥ΔT0(i，j)如果ΔT90(i，j)≥0那么0≤Δ90T(i，j)≤ΔT90(i，j)如果ΔT90(i，j)＜0那么0≥Δ90T(i，j)≥ΔT90(i，j)其中ΔT0(i，j)＝T(i，j)-T(i，j-1) j＞0时＝T(i，j)j＝0时ΔT90(i，j)＝T(i，j)-T(i-1，j) i＞0时＝T(i，j)i＝0时i，j＝0，2，4，---如果J(P(k，I))定义为已知P(k，I)时存在的结数，Pi为目前参数值，Pf为参数改变后的参数值，及ΔJ为结的改变数目，那么下面的量为减少结数就需减至最小ΔJ＝J(Pf)-J(Pi)由于对强度图通常得到的可能性数目很大，所以最好使用优化办法把供给强度图所需的结数和区段数减至最小。下面说明选择最终配置的一个实例。
可以选择初始配置，例如其中零度偏移图和九十度偏移图的均匀分量相同。然后，检验0T各行和90T各列中的正梯度和并求出具有最大值的阵列(即，行或列)。如果有结，那么通过选取峰数最少的阵列来破结(因为这些阵列变化的潜力最大)。如果还存在结，则选取结条件数目最大的阵列。在阵列内，标标出对结数目影响最大的微矩阵(即，使方程ΔJ＝J(Pf)-J(Pi)最小)。如果存在结，那么看到的便是跨微矩阵边界的梯度，因为微矩阵内的梯度不受均匀分量变化的影响。如果这些梯度间差的绝对值大而且梯度的符号相反，那么通过改变均匀值减小这些梯度间的差，就展平了峰与谷。这可以表示如下|Δ0Tp(i，j)||Δ90Tp(i，j)|Δ0Tp(i，j)＝Δ0T(i，j)-Δ0T(i，j+2)Δ90Tp(j，j)＝Δ90T(i，j)-Δ90T(i+2，j)再参照图16，根据上述方程，在90T的中间列下降到中心微矩阵的梯度是90T(2-1)＝1，而离开中心微矩阵的梯度是(0-4)＝-4，其结果差为5。因为这个数字是正的，它表示存在峰，而均匀值需降低以减小这个峰。在这个阶段的均匀值为2。将其减至1，则修正了分量强度图，结果形成如图17所示的图250，252。消除了结并得到了较低的供束时间。
在求出选定阵列内的微矩阵之后，该微矩阵的均匀值可以改变跨微矩阵梯度差的几分之一(例如，1/2或更小)。通过对结数计数和把确定供给时间的零度偏移图和九十度偏移图分段来评估新的配置，因为最大正梯度和不考虑分段限制如消除舌榫效应。如果配置产生较好的结果，就将其保持；否则就将其略去并取消参数的变化(即，均匀值的调整)。虽然把已被选定的微矩阵排除在外，优化要通过选择要改变的那个微矩阵仍要进行几次重复。在达到没有改进重复的限度时，优化过程就完成了。
虽然根据所示的实施方案已对本发明进行了说明，但是本领域的任何普通技术人员都易于看到可以对实施方案有一些改变并且这些改变是在本发明的构思与范围之内。因此，本领域的任何普通技术人员都可以进行许多修改进而又不偏移所附权利要求的构思与范围。
权利要求
1.控制从辐射源(20)至目的物辐射供给的方法，其包括在辐射供给目的物上限定一个区，该区包括多个区格(102)，每个区格都有限定的治疗强度水平；将区格组合来形成多个矩阵(100)，每个矩阵至少有一个尺寸近似等于准直器翼片(97，98)的宽度，翼片能够阻挡从辐射源发射的辐射；将每个矩阵分解成正交矩阵；通过把各矩阵的正交矩阵组合并选取将结效应减至最小的组合使辐射供给优化。
2.权利要求1的方法，其中使结效应减至最小包括使转动结效应减至最小。
3.权利要求1的方法，其中使结效应减至最小包括移动正交矩阵使相对矩阵的等角点重新定位。
4.权利要求1的方法，其中使结效应减至最小包括修改对结数有最大影响的矩阵。
5.权利要求4的方法，该方法进一步包括评估跨越相邻矩阵的梯度。
6.权利要求1的方法，其中使供给优化包括选取竖直和水平梯度最小的正交矩阵组合以及其中使结效应减至最小包括修改所选定的正交矩阵组合。
7.权利要求1的方法，其中把矩阵分解成正交矩阵包括把矩阵分解成匀矩阵，匀矩阵由区格(102)组成，每个区格的强度水平与该矩阵的最小区格强度水平相等，以及微梯度矩阵，其区格等于矩阵区格的强度水平减去匀矩阵的相应区格。
8.权利要求7的方法，该方法进一步包括分解匀矩阵形成多个正交匀矩阵。
9.权利要求8的方法，该方法进一步包括分解微梯度矩阵形成两个微梯度正交矩阵。
10.权利要求9的方法，其中使辐射供给优化进一步包括将匀正交矩阵相加和微梯度正交矩阵相加来形成所说的正交矩阵，并且把各个矩阵的正交矩阵组合形成总的正交矩阵。
11.权利要求1的方法，该方法进一步包括限定辐射源(20)与目的物上的区之间的开口，所说的开口由根据所选正交矩阵定位的至少两个准直器翼片(97，98)限定。
12.权利要求11的方法，其中区格(102)各自的宽度和高度大约为准直器翼片(97，98)宽度的一半。
13.权利要求12的方法，其中各准直器翼片(97，98)的宽度约为一厘米。
14.权利要求13的方法，其中区格(102)各自的宽度和高度均为5毫米。
15.权利要求11的方法，其中开口便于供给分辨率约为翼片(97，98)宽度一半的辐射。
16.权利要求1的方法，其中将区格组合包括将四个方区格(102)组合来形成矩阵(100)。
17.权利要求1的方法，其中正交矩阵各自在第一方向上的分辨率约等于翼片(97，98)宽度，而在第二方向上的分辨率要高于在第一方向上的分辨率。
18.权利要求17的方法，其中第二方向通常与第一方向正交。
19.权利要求1的方法，其中使辐射供给优化进一步包括评估正交矩阵的竖直和水平梯度。
20.控制从辐射源(20)至目的物的辐射输出的系统，所说的目的物上有一个限定辐射供给的区，所说的区包括多个区格(102)，区格都有预先限定的治疗强度水平，系统包括准直器(80)，具有多重翼片(82a，84a)阻挡来自源的辐射并且在辐射源和目的物之间限定一个开口；及处理器，其用于接收区格，将部分区格组合形成矩阵(100)，矩阵至少有一个尺寸约等于准直器翼片之一的宽度，把矩阵分解成正交矩阵，以及通过从各矩阵组合成正交矩阵并选取使结效应最小的正交矩阵的组合来使辐射供给优化。
21.权利要求20的系统，其中多重翼片准直器(80)的翼片(82a，84a)各自宽度约为一厘米。
22.权利要求20的系统，其中区格(102)的宽度和高度约为准直器翼片(82a，84a)宽度的一半。
23.权利要求20的系统，其中翼片(82a，84a)在大致与辐射供给方向相垂直的第一方向上可移动以在辐射源(20)和目的物间形成开口，开口由根据所选正交矩阵定位的准直器翼片中的至少两个翼片加以限定。
24.权利要求23的系统，其中翼片(82a，84a)在大致与供给方向和第一方向相垂直的第二方向上可移动。
25.权利要求23的系统，其中可操作多重翼片准直器(80)来提供分辨率均为翼片(82a，84a)宽度一半的辐射治疗。
26.权利要求20的系统，其中矩阵(100)的竖直梯度彼此相等，该矩阵的水平梯度也彼此相等。
27.权利要求20的系统，其中可操作处理器来选取竖直和水平梯度最小的正交矩阵组合并对所选正交矩阵组合进行修改使结效应最小。
28.控制从辐射源至目的物的辐射供给的方法，其包括在辐射供给目的物上限定一个区，该区包括多个区格(102)，每个区格都有限定的治疗强度水平；将区格组合形成多个矩阵(100)，每个矩阵至少有一个尺寸约等于准直器翼片(97，98)的宽度，翼片能够阻挡发射自辐射源的辐射；将各矩阵分解成正交矩阵；及通过移动正交矩阵对相对于矩阵的等角点重新定位使辐射供给优化。
29.限定强度图的方法，强度图用于自辐射源(20)至目的物的辐射供给，该方法包括限定辐射供给目的物上的区，该区包括多个区格(102)，每个区格都有限定的治疗强度水平；将区格(100)组合形成多个矩阵；将各矩阵分解成正交矩阵；及通过选取使结效应最小的正交矩阵组合来建立强度图。
全文摘要
公开了控制从辐射源(20)至目的物的辐射供给的系统和方法。该法包括限定辐射供给目的物上的区。该区包括多个区格(102)，每个区格都有限定的治疗强度水平。将区格组合形成矩阵(100)，矩阵至少有一个尺寸约等于准直器翼片(97，98)的宽度，翼片能够阻挡发射自辐射源的辐射。该方法进一步包括把矩阵分解成正交矩阵和通过选取使结效应最小的正交矩阵组合使辐射供给优化。
文档编号A61N5/10GK1408450SQ0214377
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月28日 优先权日2001年9月28日
发明者R·A·C·西奥赤 申请人:美国西门子医疗解决公司