在放射治疗系统中校准定位系统的方法

专利名称：在放射治疗系统中校准定位系统的方法
技术领域：
本发明涉及放射治疗领域。特别地，本发明涉及一种在放射治疗 系统中校准定位系统的方法，所述放射治疗系统包括具有固定射线焦 点的放射治疗单元。
背景技术：
近些年来，外科手术技术发展有了很大进步。例如，对于需要脑 外科手术的患者，可以进行非侵入式外科手术，这些手术仅给患者带 来很小的创伤。
一种非侵入式外科手术系统以Leksell Gamma Knife⑧的名称出 售，该系统提供利用伽马射线的这种外科手术。所述射线从大量固定 放射源射出，并通过准直仪向限定的目标或治疗区聚焦，所述准直仪 即通道或管道，以用于获得一束限制的横截面。每个放射源提供一定 剂量的伽马射线，其量不足以损伤中间的组织。然而，在所有放射源 的射线束相交或会聚的位置会出现组织破坏，使得射线达到可破坏组 织的程度。会聚点在下文中被称作"焦点"。这种伽马射线装置在 US4，780,898中提及并描述。
在已知系统中，患者的头部被固定在定位系统中，其中该患者的 头部被保持在立体定向仪器上不动，该仪器限定出头部治疗区的位置， 并且该定位系统移动立体定向仪器和头部，以使治疗区的位置与焦点 重合。换句话说，当在焦点上定位治疗区时，仅有患者的头部移动。 因此，将被移动的部分的大小和重量，即患者的头部连同立体定位仪 器的大小和重量，被明确地限定并且位于有限的范围内。用于提供所 述运动的电机能够靠近立体定向仪器安装或者安装在立体定向仪器 上，并且所述定位系统的偏差可以保持很小。该系统的缺点是在患者 的头部运动而身体保持静止时，患者可能会感到一些不适。特别是在
实际手术中头部运动时，例如US5,528，651中所述。
因此，在脑外科手术中需要一种放射治疗系统，其中在将治疗区 定位到焦点期间，患者被整体运动。然而，这样一种系统需要一个能 够适应所有尺寸患者的定位系统，范围从嬰儿到身高超过两米体重 200千克的患者。为了实现将治疗区定位到焦点的足够精确度，对于 包括在患者定位系统中的结构部件要求极小的公差。
此外，由于患者是整个移动而不只是头部移动，提供患者运动的 电机和线性引导系统必须以比常规放射治疗系统距焦点更远距离地布 置。典型地，在电机、导轨和焦点之间较大的距离进一步增强了对于 较小公差的需求。由于改进的结构公差通常导致制造成本的增加，特 别是当制造包括协同操作运动部件的系统时，这种定位系统制造起来 将非常昂贵。

发明内容
本发明的目的在于提供一种校准放射治疗系统中的定位系统的改 进方法。
该目的和其他目的可通过提供一种具有独立权利要求中限定特征 的校准方法来实现。优选实施例在从属权利要求中限定。
根据本发明的第 一方面，提供一种校准放射治疗系统中定位系统 的方法，该放射治疗系统包括放射治疗单元、用于相对于固定单元使 患者的治疗区固定的固定单元，以及用于相对于放射治疗单元的固定 焦点定位患者的治疗区的定位系统，所述放射治疗单元具有固定射线 焦点，所述定位系统包括用于与放射治疗单元刚性接合的固定框架， 用于支撑和移动患者整体的可移动托架，至少一个用于提供托架沿三 个基本正交运动轴运动的电机，用于控制所述电机的控制系统以及至 少一个接合点，其用于可释放地安装所述固定单元，使其与定位系统 固定地相接合。所述校准方法包括以下步骤提供相对于固定单元而 定义的固定单元坐标系，其中固定单元坐标系布置成用于确定治疗区， 确定托架运动轴的线性度误差和所述运动轴与所述固定单元坐标系之 间的角度偏移量，由此可确定所述固定单元坐标系的轴与定位系统的
运动轴之间的关系，安装定位系统，使其与放射治疗单元呈固定的关 系，并且确定放射治疗单元相对于患者定位系统的射线焦点，并由此 还可确定所述焦点与所述固定单元坐标系之间的关系。
因此，本发明基于确定患者定位系统的运动轴和坐标系之间的角 度和逸']t^误差的逸解t其中所述坐标系毺定了治疗区，并进一步确 定相对于患者定位系统的射线焦点。相应地，焦点相对于确定治疗区 的坐标系的位置可通过患者定位系统来提供。因此，对于定位系统中 确定的角度和线性偏差，通过利用在放射治疗期间定位系统运动轴的 运动或定位过程中所获取的补偿偏差信息，能够实现在患者体内相对 于射线焦点恰当地和精确地定位治疗区。
本发明的一个主要优点是患者定位系统的运动轴的校准能够在制 造定位系统时适当地进行，即在制造车间中适当地进行。当在医疗机 构组装放射治疗系统时，可以测量固定射线焦点相对于固定单元坐标 系的实际位置，并且在不需要定位系统随后校准的条件下，能够使用 放射治疗系统，其中医疗机构是指实施放射治疗的地方，通常为医院。 因此本发明除去了现场对于定位系统的校准的需要，这带来了很多优 点。由于校准连同定位系统的制造一起进行，在校准期间发现的任何 差异能够容易地处理而不需要将人员或设备运送到遥远的医疗机构。
此外，在制造设备中实施校准能够利用先进精确的校准和测量工 具，这些工具可能很难运输或者运输起来非常昂贵，而且很可能不适 合在医院中使用或甚至不可能在医院中使用。如果在制造设备中实施， 可对校准系统的精度进行大量高精度的检验，并由此提供更好的产品。 这还减少了在医院安装系统期间的工作量和所需的空间。安装人员不 需要是校准定位系统的专家。而是，安装人员能够集中在整个系统的 检验上，即在将定位系统安装到放射治疗单元之后。
如本文中所使用，术语固定单元是指用于固定患者的单元或指用 于固定包含患者将被治疗的组织区部分的单元。例如，当治疗面或治 疗区是在患者头部的组织部分时，固定单元通常构成头部固定框架， 该框架例如通过固定螺丝等固定到患者的头骨。然后，固定单元的坐
标由固定单元坐标系定义，该坐标系通过与治疗区的固定关系也用于 限定治疗区的轮廓。在操作中，固定单元和固定单元坐标系相对于固 定射线焦点移动，以使所述焦点精确定位在固定单元坐标系的所需坐 标上。
这种固定单元和坐标系的例子分别包括Leksell立体定向头部框 架和Leksell XYZ坐标系。Leksell XYZ坐标系是由与固定单元框架完 全对准的三个正交轴定义的笛卡尔坐标系，该固定单元的框架布置有 三个正交侧面。相对于患者，x轴沿患者的中间-横向延伸，y轴沿前 -后方向延伸，z轴沿头尾方向延伸。换句话说，如果患者正确定位 在Leksell XYZ坐标系中，x轴将沿耳对耳地延伸，z轴从头延伸到脚， y轴从患者后面延伸到前面。然而，应该注意，用于定义由固定单元 固定的区域的其它坐标系，和其它类型的固定单元也能够使用，而其 并不脱离本发明要求保护的范围。
用于固定治疗区的固定单元，配备有至少一个接合点，该接合点 用于将固定单元安装在定位系统中配备的至少一个对应的接合点上。 当安装时，固定单元与患者定位系统固定接合，并使其不能相对于定 位系统平移或旋转。为了这个目的，优选使用多个接合点以便于旋转 固定和角度固定。但是，锁定固定单元和定位系统之间的角度关系和 平移关系的一个固定点也在本发明的范围之内。
不管在固定单元和患者定位系统之间使用 一个或几个接合点，定 位系统的接合装置的接合点都可以以非常高的精度制造，而不需要为 固定框架或其它治疗区固定单元留出任何空隙或间隙。这对于整个固 定单元的情况也是同样的。换句话说，固定单元和患者定位系统之间 的固定具有很高的定位精度再现性，其再现性要比整个系统的再现性 要高。因此，固定单元坐标系、固定单元的接合点以及定位系统的接 合点之间的关系可由系统已知并被固定。因此，当固定单元与定位系 统接合安装时不需要对定位系统再次校准。此外，对于同一定位系统 能采用多个固定单元，而不需要对于每个新固定单元重新校准定位系 统。因此，仅仅通过校准定位系统的接合点，固定单元坐标系就能够相对于定位系统校准。
由于将固定单元坐标系移动用于将固定射线焦点定位在所需坐标 上，因此必须要精确并精密地控制固定单元的定位。这样，用于定位 固定单元的定位系统必须被校准，以便补偿在标称坐标上的预定位置 与实际坐标上的实际定位之间的偏差，即相对于周围空间的偏差。如 上所述，由于固定单元坐标系是相对于定位系统的接合点固定的，因
此这可以通过测量接合点的运动来实现，从而确定线性误差例如Abb6 误差和患者定位系统的运动轴的角度偏移。
根据本发明的优选实施例，患者定位系统中托架运动轴的线性误 差和所述运动轴与固定单元坐标系之间的任何角度偏移，可通过测量 位于治疗区或固定单元坐标系中固定位置上的测量点的实际位置来确 定，该测量点也与所述接合点为固定关系。然后，沿三个正交轴中的 其中之一将托架移动一标称距离，以将测量点定位在一新标称位置上， 并且沿所有三个轴测量实际位置和标称位置之间的差值并作记录。沿 所述一个轴重复该过程直至沿该轴所有所需的位置都被测量，然后对 于另外两个运动轴重复该过程。当沿所有三个轴的所有所需位置都进 行过该过程时，定位系统的控制系统能够利用这些记录的差值来计算 将固定单元坐标系定位在所需实际位置上的所需的标称坐标。
优选地，对于沿一个轴记录的每个实际位置，标称坐标连同对于 所有三个轴的补偿值一起储存。由于对于沿每个轴的每个测量位置， 沿所有三个轴的实际位置和标称位置之间差值都被记录，所以对于每
个实际位置将存储九个补偿值。
可能有时需要在治疗空间内校准每个单个位置，即放射固定坐标 系的所有坐标，在该坐标系中可定位射线焦点以用作放射治疗。然而， 根据本发明的优选实施例，上述校准只沿坐标系的每个坐标轴进行。 换句话说，当对x轴并沿x轴进行校准测量时，沿y轴和z轴的标称 位置没有变化。此外，沿每个轴的测量优选基本上在固定单元坐标系 的中心进行，即使得三个轴的交叉点被基本布置在坐标系的中心，因 此位于预期的治疗空间，校准测量沿所述三个轴进行。
此外，在实际位置和标称位置之间的差值被优选对托架在其上进 行标称移动的轴来测量，与沿其它两轴的差值测量分开。换句话说， 轴线线性误差的测量在一个与测量每个运动轴的平直度的测量步骤分 开的测量步骤中进行。优选地，对于所有测量点的轴线线性误差的测 量先于平直度的测量进行，或反之亦然。然后，更适用于线性误差测 量的测量方法和设备可在 一 个测量步骤中使用，而更适用于角度偏移 测量的测量方法和设备可在另外的测量步骤中使用。
如本领域的技术人员所理解，虽然上述实施例仅提供一个校准测 量如何实施以确定所述线性误差和角度偏移的适用例子，但这里有许 多其他例子。例如，校准测量能够通过使用同时测量线性误差和角度 偏移的校准方法来实施。此外，沿正交轴的测量能够以任意或随机的 顺序进行。同样，在上述实施例中，测量位置一次沿一个轴增加。根 据其他实施例，后面的测量位置能够通过沿三个正交轴中的其中两个 或所有的三个增加所述位置来得到。这些替换方式都在本发明的范围 内。
根据本发明的示范性实施例，校准测量适配器优选用于上述定位 系统运动轴的校准。根据一实施例，所述适配器为敞开立方体的形式， 即仅具有三个完全对应于并与固定单元坐标系的正交轴重合的侧面的 立方体。接着，在实际空间中具有固定位置的刻度盘指示器能够例如
用于确定运动轴的线性误差。例如，刻度盘指示器的抵接端能够放置 成与立方体的一个侧面邻接。当立方体沿其中一个定位系统轴移动时，
理想地该轴应该与立方体的一侧面对准，即理想地沿在平面中的一个
运动轴运动时，刻度盘指示器的任何运动都被记录下来。因此，定位
轴的运动相对于在立方体平面内的理想运动的差别被记录下来。这些
指示器的运动当然可以指示固定单元坐标系的运动，该坐标系与沿坐
标系定位的轴正交。因此，刻度盘指示器适用于测量固定单元坐标系
和定位系统运动轴之间的角度偏差或偏移。
在另一实施例中，适配器可为一固定件的形式，该固定件可安装
于定位系统地接合点上，并在固定单元坐标系的相关部分内包含的空 页
间中保持有一光学元件。然后，光学仪器对于坐标系中不同标称位置 的不同定位能够利用常规激光干涉仪技术来确定，该技术也适用于确
定线性误差，例如在患者定位系统的运动轴中的Abb6误差。
优选地，可将用于测量线性误差的第一测量方法与用于测量角度
偏移的另一测量方法组合，例如将使用上述激光干涉仪技术与在上述
方式中使用的刻度盘指示器组合。
还应该注意，即使不是优选实施例，固定单元自身也能够用于确
定在不同位置上的线性误差和角度偏差，只要提供用于精确测量固定
单元的实际位置和可能的方向。
当然，技术人员很容易理解，有许多其他类型用于确定所述线性
误差和角度偏移的位置测量系统。因此，本文中提供的例子并不看作
是将本发明的范围限制到这些系统。相反地，要求的发明并不限制成
在由定位系统移动和定位期间，用于确定接合点实际位置的任何特定系统。
当在治疗位置装配放射治疗系统时，患者定位系统的固定框架被 稳固地安装到放射治疗单元上。因此，相对于放射治疗单元固定的射 线焦点的位置，也相对于患者定位系统非常刚性的框架固定。由于放 射治疗单元和患者定位系统之间的固定接合，放射治疗单元的任何运 动，例如轻微的振动等，将导致定位单元的相应的运动。这样， 一旦 将定位系统安装到放射治疗单元上，在放射治疗单元，因而在固定射 线焦点和定位系统的固定框架之间将不存在相对运动。
接着，确定固定射线焦点相对于患者定位系统的确切位置。如上 所述，射线焦点由准直仪限定，准直仪布置在准直仪装置中。其可用 许多不同的方式确定。根据一示范性实施例，放射单元配备有参考标 记，所述参考标记具有相对于射线焦点的已知位置。应该注意，术语"标 记，，可被广泛地解释，即包括任何类型的适用的参考标记，例如光学的、 机械的、磁性的、感应的等等。根据一优选的例子，参考标记为设置 在放射单元中准直仪装置上的测量孔的形式。
根据另 一示范性实施例，能够使用以高精度制造并以同样高精度
安装在准直仪装置上的固定件。该固定件配备有机械元件，例如凹处 或突起，指示准直仪装置的焦点。可选地，机械元件可以标记一个位 置，该位置具有与焦点良好限定的距离。
然后，对于这两个示范性实施例，测量装置可以被安装到患者定 位系统上，优选地以固定的方式安装到用于安装固定单元的接合点上。 这样，测量装置被用于确定表示的射线焦点的位置或参考标记。测量 装置优选为触敏测量探针的形式，但举例来说也可以为光学测量装置 的形式等。这种用于确定射线焦点精确位置的系统的优点在于射线焦 点能够在没有任何射线的情况下确定，例如切断射线的情况或者在放 射源装入放射单元前。这当然需要对于参考标记或参考点和射线焦点 之间的位置关系在精度上提出高要求。
根据另一示范性实施例，固定射线焦点由射线测量法确定，例如
使用带辐射敏感胶片的幻象(phantom),该辐射敏感胶片配备在幻象 中的确定位置上。优选地，用于检测射线的幻象在一个小点上使用， 该幻象在放射区域的周围移动以确定射线焦点的范围和位置。根据另 一例子，可以使用对伽马射线敏感的感光胶片。确定焦点相对于定位 系统的确切位置的另 一种方法包括使用辐射敏感二极管，该二极管具 有良好限定的灵敏区。适当地，可使用提供与检测的射线成线性比例 的输出的二极管。这种射线检测二极管的一个例子是半导体场检测器， 其具有硅p-n结型二极管的形式，在医疗装置中，为了校准射线焦点， 该二极管是用于测量射线的常规装置。
这样，通过用该二极管来扫描该焦点区域，能够确定该辐射焦点 的确切相对位置。与上述确定射线焦点位置的间接方法相比，这种测 量方法的优点当然是能够直接测量射线焦点的位置。
本领域的技术人员很容易理解，各种已知用于确定射线焦点的方 法都可使用，其中的一些方法已经在上文进行了描述。然而，本发明 并不仅限于本文示出或描述的特定例子，而是任何用于确定射线焦点 的合适的测量方法都在本发明的范围内。


现将参照附图，详细说明本发明的优选实施例，其中
图1示出使用本发明的适用于校准的放射治疗系统的基本原理；
图2示出本发明的校准方法中使用的定位系统；
图3示出用于确定患者定位系统运动轴的线性误差和角度偏差的 适配器的一个例子；
图4示出在使用刻度盘指示器测量期间的图3的适配器；
图5示出一固定单元；和
图6示出Leksell XYZ坐标系。
具体实施例方式
参照图1-6，本发明适用的放射治疗系统包括放射单元10和患 者定位单元20。在放射单元10中，配备有放射源、放射源固定器、 准直仪本体和外部屏蔽元件。所述准直仪本体包括许多以在本领域中 公知的方式指向公共焦点的准直仪通道。
准直仪本体还起到防止射线除经准直仪通道外到达患者的辐射屏 蔽作用。适用于本发明的放射治疗系统的准直仪装置的例子能在 WO2004/06269 Al中找到，该文件的全文在这里作为参考引入。然而， 本发明还可适用于采用将射线校准到固定焦点上的其他装置的放射治 疗系统，例如在美国专利NO. 4,780,898中所公开的》文射治疗系统。
患者定位单元20包括刚性框架22，可滑动或移动托架24和用于 相对于框架22移动托架24的电机(未示出)。托架24还配备有病床 26，用于承载和移动患者整体。在托架24的一端，配备有固定装置 28，用于直接地或通过适配器单元42来接收和固定患者固定单元50。 根据示出的实施例，固定装置28包括两个接合点30, 32，布置成用 于防止患者固定单元相对于可移动托架24平移和/或转动。
从图l和图2中可理解，所述实施例涉及用于在患者头部的治疗 区提供伽马放射治疗的放射治疗系统。这种治疗通常是指立体定向手 术。在治疗期间，患者头部固定在固定单元中，该固定单元具有如图 5所示的立体定向头部框架50的形式，并包括接合点51，该接合点 51适合与放射治疗系统的接合点30， 32啮合。这样，在立体定向手
术期间，患者的头部被固定在立体定向框架50中，该立体框架又通过 接合点30， 32， 51固定安装到患者定位系统上。在患者头部的治疗区 相对于射线焦点沿图l所示的x， y和z三个正交轴移动时，患者整体 沿轴移动。因此，在头部框架50和患者定位系统20的托架24之间无 相对移动。
现转到图5,这里示出一具有立体定向头部框架50形式的固定单 元。头部框架50包括一个基底，该基底由前横梁52，后横梁53和右 侧左侧横梁54， 55组成。基底的横梁相对彼此正交安装，每根横梁的 纵向延伸优选布置成平行于Leksell XYZ坐标系的x轴和y轴方向， 这将在下面描述，其中前横梁和后横梁52, 53平行于x轴，侧梁54, 55平行于y轴。所述梁配备有接合点51，接合点布置成用于与固定装 置28的接合点30， 32固定接合。
此外，在基底的每个角上配备有垂直柱56， 57，所述垂直柱布置 成保持螺杆，用于在整个治疗过程期间，相对于立体定向头部框架50 固定头部。因此，每个柱56， 57在其上端配备有固定螺杆58，以用 于将头部框架固定到患者头骨上。此外，每个柱沿z轴的位置能够调 整以适应于患者头部大小和形状。
图6示出该Lekse11 XYZ坐标系，其为笛卡尔坐标系，并与施加 在患者头部周围的标准框架相关。如图所示，坐标原点(O， 0， O)位 于头部背后，右耳外侧并高于头顶。这样，患者头部中的任何目标区 或焦点将可以定义为正坐标。x轴沿平行从患者右耳延伸到左耳的假
想线延伸。y轴沿平行于从患者颈部(后面)到鼻子(前面)所绘制 的线延伸。z轴沿平行于患者身体的纵向延伸。在下文中，Leksell XYZ 坐标系的坐标将,皮称作Leksell坐标。
现回到图2-4，这里示出一适配器单元42,该适配器单元固定安 装在固定装置28的接合点30, 32中。如上所述，适配器单元42能够 用于便于立体定向框架50的安装。然而，在这些图中，适配器单元 42用于将校正参照单元40安装到定位单元20的固定装置28上。参 照单元40具有敞开立方体的形式，即立方体40具有三个正交侧壁"，
46， 48。所述壁44， 46， 48的延伸对应于Leksell XYZ坐标系，以使 左侧壁44处于YZ平面内，后侧壁46处于XZ平面内，底侧壁48处 于XY平面内。术语"左"、"后"、"底"是相对于躺在床26上的患者而
在所述实施例中，两个刻度盘指示器60用于进行校准测量。而为 了说明的目的，在图4中仅示出一个刻度盘指示器。每个刻度盘指示 器60包括一个测量杆或针62和一个指示盘。测量杆62在其纵向上的 运动传递到指示盘并由该指示盘显示。因此，当侧壁44在x方向运动 时，例如当沿y轴或z轴移动立方体40以校准其角偏差或偏移时，该 运动被测量杆62接受并记录。
在校准操作期间，两个刻度盘指示器布置成当对在两个平面中延 伸的轴进行角度偏移测量时，刻度盘指示器的测量杆62紧靠两个侧 壁。换句话说，当校准提供Leksell坐标系沿z轴运动的运动轴时，第 一和第二刻度盘指示器的测量杆分别紧靠YZ平面中的侧壁44和XZ 平面中的侧壁46。这样，当定位系统沿z轴移动立方体时，紧靠XZ 平面的刻度盘指示器测量沿x轴的角度偏移，而紧靠YZ平面的刻度 盘指示器，如图所示，测量沿y轴的角度偏移。
应该注意，刻度盘指示器60保持在一个固定的精确定义的位置 上，在该位置附近焦点将通过一个保持装置相对于定位系统定位，出 于说明的目的，该保持装置并未在图4中示出。替代在刻度盘上示出 该结果，该指示器能够与电子存储装置连接以电子记录并存储校准的 测量结果。
根据本发明最优选的实施例，测量角度偏移的步骤和测量线性或 Abb6误差的步骤将分开进行。在所述实施例中，角度偏移的测量在线 性误差测量之前进行，但测量的次序同样可以颠倒。
当校准角度偏移时，每次在运动轴上的测量都采用上述的方式。 首先，定义虚拟射线焦点。虚拟焦点的准确位置虽并不重要，但在整 个测量期间该位置是固定的。其后，控制定位系统来定位立方体或 Leksell XYZ坐标系，例如使得虚拟焦点定位在所述毫米级Leksell坐
标(O, 100， 100)上。在该点上，两个刻度盘指示器的测量杆62分 别紧靠后侧壁和底侧壁46， 48，即在XZ平面和XY平面中的壁。刻 度盘的偏转可读出，并且记录相应的读数。然后，所述立方体，即坐 标系，沿x轴移动以将焦点定位在Leksell坐标(20， 100， 100)上。 再一次，为新坐标读出刻度盘并记录该读数。
这个过程在将被校准的沿x轴的部分上重复，例如直到虚拟焦点 定位到(200， 100， 100)上。然后，虚拟焦点定位到一个余下的运动 轴的一端，在该实施例中定位到Leksell坐标(100, 0， 100)上。相 应地，现将对y轴校准。刻度盘指示器被再次定位以使其测量杆紧靠 左侧壁和底侧壁44， 48，对y轴重复测量过程。最后，虚拟焦点;故置 到(100， 100， 0)，指示盘被再次定位，然后对余下的轴进行类似的 测量，在该情况下该余下的轴是z轴。
将对每个点分别沿x， y和z轴确定的角度偏移存储。这样，每个 点沿每个轴都存在两个补偿值，每个值对应于另外两个轴中的各个轴。 将这些值加在一起使得对每个Leksell坐标具有在x， y和z方向的补 偿值。继续该校准方法，我们将获得补偿值，该补偿值用于补偿Leksell 坐标系和定位系统的运动轴之间的角度偏移。然而，这并未考虑到运 动轴可能的线性误差，例如Abb6误差。根据该优选实施例，第二校 准步骤用于校准所述运动轴的线性度。
接着，使用一种激光干涉仪系统。具有反射器形式的第一光学元 件以与接合点30， 32固定的关系定位并安装，例如使用适配器单元 42,从而以与Leksell生标系固定的关系定位并安装。第二光学元件 位于相对于定位系统固定框架的固定位置上，即实际坐标系的固定位 置上。此外，激光还用于测量两个光学元件之间的距离变化。
首先，移动Leksell坐标系以使虚拟焦点位于(0， 100, 100)。然 后，将虛拟焦点沿x轴定位到一新坐标上，由此使第一光学元件移动 一标称距离。实际移动的距离可通过使用激光测量，并与该光学元件 被移动的标称距离对比，该距离即由定位系统控制并记录的距离。实 际移动与标称移动之间的差值被存储到校准表中并表示为该坐标的线
性补偿值。然后重复上述过程，首先沿整个X轴进行，接着以类似的
方式沿y轴和z轴进行。对于每个测量的坐标，记录标称位置或标称 移动与实际位置或实际移动之间的差值。因此所记录的值就分别是x， y和z轴的补偿值。
然后，线性误差的补偿值能被加到角度偏移的补偿值上。这样， 对于每个Leksell坐标，增加的补偿值由九个不同补偿值组成，每个 轴一个线性补偿和两个角度补偿。因此，对于每个坐标的实际坐标和 标称坐标之间的补偿能够表示成
(X，Y，Z)=(
其中，
Xcomp = ( LinErrx_axis+AngOffY_aXiS+AngOffZ-axis) Yc謹p = ( AngOffx.axis+LinErrY_aXiS+AngOffz.axis) Zc謹p = ( AngOffx_axis+AngOffY_axis+LinErrz.axis) 根据本发明的最优选实施例，上述校准步骤可在工厂进行，在工 厂中所述患者定位系统被制造或至少被装配。在所述校准后，患者定 位系统20和放射单元10被彼此刚性连接，例如通过将患者定位系统 20的刚性框架22用螺栓固定到放射单元10的对应刚性框架上。该连 接可在打算使用放射治疗系统的医疗设施中进行。
当患者定位系统20和放射单元10在治疗位置彼此刚性连接时， 确定固定射线焦点相对于患者定位系统的实际位置。如上所述，准直 仪，即准直4义和放射源的方位、设计和方向，包括在》文射单元10的准 直仪装置中，其确定出射线焦点坐落的位置。因此，射线焦点的实际 位置能够被确定和计算，而不需要检测或测量来自放射源的射线。
根据一优选实施例，射线焦点的确定可通过将一固定件以很高的 精度安装到准直仪装置中来设施。该固定件的布置使得准直仪装置的 焦点，在固定件固定到准直仪装置中时，由配置在固定件上的可辨别 的凹处表示。安装在患者定位系统的接合点31, 32上的探针被用于辨 别凹处，从而确定射线焦点相对于定位系统的位置。
然后，当已经确定固定射线焦点相对于定位系统的实际位置时， 射线焦点的实际位置与虚拟焦点的假定位置之间的偏移被记录和存 储。在坐标中考虑到全部三个正交轴的偏移，被用于补偿射线焦点和
Leksell XYZ坐标系之间的标称位置和实际位置关系。
虽然本发明使用典型实施例在上面进行了描述，但本领域的技术 人员应该理解，其替代方式、变型和组合并不脱离由所附权利要求限 定的本发明的范围。例如，射线焦点的确定能够通过由辐射敏感测量 装置测量焦点来实施，该辐射敏感测量装置例如包含对伽马射线敏感 的感光胶片的幻象，或能够在治疗区移动以检测射线焦点的辐射敏感 二极管。此外，许多不同的测量方法都能够用于实施校准定位系统运 动轴的线性误差和角度偏差的步骤。
权利要求
1.一种在放射治疗系统中校准定位系统的方法，所述放射治疗系统包括具有固定射线焦点的放射治疗单元(10)；固定单元(50)，用于将患者的治疗区相对于固定单元固定；和定位系统(20)，用于将患者的治疗区相对于所述放射治疗单元(10)中的所述固定焦点定位，所述定位系统(20)包括用于与所述放射治疗单元(10)刚性接合的固定框架(22)，用于承载和移动患者整体的可移动托架(24)，至少一个用于提供所述托架(24)沿三个基本正交运动轴的运动的电机，控制所述电机的控制系统，以及至少一个接合点(30，32)，用于可释放地安装所述固定单元(50)，使其与定位系统(20)固定接合；所述方法包括以下步骤a)提供相对于固定单元(50)限定的固定单元坐标系，所述固定单元坐标系布置成用于限定治疗区；b)确定所述托架(24)运动轴的线性误差和所述运动轴与所述固定单元坐标系之间的角度偏移，由此可确定所述固定单元坐标系的轴与所述定位系统(20)的运动轴之间的关系；c)安装所述定位系统(20)，使其与所述放射治疗单元(10)呈固定的关系；并且d)确定所述放射治疗单元(10)相对于所述患者定位系统(20)的射线焦点，由此还确定所述焦点与所述固定单元坐标系之间的关系。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)确定线性误 差和角度偏移，还包括以下步骤bl)测量一测量点的实际位置，所述测量点相对于所述接合点(30， 32)固定；b2)沿所述定位系统的三个运动轴中的其中之一将托架(24)移 动一标称距离，到达一新标称位置上； b3)沿所有三个轴测量所述测量点的实际位置与标称位置之间的差值；b4)重复步骤b2)和b3)，直至沿所述一个轴的全部所需位置 均已^皮测量；b5)对于其它两个运动轴重复步骤b2)至b4); b6)对于测量位置，记录沿所有三个轴的所述差值； b7)对于所有测量位置重复步骤b6);以使所述控制系统能够利用所述记录的差值来计算所述托架(24 ) 到达实际位置所需的标称运动。
3. 如权利要求2所述的方法，其中对于沿所述一个轴的每个实际 位置，标称值连同对于所有三个轴的补偿值一起被记录，由此对于每 个测量位置，存储九个补偿值，每个轴为三个补偿值。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中步骤b3)测量所述差 值的步骤包括测量所述轴的差值，所述托架(24)刚刚在第一测量步 骤中沿所述轴移动；提供轴的线性度测量，并且在第二测量步骤中沿 另外两个轴，提供任意顺序的轴的平直度测量。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中对于所有测量点在进行所迷 第二测量之前，进行所述第一测量，或反之亦然。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中所述第一测量利用刻度 盘指示器测量来进行。
7. 根据权利要求4-6任一所述的方法，其中所述第二测量使用 激光干涉仪测量来进行。
8. 根据权利要求2-7任一所述的方法，其中所述步骤b)确定 线性误差和角度偏移，还包括以下步骤利用所述定位系统中的所述接合点来安装测量固定件，并 将所述测量点固定到所述测量固定件中。
9. 根据前述权利要求任一所述的方法，其中所述步骤d)确定 所述放射治疗单元相对于所述患者定位系统的射线焦点，还包括以下 步骤 安装一 固定件单元，使其与用于限定所述固定焦点的准直仪装置 呈固定的关系，所述固定件单元设有一标记，当所迷固定件单元安装 到所述准直仪装置中时，该标记表示所述固定焦点，安装一测量单元，使其与所述患者定位系统呈固定的关系，并利用所述测量单元测量所述标记的位置。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中利用所述接合点以固定的 关系安装所述测量单元。
11. 根据权利要求9或IO所述的方法，其中所述测量单元包括一 测量探针。
12. 根据权利要求1-8任一所述的方法，其中所述步骤d)确 定所述放射治疗单元相对于所述患者定位系统的射线焦点，还包括以 下步骤布置放射测量装置，使其与所述患者定位系统呈固定的关系， 测量在所述放射单元射出的射线，和 相对于所述患者定位系统确定所述射线焦点。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述测量装置包括一辐射敏 感二极管。
14. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其中所述步骤d)确 定所述放射治疗单元相对于所述患者定位系统的射线焦点，在将要进 行所述放射治疗的医疗设施中执行。
全文摘要
本发明公开了放射治疗系统的校准，该放射治疗系统包括具有固定焦点的放射单元(10)，用于固定患者的治疗区的固定单元(50)，和定位系统(20)。所述定位系统(20)包括固定框架(22)，用于承载和移动患者整体的可移动托架(24)，电机，控制所述电机的控制系统，和至少一个接合点(30，32)，用于可拆卸地安装所述固定单元(50)，使其与定位系统(20)固定地相接合。提供相对于固定单元(50)而定义的固定单元坐标系。确定所述托架(24)运动轴的线性度误差和所述运动轴与所述坐标系之间的角度偏移量，由此可确定所述坐标系的轴与所述定位系统(20)的运动轴之间的关系。然后安装所述定位系统，使其与所述放射治疗单元(10)呈固定的关系，并确定相对于所述定位系统(20)的所述焦点，并由此还可确定所述焦点与所述坐标系之间的关系。
文档编号A61N5/10GK101184526SQ200680012033
公开日2008年5月21日 申请日期2006年4月12日 优先权日2005年4月14日
发明者L·海丁, P·卡尔松 申请人:埃莱克塔公共有限公司