用于发射引导放射治疗中的故障检测的系统和方法与流程
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月9日提交的美国临时专利申请no.62/543,140的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
在此的系统和方法涉及患者成像，该患者成像可以用于诊断和/或治疗应用中，包括但不限于用于正电子发射断层摄影(pet)系统的质量控制程序和故障检测。
背景技术：
正电子发射断层摄影(pet)是一种非侵入性成像技术，该技术使用相对的pet检测器沿响应线(lor)检测正电子湮没事件(例如，重合性或重合光子事件)。飞行时间(tof)pet在pet检测器处测量重合事件的时间差，以确定沿lor的相应湮没位置。确定湮没位置在预定误差余量内取决于检测器时间分辨率的正确校准。pet系统(包括tofpet系统)通常会接受每日质量保证(qa)程序，以验证pet检测器的时间校准。对于诊断成像，在qa检查之间校准的丢失可生成不准确的患者数据，并要求患者重复成像环节。
在一些应用中，发射引导放射治疗(egrt)使用pet检测器阵列来提供源自患者肿瘤和放射源的正电子发射的实时位置数据，以基于该位置数据对肿瘤进行治疗性照射。在egrt治疗环节期间(例如，在qa检查之间)pet检测器的校准丢失，和/或空间分辨率、时间分辨率、能量敏感性和/或精度的任何劣化，以及无法精确确定患者肿瘤区域相对于治疗性放射源的位置可导致次优的放射疗法治疗和对健康组织的损害。因此，可能期望在tofpet系统中提供实时故障检测，其可以更快地识别时间校准误差和/或故障pet检测器。
技术实现要素：
在此公开了使用一个或多个正电子发射检测器(pet检测器)的用于发射引导的放射治疗的系统和方法。通常，校准源可用于监视一个或多个正电子发射检测器的操作。校准源可以是与位于患者体内的放射源(例如，放射性示踪剂和/或植入的基准点)不同并且在空间上分开的放射源(例如，生成正电子湮没事件的放射源)，并且可以在对患者进行治疗和/或成像的同时被保持在多个正电子发射检测器之间。检测器可以同时接收来自患者和校准源的正电子发射数据。校准源的正电子发射数据可用于验证正电子发射检测器的功能和/或精度。尽管校准源可以设置在患者附近，但是校准源可以具有足以被检测器定位的大小和放射性，而不会给患者带来重大风险。
在一些变型中，提供了一种成像组件，其包括：机架，该机架包括多个正电子发射检测器；以及壳体，该壳体包括诸如放射源支架的校准源支架。壳体可以耦接到机架。机架可以进一步包括孔，并且患者扫描或治疗区域可以位于孔内并且设置在正电子发射检测器之间。校准源支架可以是固定的并且与孔内的患者扫描或治疗区域间隔开。固定校准源支架可以位于壳体内或壳体的表面上。正电子发射检测器可以包括可旋转的第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列。该组件可以进一步包括处理器，该处理器被配置为从第一可旋转正电子发射检测器阵列和第二可旋转正电子发射检测器阵列接收正电子发射数据，并且区分来自固定校准源支架和来自患者扫描区域的正电子发射数据，并且当来自固定校准源支架的正电子发射数据超过阈值参数时生成故障信号。
在一些变型中，组件可进一步包括患者支撑件。患者支撑件可以包括可移动支撑表面和基座。在这些变型中的一些变型中，校准源支架可沿着壳体的表面设置在患者扫描区域上方的位置处。在这些变型中的其它变型中，校准源支架可以位于可移动支撑表面下方。在一些变型中，校准源(例如，放射源)可以由校准源支架保持。在这些变型中的一些变型中，校准源可包括约1μci至300μci，例如约2μci，约100μci的放射性和约511kev的能量。在这些变型中的其它变型中，校准源可以包括具有从约0.25英寸至约3英寸，例如约1英寸，约2英寸的最大尺寸的形状。在另一变型中，阈值参数可以是可变性阈值参数。在另一变型中，处理器可以进一步被配置为对来自校准源支架和来自患者扫描区域的正电子发射数据同时分类。在一些变型中，处理器可以配置有空间过滤器，以区分来自固定校准源支架和来自患者扫描区域的正电子发射数据。在这些变型中的一些变型中，空间过滤器可以是用户可调节的。在这些变型中的其它变型中，处理器可以进一步被配置为使用患者治疗计划来自动调节空间过滤器的几何形状。
这里还描述了其它成像组件。在一些变型中，提供了一种成像组件，其包括：机架，该机架包括多个正电子发射检测器；以及壳体，该壳体包括诸如放射源的校准源。壳体可设置在机架上方。机架可进一步包括用于患者的孔，该孔设置在正电子发射检测器之间。校准源可以是固定的，并且与孔内的患者扫描区域间隔开。校准源可以位于壳体内或壳体的表面上。正电子发射检测器可包括第一可旋转正电子发射检测器阵列和与第一检测器阵列相对的第二正电子发射检测器阵列。该组件可以进一步包括处理器，该处理器被配置为从第一可旋转正电子发射检测器阵列和第二可旋转正电子发射检测器阵列接收正电子发射路径数据，并且对源自固定校准源的正电子发射路径数据进行分类，并且当固定校准源正电子发射路径数据超过阈值参数时生成故障信号。
在一些变型中，由正电子湮没事件发射的光子对生成正电子发射路径。处理器可以被配置为使用时间阈值参数范围内的光子对的接收时间之间的差来对源自固定校准源的正电子发射路径数据进行分类。在这些变型中的一些变型中，阈值参数是位置偏差阈值。处理器可以被配置为基于光子对的接收时间差来计算固定校准源的位置，并且当所计算的固定校准源的位置超过位置偏差阈值时，生成故障信号。在其它变型中，阈值参数是时间差范围。处理器可以被配置为当光子对的接收时间之间的差在时间差范围之外时生成故障信号。
在一些变型中，提供了一种成像组件，其包括：机架，该机架包括多个正电子发射检测器；以及壳体，该壳体包括环形校准源，诸如环形放射源。壳体可以耦接到机架。壳体可以进一步包括孔，并且环形校准源可以围绕该孔。正电子发射检测器可以包括第一正电子发射检测器阵列和与第一检测器阵列相对的第二正电子发射检测器阵列。该组件可以进一步包括处理器，该处理器被配置为从第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列接收正电子发射数据，并区分来自环形校准源的正电子发射数据，并且当来自环形校准源的正电子发射数据超过阈值参数时生成故障信号。
在一些变型中，处理器可以进一步被配置为同时分类来自环形校准源和来自孔内的患者扫描区域的正电子发射数据。在这些变型中的一些变型中，处理器可以进一步配置有空间过滤器，以区分来自环形校准源以及来自患者扫描区域的正电子发射数据。在一些变型中，第一检测器阵列和第二检测器阵列是固定的。在其它变型中，第一检测器阵列和第二检测器阵列是可旋转的。
在一些变型中，提供了一种成像组件，其包括机架，该机架包括多个正电子发射检测器。可以将一个或多个校准源支架耦接到机架，使得该一个或多个校准源支架相对于正电子发射检测器是固定的并且被配置为保持放射源。多个正电子发射检测器可以包括第一可旋转正电子发射检测器阵列和与第一检测器阵列相对的第二可旋转正电子发射检测器阵列。处理器可以被配置为从第一可旋转正电子发射检测器阵列和第二可旋转正电子发射检测器阵列接收正电子发射数据，并且区分来自一个或多个校准源支架的正电子发射数据，并且当来自一个或多个校准源支架的正电子发射数据超过阈值参数时生成故障信号。
在这些变型中的一些变型中，机架可以包括孔。孔可包括与一个或多个校准源支架间隔开的患者扫描区域。处理器可以进一步被配置为区分来自孔中的患者扫描区域的正电子发射数据。在一些变型中，一个或多个校准源支架可以包括至少四个校准源支架。在另一变型中，一个或多个放射源可以由相应的一个或多个校准源支架保持。一个或多个放射源可具有约1μci至300μci，例如约2μci，约100μci的放射性。在一些其它变型中，一个或多个校准源可以包括选自由圆柱体、球体和环组成的组的形状。
这里还描述了成像方法。这些方法可以包括以下步骤：使用第一正电子发射检测器阵列和与第一检测器阵列相对的第二正电子发射检测器阵列，接收来自患者和与患者间隔开的校准源的并发正电子发射数据。可将来自患者和来自校准源的正电子发射数据区分开。可以使用来自校准源的正电子发射数据来生成校准数据。可以使用来自患者的正电子发射数据来生成患者数据。当校准数据超过阈值参数时，可生成故障信号。
在一些变型中，区分来自患者和来自校准源的正电子发射数据的步骤可以包括对正电子发射数据进行空间过滤。在这些变型中的一些变型中，可以在应用空间过滤之前调节空间过滤器。例如，可以基于患者治疗计划参数来调节空间过滤器。在这些变型中的一些变型中，对正电子发射数据的空间过滤可以包括排除位于校准区域和患者区域外侧的正电子发射数据。
在其它变型中，接收来自患者和校准源的正电子发射数据与生成故障信号同时发生。在另一变型中，可以在接收来自患者和来自校准源的正电子发射数据时同时使用放射源来治疗患者。在这些变型中的一些变型中，响应于生成故障信号，停止使用放射源对患者的治疗。
在其它变型中，可以基于故障信号的生成来停用一个或多个正电子发射检测器。在另一变型中，可基于故障信号的生成来停用第一检测器阵列和第二检测器阵列中的多至三个检测器。故障信号可以包括检测器中的多至三个检测器中的故障。在另一变型中，可以基于故障信号的生成来停用所有检测器。故障信号可以包括四个或更多个检测器中的故障。在一些变型中，可以使用校准数据来校准一个或多个正电子发射检测器。在其它变型中，正电子发射数据可以对应于与检测器的患者成像视野不相交的响应线。患者成像视野可以包括患者扫描区域。在另一变型中，可以基于故障信号的生成来验证耦接到检测器的故障检测系统。
放射治疗系统(例如，放射治疗组件)的一个变型可以包括：可旋转机架；安装在机架上的第一正电子发射检测器阵列以及安装在机架上的与第一正电子发射检测器阵列相对的第二正电子发射检测器阵列；治疗放射源，其安装在第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列之间的可旋转机架上；壳体，其设置在可旋转机架上并包括孔和与孔内的患者区域间隔开的固定放射源支架；以及处理器，其被配置为接收从第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列检测到的正电子发射数据。处理器可被配置为提取表示源自固定放射源支架的正电子发射活动的正电子发射数据，并当所提取的正电子发射数据不满足一个或多个阈值标准时生成故障信号。固定放射源支架可位于壳体内或壳体的表面上。该系统可以进一步包括患者支撑件，该患者支撑件包括可移动支撑表面和基座。放射源支架可以沿着壳体的表面设置在患者扫描区域上方的位置处，例如，放射源支架可以位于可移动支撑表面的下方。一些系统可以进一步包括由放射源支架保持的校准放射源，该校准源包括约1μci至300μci的放射性。校准放射源可以被配置为由放射源支架保持，校准放射源包括具有从约0.25英寸至约3英寸(例如1英寸)的最大尺寸的形状。校准放射源可以包括盘形外壳和位于外壳内的正电子发射元件。处理器可以进一步被配置为同时提取表示源自放射源支架的正电子发射活动的正电子发射数据，并提取表示源自患者扫描区域的正电子发射活动的正电子发射数据。阈值标准可以包括空间过滤器，该空间过滤器选择源自固定放射源支架的位置的正电子发射活动。当将空间过滤器应用于提取的正电子发射数据时，可生成故障信号，指示正电子发射活动与固定放射源支架的位置不在同一位置。空间过滤器可以是用户可调节的。可替代地或另外地，处理器可以进一步被配置为使用患者治疗计划来自动调节空间过滤器的几何形状。
在一些变型中，第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列可以限定成像平面，治疗性放射源的束可以限定治疗平面，并且成像平面和治疗平面可以共面。固定放射源支架可以与成像平面和治疗平面共面。在一些变型中，固定放射源支架可包括具有与放射源的形状相对应的形状的凹槽。在一些变型中，阈值标准可以包括用第一时间差(例如，约2.5ns)检测到的重合光子事件的阈值数量，并且处理器可以被配置为生成用时间差检测到的重合光子事件的实际数量的绘图，并且当随时间差发生的重合光子事件的实际数量不超过阈值数量时，可生成故障信号。阈值正电子发射检测器标准可以包括阈值真随机比率值，其中处理器可以被配置为生成在以约0ns为中心的第一重合时间窗口内(例如从约-2.5ns至+2.5ns)发生的重合光子事件的实际数量与在与第一重合时间窗口不重叠的第二重合时间窗口(例如，从17.5ns至22.5ns，不以0ns为中心，具有与第一重合时间窗口相似的窗口宽度)内发生的重合光子事件的实际数量的比率，并且如果该比率不超过阈值真随机比率值，则可生成故障信号。在一些变型中，阈值真随机比率值可以是1或更大，例如约1.1或更大，约1.3或更大，约1.5或更大，约1.6或更大，约2或更大，等等。
在一些变型中，阈值标准可以包括要在第一正电子发射检测器阵列的第一机架位置处以约2.5ns的第一检测时间差检测到的重合光子事件的第一预期数量以及在第一正电子发射检测器阵列的与第一机架位置成180°的第二机架位置处以约2.5ns的检测时间差检测到的重合光子事件的第二预期数量。处理器可以被配置为基于由第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列检测到的正电子发射数据，生成在360°机架旋转内的-5ns至+5ns之间的重合时间窗口内检测到的重合光子事件的实际数量的绘图，并且当在第一正电子发射检测器阵列的第一机架位置处以约2.5ns的检测时间差检测到的重合光子事件的实际数量不满足或不超过第一预期数量时，并且当在第一正电子发射检测器阵列的第二机架位置以约2.5ns的检测时间差检测到的重合光子事件的实际数量不满足或不超过第二预期数量时，可生成故障信号。可替代地或另外地，阈值标准可包括在360°机架旋转内的每个机架位置处由第一和第二阵列的每个正电子发射检测器检测到的重合光子事件的预期数量，并且处理器可以被配置为使用由第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列检测到的正电子发射数据，计算在360°机架旋转内的每个机架位置处由第一和第二阵列的每个正电子发射检测器检测到的重合光子事件的实际数量，并且当至少一个正电子发射检测器的重合光子事件的实际数量与重合光子事件的预期数量之间的差超过预定的差异阈值时，可生成故障信号。在一些变型中，当处理器没有检测到表示源自固定放射源支架的正电子发射活动的任何正电子发射数据时，可生成故障信号。阈值标准包括具有高于峰阈值的511kev光子事件计数的能量分辨率谱，以及当从正电子发射数据生成的能量分辨率谱不具有高于峰阈值的511kev光子事件计数时，可生成故障信号。在此所述的任何系统都可以包括显示器，并且处理器可以被配置为生成视觉指示符并将视觉指示符传输到显示器。视觉指示器在没有故障信号的情况下具有第一外观，并且在生成故障信号时具有与第一外观不同的第二外观。
附图说明
图1a是放射治疗组件的变型的框图。图1b是图1a中所示的放射治疗组件的示意性横截面视图。
图2a至图2b是放射治疗组件的变型的说明性横截面视图。
图3是放射治疗组件的另一变型的说明性横截面视图。
图4是放射治疗组件的又一变型的说明性横截面视图。
图5a-5b是用于故障检测的方法的变型的说明性流程图。
图6a-6b分别是校准源的一个变型的正视横截面视图和局部截面侧视图。
图7a是包括校准源的系统的一个变型的说明性示意图。
图7b-7c分别是保持校准源的底座的一个变型的升高立体图和顶视图。
图8a-8c是在各种重合时间窗口上重合光子事件计数的直方图的示例。
具体实施方式
在此描述了用于在放射疗法治疗环节期间监视pet检测器参数和质量度量的放射治疗和/或成像系统和方法。这些系统和方法也可以与治疗环节分开地用于校准。传统的pet检测器校准监视限于患者放射疗法治疗和/或成像环节之间的时间段。例如，在系统上已知位置的放射点源可以由空躺椅上的pet检测器成像以进行qa程序。在完成qa程序后，可以将患者放在躺椅上并接受放射疗法治疗和/或成像。与患者程序分开执行的传统qa会降低患者的通量，并且在放射疗法治疗和/或成像程序期间不监视pet检测器的精度和/或准确性。
通常，在此所述的系统和方法可以在患者图像扫描和/或放射疗法治疗期间协助实时监视正电子发射检测器阵列的时间校准。校准不当或在使用期间校准改变和/或其它原因故障的(例如，由于余辉效应、故障等)pet检测器可生成错误的正电子发射位置数据，该数据进而可影响放射疗法治疗和/或患者成像的质量。可以在放射疗法治疗和/或成像环节期间同时快速地识别出机器参数的变化或校准误差。因为在任何质量保证或校准期间都不需要暂停患者工作流程，所以这可以增加患者的通量，并可以减少对患者的不正确的放射剂量。在此所述的放射治疗系统可包括正电子发射检测器(例如，pet检测器)阵列和用于将校准源(例如，放射源)保持在预定(例如，参考)位置处的校准源支架。可以将预定的预期位置与由系统使用正电子发射检测器计算出的校准源的实际计算出的位置进行比较。如果位置不在指定范围内或阈值参数之内，则一个或多个检测器可能无法校准和/或出现故障，并且系统可以通过例如基于正电子发射数据停用检测器和/或暂停成像和/或放射疗法治疗来作出响应。该系统和方法因此可以提供一种安全机制，以防止对患者的不正确的放射剂量。在一些变型中，所描述的成像系统和方法可以进一步包括pet检测器校准监视系统，该pet检测器校准监视系统被配置为监视其它参数，诸如pet检测器的温度。pet检测器校准故障信号的生成可以与由pet检测器校准监视系统检测到的pet检测器的温度相确证。在一些变型中，故障信号与检测到的pet检测器温度之间的差可以指示pet检测器校准监视系统中的故障。
在一些变型中，成像系统和方法可以与可用于高能光子输送的放射治疗系统一起使用。放射治疗组件可用于发射引导的放射治疗，其中可以检测到来自位于患者肿瘤区域的标记或示踪剂的伽马射线，并将其用于将放射引导至肿瘤。通常，在此所述的放射治疗系统可包括可移动机架，诸如旋转机架，其具有正电子发射检测器；以及安装在机架上的放射治疗源(例如mvx射线源)。正电子发射检测器可以安装在旋转机架上，并且可以获取正电子发射数据(例如，来自优先聚集在肿瘤组织中的pet示踪剂的发射)，并且放射治疗源可以在检测器数据和治疗计划的指导下向患者输送放射剂量。响应于确定正电子发射检测器未校准，可以防止进一步放射剂量的输送，从而增加了安全性并减少了对患者的潜在伤害。
用于pet检测器时间校准和/或故障检测的校准源(例如，放射源)可以是紧凑的，并且生成足以进行实时校准的放射性，同时使对患者和/或操作者的附加放射暴露最小化。例如，放射源可以位于正电子发射检测器之间(例如，位于机架壳体和/或机架的孔中)，与患者在空间上分离，并且发射出引起重合光子事件的足够多的正电子从而可与噪声(例如宇宙射线)区分。在一些变型中，校准源可以位于孔的顶部部分和/或底部部分上的可旋转机架的(固定)壳体内或表面上。例如，校准源可以位于可旋转机架的壳体表面上，并与正电子发射检测器共面；也就是说，正电子发射检测器可以沿孔的横截面切片限定成像平面，并且校准源可以位于壳体上，使得其与该切片共面(例如，在孔的任何圆周位置处，诸如在顶部或0°，或底部或180°，左侧或270°，右侧或90°等)。此外，校准源支架可以将放射源保持在一定位置，使得源自正电子湮没事件的光子中的至少一些光子可以沿着不与患者扫描或治疗区域相交的线性发射路径(例如，lor)传播。因此，可以在空间上分离从校准源发射数据和患者发射数据得出的校准源和患者的计算位置。例如，校准源支架(以及保持在支架内的放射源)的位置与患者扫描或治疗区域不在同一位置。
可通过将校准源的计算位置与校准源的参考位置或位置范围进行比较来监视正电子发射检测器的精度和/或功能。例如，可以将包括重合光子发射时间偏移的校准数据与参考时间偏移进行比较，以计算所计算的位置与校准源的参考位置或位置范围之间的差。超过阈值参数的差可生成pet检测器的故障信号。在一些变型中，可以在正电子发射检测器旋转的同时使用固定的校准源来执行故障检测。在其它变型中，校准源可以包括环形形状。在其它变型中，正电子发射检测器和校准源可以相对于彼此固定并且围绕机架的孔旋转。例如，pet检测器和校准源可以被安装到可旋转机架。
i.系统
放射治疗组件
在此公开了用于在监视pet检测器功能和/或时间校准的同时向患者的关注区域(roi)输送高能光子的系统。图1a示出了用于高能光子输送和实时pet检测器故障检测的放射治疗组件(100)的框图。组件(100)可包括机架(110)，该机架(110)包括正电子发射(pet)检测器(112)、成像放射源(114)、成像检测器(116)、治疗放射源(118)、多叶准直仪(120)和治疗放射检测器(122)。机架(110)可以是可移动机架，诸如围绕机架(110)的纵轴旋转的可旋转机架。例如，治疗放射源(118)可以设置在可连续旋转机架上，以生成处于一个或多个机架角度的放射束。在一些变型中，机架(110)可包括环形机架，和/或可围绕孔旋转并且具有平行于孔的纵轴的旋转轴。在其它变型中，机架(110)可包括c形臂形状。pet检测器(112)可以包括任何数量和配置以检测在机架(110)的患者的扫描或治疗区域(例如，在孔内)内生成的正电子发射数据(例如，由正电子湮没事件发射的511kev光子对)。例如，相对的pet检测器对可以检测高能511kev光子对，并且光子对之间的时间差可用于基于光子的飞行时间(tof)来计算光子发射起源的位置(即，正电子湮没事件的位置)。正电子发射检测器(112)可以包括例如闪烁检测器，该闪烁检测器包括硅酸镥(lso)、正硅酸钇镥(lyso)和溴化镧(labr3)中的一种或多种。检测器可以沿着机架(110)的圆周的至少一部分设置并且定位成彼此大致相对。正电子发射检测器(112)可以沿着孔的长度位于与治疗放射源(118)和多叶准直仪(120)相同的位置(例如，沿着相同的断层摄影切片)。例如，正电子发射检测器可以沿着孔的横截面切片限定成像平面，并且治疗放射源可以位于机架上，使得其放射平面或场与该切片共面；也就是说，治疗放射源和pet检测器可以共面(例如，二者都安装在可旋转环上，布置成使得治疗放射源的束平面与pet检测器的检测平面共面)或二者都可以沿着孔位于相同的纵向位置处(使得由成像放射源生成的放射束平面可以与由治疗放射源生成的放射束平面共面)。
旋转机构(124)可以耦接到机架(110)并被配置为将机架(110)从每分钟约10转(rpm)旋转到约70rpm。在一些变型中，旋转机构(124)可以旋转机架(110)，使得检测器(112)、成像放射源(114)、成像检测器(116)、治疗放射源(118)、多叶准直仪(120)以及治疗放射检测器(122)可以围绕机架(110)的旋转轴旋转。在一些变型中，检测器(112)可以围绕机架(110)旋转，而在其它变型中，检测器(112)可以是固定的。
成像放射源(114)和相应的成像检测器(116)可用于生成患者图像数据(例如ct图像、mr图像)，并且在一些变型中可包括kv源和kv检测器。患者图像数据可用于注册患者(例如，识别患者相对于放射治疗组件部件的位置)和/或帮助将治疗放射输送至患者。治疗放射源(118)可以在机架的孔中向患者输送治疗放射剂量，并且可以包括例如线性加速器(直线加速器)和磁控管(例如，mvx射线源)。可以通过耦接到治疗放射源(118)的束成形组件来对治疗放射束进行成形，以使用从多个机架角度输出的多个放射束将规定的放射剂量输送到roi。例如，束组件可以包括耦接至治疗放射源(118)的多叶准直仪(120)，并且可以位于治疗放射束路径中，以对输送至患者的治疗放射束进行成形。多叶准直仪(120)可包括多个叶片和相应的致动机构，该致动机构被配置为在一个或多个轴(例如，x轴、y轴)中独立地移动(例如，打开和关闭)叶片。例如，多叶准直仪(120)可以是二进制多叶准直仪。治疗放射检测器(122)(例如，mv检测器)可以与治疗放射源(118)相对。治疗放射检测器可以沿着治疗放射束路径定位并且可以获取治疗放射数据。正电子发射检测器(112)可以被布置为使得它们不在治疗放射束路径中。治疗放射源(118)可以生成任何类型的电离放射，例如光子放射(例如x射线和伽马射线)和/或粒子放射(例如电子、质子、中子、碳离子、α粒子和β粒子)。在一些变型中，成像放射源(114)和治疗放射源(118)可以具有分离的组件(例如，直线加速器、束转换器组件)，而在其它变型中，源(114，118)可以共享一个或多个组件(例如，共享相同的束转换器组件)。
组件(100)可进一步包括配置为保持校准源(132)的壳体(130)、处理器(140)、存储器(142)和患者支撑件(150)。图1b是图1a中描绘的放射治疗组件(100)的非限制性示意图示例，在图1b中未示出校准源(132)。壳体(130)可以包围机架(110)，并在患者(160)和机架(110)之间提供屏障。例如，壳体(130)可以耦接到机架(110)，并设置在患者支撑件(150)(例如，躺椅)和正电子发射检测器(112)之间。在机架(130)保持固定的同时，机架(110)可以旋转。壳体(130)可以包括孔(134)或开口，患者(160)和患者支撑件(150)可以设置在该孔或开口中。例如，可以将设置在患者支撑件(150)上的患者(160)移入和移出壳体(130)的孔(134)。
校准源(132)可以是如下的放射源，该放射源被配置为生成足以使检测器(112)实时(例如，在患者图像扫描和/或患者治疗环节期间)定位校准源的放射，而不会使患者和/或操作者暴露于显著的附加放射下。在一些变型中，校准源可包括正电子发射材料，该正电子发射材料包括一种或多种同位素，诸如22-na、68-ge、68-ga等。发射的正电子可在湮没事件中与电子碰撞，生成沿线性路径(例如响应线或lor)传播的伽马射线(例如直径相对的光子对)。如果检测到的光子对在预定时间窗口(例如，重合时间窗口)内被相对的正电子发射检测器(112)检测到，则该检测到的光子对归类为重合事件。检测器记录检测位置和接收时间。重合光子对之间的接收时间差称为飞行时间(tof)，并且可用于确定沿lor的正电子湮没事件的起源。tof测量表现出不确定性，并且对应于检测器(112)的定时分辨率。正电子湮没事件和定时分辨率中的该不确定性可以通过概率分布(例如，高斯分布)或相关参数来表示或表征，该概率分布或相关参数可以进一步由tof测量得出的位置的高斯分布的半高全宽(fwhm)表征。
在一些变型中，校准源(132)可以包括约1μci至300μci，例如约2μci，约100μci的放射性。因此，校准源(132)可以每秒发射足够的正电子(例如，湮没事件)以供正电子发射检测器(112)接收正电子发射数据，从而允许处理器(140)监视pet检测器的校准(例如，使用时间偏移数据将校准源(132)的正电子发射与患者(160)的发射区分开)。校准源的正电子发射速率可以是已知的，并且发射速率(以及可选地，正电子湮没速率)可以被控制器处理器用来确定正电子发射检测器是否有故障和/或是否正确校准。例如，可以将由正电子发射检测器测量的lor检测率与校准源的已知正电子发射速率进行比较。如果lor检测速率(即由于lor与校准源和/或校准源支架的已知位置相交而可能归因于校准源的lor和/或重合光子事件)大于或小于已知正电子发射速率(和/或基于已知正电子发射速率计算出的预期lor发射速率)指定公差阈值，则处理器可以向用户生成通知，指示lor检测速率与预期速率不同。可选地，控制器处理器可以生成互锁信号，该互锁信号暂停或停止治疗放射输送，直到用户可以验证正电子发射检测器是否正常工作和/或校准为止。
校准源(132)的形状不受特别限制，并且可以包括任何几何形状，诸如圆柱体、球形、环形、杆形、盘形、线形源等。在一个变型中，校准源可以包括壳体或外壳以及位于外壳内的放射性(例如正电子发射)元件。壳体或外壳可以是盘形的和/或由非放射性或惰性材料(诸如聚酯薄膜、聚四氟乙烯、环氧树脂和/或玻璃)制成。放射性元件可以嵌入壳体或外壳内。在一些变型中，放射性元件可以是丸、珠、种子、囊、液滴、凝胶等。校准源(132)可以在任何方向中取向，只要校准源(132)沿机架(110)的长度与pet检测器(112)位于相同位置，即与pet检测器共面。例如，杆形或线源形的校准源可以平行于机架(110)的纵轴来布置。在一些变型中，校准源(132)可以包括最大尺寸为约0.25英寸至约3英寸，例如约1英寸，约2英寸的形状。在一些变型中，校准源(132)可包括一个或多个正电子发射囊，每个囊都包含一定量的正电子发射示踪剂，其中每个囊具有约2cm的最大尺寸。一些囊可具有不超过约300μm的最大尺寸。例如，校准源可以包括直径为约一英寸，厚度为约0.25英寸的盘状外壳，以及直径为约0.039英寸(例如，约1mm)的放射性囊。放射性囊可以被嵌入在外壳中的环氧树脂阱内，大约在盘厚度的一半处并且在盘的中心。相对较小(例如，小于约2cm，小于约1000μm，小于约500μm，小于约300μm等)的正电子发射囊或校准源可以更容易地容纳或隔离(以防止不需要的污染)，并且可具有相对较长的半衰期(例如，约2年或更长，约2.6年)。校准源可以包括布置成线性配置和/或围绕孔(134)径向分布的正电子发射囊阵列。例如，校准源可以位于孔的顶部(例如，在0°)、孔的底部(例如，在180°)或围绕孔的任何径向或角度位置(例如，在90°、270°、30°、120°、60°、150°、200°、300°等)。在一些变型中，多个校准源可以位于围绕孔的径向和/或双向对称位置处(例如，四个源在0°、90°、180°和270°；两个源在0°和180°；四个源在30°、150°、210°、330°等)。校准源(132)可包括在围绕孔或患者区域的第一位置处的第一正电子发射囊，以及在与第一正电子发射囊相交(例如，与之成约180度)的第二位置处的第二正电子发射囊。可替代地或另外地，第一正电子发射囊可以位于第一pet检测器阵列的第一端，第二正电子发射囊位于第一pet检测器阵列的第二端，第三正电子发射囊位于第二pet检测器阵列的第一端，并且第四正电子发射囊位于第二pet检测器阵列的第二端。更一般地，校准源的正电子发射囊可以位于患者区域或机架的孔的外侧。校准源(132)或正电子发射囊可以包括放射性部分和包围放射性部分的非放射性壳体。在一个变型中，非放射性壳体可以是盘形的，并且放射性部分可以是球形的并且位于盘的中央。在另一变型中，环形放射部分可以设置在盘形非放射性壳体中。在另一变型中，非放射性壳体可以是圆柱形的，并且放射性部分可以设置在例如位于圆柱体的端部的间隔开的阱中。
在一些变型中，患者支撑件(150)(例如，躺椅)可包括支撑表面和基座(未示出)，用于控制患者在组件(100)中的定位。基座可以固定到地面，并且支撑表面可以耦接到基座，使得支撑表面可以移入和移出机架(110)的孔。患者可以设置在支撑表面上以由组件(100)成像和/或治疗(例如，患者平躺在患者支撑件(150)上)。
处理器(140)可以合并从存储器(142)和正电子发射检测器(112)接收的数据，以基于检测到的发射数据计算校准源(132)的位置。基于计算出的位置，可以将正电子发射数据分类为源自校准源和患者扫描区域之一。存储器(142)可以进一步存储指令以使处理器(140)执行与系统(100)相关联的模块、过程和/或功能，诸如故障检测和安全性(例如，停用一个或多个系统组件，停止放射疗法治疗，输出系统状态等)。例如，存储器(142)可以被配置为存储校准源(132)的位置数据、一个或多个阈值参数、患者治疗计划、一个或多个空间过滤器、正电子发射数据(例如，正电子发射路径数据)、校准数据、患者数据和操作者输入。
存储器(142)可以存储在放射源支架中保持的放射源的位置。处理器(140)可以是被配置为运行和/或执行一组指令或代码的任何合适的处理设备。处理器可以是例如通用处理器、现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)等。处理器可以被配置为运行和/或执行与系统和/或与其相关联的网络(未示出)相关联的应用过程和/或其它模块、过程和/或功能。可以各种组件类型提供基础的设备技术，例如，如互补金属氧化物半导体(cmos)的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)技术、如发射极耦接逻辑(ecl)的双极技术、聚合物技术(例如，硅共轭聚合物和金属共轭聚合物-金属结构)、模拟和数字混合等。
存储器(142)可以包括数据库(未示出)，并且可以是例如随机存取存储器(ram)、动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、存储缓冲器、硬盘驱动器、光盘、磁带、可擦可编程只读存储器(eprom)、电可擦只读存储器(eeprom)、只读存储器(rom)、闪存、固态驱动器(ssd)、存储卡等。存储器(142)可以存储指令以使处理器(140)执行与系统(100)相关联的模块、过程和/或功能，诸如故障检测。
系统(100)可以经由例如一个或多个网络与其它设备(未示出)通信，每个网络可以是任何类型的网络。无线网络可以指未通过任何类型的电缆连接的任何类型的数字网络。无线网络中的无线通信的示例包括但不限于蜂窝、无线和微波通信。然而，无线网络可以连接到有线网络，以便与因特网、其它运营商语音和数据网络、业务网络和个人网络接口连接。有线网络通常通过铜双绞线、同轴电缆或光纤电缆承载。存在许多不同类型的有线网络，包括广域网(wan)、城域网(man)、局域网(lan)、因特网区域网(ian)、校园区域网(can)、全球区域网(gan)(如因特网)，以及虚拟专用网络(vpn)。下文中，网络是指通常通过因特网互连的组合的无线、有线、公共和专用数据网络的任意组合，以提供统一的联网和信息访问解决方案。该系统可以被配置为不仅向患者的电子医疗记录和/或由认可机构(诸如美国放射学院、联合委员会、英国认证服务(ukas)和欧洲核医学协会的earl计划)使用的电子记录系统提供患者诊断或治疗性数据，而且还提供机器校准数据(例如，校准数据)和qc数据。
校准源
如下面详细描述的，放射治疗组件的校准源可以包括相对于组件的许多配置和/或位置。如在此所使用的，校准源可以是包括在pet检测器的视野内发射正电子的物质的放射源，该物质足以监视检测器时间校准，同时最小化对患者的剂量。例如，关于图2-4描述的放射源可以针对每个正电子湮没事件发射具有511kev能量的光子。在其它变型中，校准源的放射性源可以包括发射具有不同能级的放射的物质。校准源可以位于放射治疗组件上，使得源自校准源的至少一些响应线不与设置在机架的孔中的患者和/或患者支撑件相交。也就是说，校准源可以与设置在相对的正电子发射检测器之间并且不会被患者和/或患者支撑件阻碍(尽管该线可以穿过诸如机架壳体的其它结构)的至少一条线相交。作为说明性示例，校准源可以沿着与机架耦接的壳体设置在患者支撑件上方至少约20cm的位置。校准源和患者之间的空间间隔可以减少校准源和患者的计算位置中的误差。可以使用校准源的正电子发射数据来生成用于一个或多个正电子发射检测器的故障信号。系统可以适当地响应于故障信号(例如，输出检测器状态，停用故障检测器和/或停止治疗)。
校准放射源的一个变型在图6a-6b中示出。如那里所描绘的，校准放射源(600)可以包括盘形外壳或壳体(602)以及位于外壳内在盘的中心处的正电子发射元件(604)。外壳(602)可以由非放射性材料制成并且可以具有阱(606)，正电子发射元件(604)可以位于该阱中。在一些变型中，外壳(602)可以被制成为实心盘，可以在盘内(例如，可选地，如虚线(607)所示位于盘的中心上)创建阱(606)，可以将正电子发射元件(604)插入阱(606)中，并且然后可以在该阱中填充非放射性材料，诸如环氧树脂。外壳(602)的直径(601)可以为约0.25英寸至约3英寸，例如约1英寸，约2英寸。厚度(603)可为约0.1英寸至约0.5英寸，例如约0.25英寸。正电子发射元件(例如，囊)的大小可以是从约150μm至约500μm，例如约200μm，约250μm，约300μm等。正电子发射元件(604)可被插入或嵌入，使得其位于磁盘厚度之间的中间。例如，正电子发射元件(604)可以位于距外壳(602)的一个侧表面一定距离(608)处，其中距离(608)可以是约0.01英寸至约0.4英寸，例如，约0.12英寸，约0.2英寸等。
应该理解，下面描述的系统不需要在图1中上面描述的组件中的每个组件。例如，治疗放射源(例如，mvx射线源)可以不包括在图2-4中所示的系统变型中。图2-4中描绘的系统可以是不具有治疗放射源的成像系统，或者它们可能是带有治疗放射源(为便于说明已将其省略)的放射治疗系统。
a.固定校准源
这里描述的成像组件的变型可以包括多个正电子发射检测器和用于实时pet检测器故障检测的固定校准源。图2a-2b是包括可旋转机架(210)的放射处理组件(200)的横截面示意图，该机架具有在其上安装的第一正电子发射检测器阵列(212)和与第一检测器阵列(212)相对的第二正电子发射检测器阵列(214)。每个检测器阵列(212，214)可以包括多个正电子发射检测器。壳体(220)可以耦接至机架(210)(例如，壳体(220)可以设置在机架(210)上方)，并且壳体(220)可以包括孔(224)，患者支撑件(250)可以设置在该孔(224)中。每个正电子发射检测器都具有检测器对正电子发射敏感的角度的成像视野。如在此所使用的，患者扫描区域(242)(例如，患者成像视野)可以由患者(240)和/或患者支撑件(250)的体积来表示。也就是说，可被正电子发射检测器检测到的患者(240)和/或患者支撑件(250)的轮廓可限定患者扫描区域(242)。患者支撑件250可以包括可移动支撑表面，患者240可以设置在该可移动支撑表面上。可移动支撑表面可以耦接至基座(未示出)。
壳体(220)可以包括固定校准源支架(222)和/或校准源(230)(例如，放射源)，该固定校准源支架(222)和/或校准源(230)与孔(224)内和正电子发射检测器(212，214)的视野内的患者扫描区域(242)间隔开。例如，校准源支架(222)和/或校准源(230)可以位于壳体(220)的表面上(例如，面向患者支撑件(250))。为了说明起见，图2a-2b的校准源支架(222)和/或校准源(230)从壳体(220)向患者(240)突出，但是可以考虑其它变型。例如，校准源支架(222)和/或校准源(230)可以位于第一检测器阵列和第二检测器阵列(212，214)之间的凹口内或壳体(220)内。组件(200)可以包括单个校准源支架(222)和校准源(230)，为了便于说明，图2a至图2b示出了两个校准源支架(222)和校准源(230)，然而，应当理解，在一些变型中，在图中所示的任一位置(例如，仅在孔的顶部部分或底部部分)可能存在单个校准源支架和校准源，或者在孔周围的附加位置处存在附加校准源支架和校准源。校准源支架(222)可以被配置为保持在此所述的任何校准源(例如，正电子发射放射源)。校准源支架(222)可以使用任何已知的方式(包括但不限于粘合剂、封闭机构以及校准源支架(222)和校准源(230)之间的过盈配合或机械相互配合)将校准源(230)牢固地保持在所需的位置(例如，参考位置或位置范围)。封闭机构可包括帽、盖、盖子、塞子、闩锁、锁、螺纹环及其组合。校准源支架(222)可以允许校准源(230)可移除地耦接到壳体(220)，使得可以在校准源(230)的使用寿命后更换它。
在一些变型中，校准源支架(222)可以沿着壳体(220)的表面设置在距患者扫描区域(242)最远的位置。在一个示例中，校准源支架(222)可以设置在壳体(220)的顶部、中心位置(例如，校准源支架(222)设置在其中)。该位置可以距患者(240)最远，并且因此从校准源(230)向患者(240)提供最少量的附加剂量。特别地，患者支撑件(250)可设置在机架(210)的旋转轴(例如，机械等中心轴)下方，使得患者支撑件(250)上的患者(240)与机架(210)的旋转轴相交。因此，从壳体(220)的顶部、中心位置到患者(240)的距离可以大于沿壳体(220)的表面的任何其它点的距离。
在一些变型中，校准源支架(222)可以沿着壳体(220)的表面在患者支撑件(250)的支撑表面上方或下方设置。校准源支架(222)可设置在患者支撑件(250)的水平面上方和/或垂直于患者支撑件(250)。在这些变型中的一些变型中，校准源支架(222)可以设置在患者扫描区域(242)上方。例如，校准源支架可以设置在患者支撑件(250)的支撑表面上方至少约20cm处。换句话说，沿着壳体(220)的表面设置的校准源支架(222)可以在患者(240)的最高点上方。在其它变型中，校准源支架(222)可设置在患者支撑件(250)的水平面下方和/或垂直于患者支撑件(250)。例如，如图2a-2b中所示，校准源支架(222)可以设置在孔(224)的底部、中心位置。
图2b示出了在相对于图2a中的第一位置处的检测器(212，214)旋转的第二位置处的第一检测器阵列和第二检测器阵列(212，214)。正电子发射检测器(212，214)检测由校准源(230)和患者(240)发射的光子对。光子对沿着响应线(232)传播，该响应线(232)源自校准源(230)，并且朝向第一检测器阵列(212)和第二检测器阵列(214)延伸。校准源lor(232)中的至少一些校准源lor(232)与患者扫描区域(242)(例如，包括患者(240)和/或患者支撑件(250)的检测器的患者成像视野)不相交，使得校准源lor(232)中的至少一些校准源lor(232)在空间上与从患者(240)发射的患者响应线(234)分离。因此，校准源支架(222)被定位用于校准源(230)以形成不受患者(240)和/或患者支撑件(250)阻碍的至少一个lor(232)。尽管在图2a-2b中未示出，但是机架(210)可以进一步在具有治疗视野(260)的第一检测器阵列和第二检测器阵列(212，214)之间包括治疗放射源和治疗检测器。
在一些变型中，固定校准放射源支架可以包括在孔的内壁内的凹槽或凹口，或者可以是在可以附接到孔的内壁的结构内的凹槽或凹口。可选地，盖可以可移除地设置在凹槽或凹口上方以将校准源保持在凹槽或凹口内，并且经由任何附接机构(例如，卡扣配合、摩擦配合、螺纹配合，使用或不使用附加的一个或多个螺钉或紧固件)接合在凹槽或凹口上方。当要更换校准源时，可以移除可选盖。
图7a描绘了放射治疗组件或成像系统(700)的一个变型，该放射治疗组件或成像系统(700)包括孔(702)和沿着孔(702)的纵轴可移动的患者平台(704)。系统(700)可包括可旋转机架(未示出)，该机架可具有与孔(702)的中心轴共线的旋转轴，以及安装在机架上的第一正电子发射检测器阵列(706a)，以及安装在与第一正电子发射检测器阵列(706a)相对(即与之相对)的机架上的第二正电子发射检测器阵列(706b)。正电子发射检测器的第一和第二阵列可以沿着孔的平面或切片(708)(例如，垂直于孔的纵轴)定位。在系统(700)是包括安装在第一正电子发射检测器阵列和第二正电子发射检测器阵列之间的可旋转机架上的治疗放射源的放射治疗组件的变型中，治疗束平面可以与正电子发射检测器切片(708)共面。在该变型中，校准放射源(710)和校准放射源支架(714)可位于孔(702)内，孔的底部位置(701b)处，患者支架(704)下方。可替代地或另外地，校准放射源和/或支架可以位于围绕孔的一个或多个圆周位置处(例如，在701a或0°，在701b或180°，在701c或90°，和/或在701d或270°，在患者支撑件上方等)。如上所述，校准源支架(714)可以是孔(702)的内表面内的凹槽或凹口，带有或不带有盖。在一些变型中，位于孔的底部区域上方的校准源支架可以包括盖以防止校准源掉落，而位于孔的底部的校准源支架可以不具有盖。在校准源(710)具有盘形的情况下，校准源支架(714)也可以具有对应的盘形。
在一些变型中，校准放射源支架可以与系统的其它部件的壳体成一体和/或作为其一部分。例如，在此描述的任何系统可包括在孔内的一个或多个光学相机和/或光源，并且包括附接到孔的内壁的相机和/或照明底座。在一些变型中，相机和/或照明底座可以包括被配置为保持校准源(即，被配置为校准放射源)的凹槽或凹口。例如，相机和/或照明底座可以包括凹口，该凹口具有与校准源和可选的校准源接合结构(诸如盖(诸如上述任何盖)、扣环和/或磁性源支架)的大小和形状相对应的大小和形状。可选地，校准放射源支架和/或底座可以具有一个或多个对准结构，诸如一个或多个凹槽和/或突起，该凹槽和/或突起可以帮助将校准放射源保持与放射治疗组件的其它部件精确对准。例如，支架和/或底座可以具有限制校准源在第一方向(例如，iec-y)中的运动的一个或多个突起和/或限制校准源在第二方向(例如，iec-x)中的运动的一个或多个附加突起。在一些变型中，一个或多个突起可以包括相机和/或照明底座的壁部分。可替代地或另外地，可以将校准源安置在其内的凹槽或狭槽可以限制校准源的运动。在一些变型中，支架和/或底座可以与系统的等角点居中或对准(例如，沿着孔的中心纵轴)。
图7b-7c分别示出了可以附接至孔的内表面或壁的照明底座的升高立体图和顶视图，该照明底座包括校准源支架。诸如led的一个或多个光源可以经由照明底座附接到孔的内表面。具有与灯底座相对应的形状和大小(例如，占地面积)的照明盖可以设置在底座上方。转向图7b和图7c，照明底座(700)可以包括壁托盘或外壳(702)，该壁托盘或外壳(702)包括一个或多个孔附接结构(704)、校准源支架对准突起(706)以及校准源接收部分或支架(708)。用于形状为圆形盘的校准源的校准源支架或接收部分(708)可以包括圆形凹口，该圆形凹口具有略大于圆形盘的直径的直径，使得可以将校准源保持在凹口内。孔附接结构(704)可包括与孔的内壁上的相应缺口接合的托架，和/或可包括用于与孔螺纹配合或任何其它此类接合的结构。可选地，照明底座(720)还可以包括一个或多个盖附接结构(710)，该盖附接结构可以包括夹子或夹具，该夹子或夹具可以用于保持或抓住可选照明盖(未示出)的相应突起、翼片或舌。在图7b-7c中所示的变型中，照明底座(720)可以具有细长的长方形形状，其中校准源支架或接收部分(706)可以位于细长形状的一端。例如，带壁的外壳(702)可包括主长方形部分和主长方形部分的狭窄延伸部，在该主椭圆形部分中可以附接一个或多个光源，校准源支架或接收部分可以定位在该主椭圆形的狭窄延伸部中。这可以帮助将校准放射源与光源分离，这可以帮助减少对光源的放射损害。
尽管在此描述的变型可以针对具有单个校准放射源和/或单个校准放射源支架的系统，但是应当理解，类似的结构和特征可以应用于具有多个校准放射源和/或校准放射源支架的系统。例如，多个校准放射源和/或支架可以以多个孔角(例如，孔角位置701a-701d以及它们之间的角度)围绕孔沿周向分布。
b.环形校准源
图3是放射处理组件(300)的横截面示意图，该放射处理组件(300)可以被配置为提供pet检测器的实时校准监视，并且包括具有第一正电子发射检测器阵列(312)和与第一检测器阵列(312)相对的第二正电子发射检测器阵列(314)的机架(310)。每个检测器阵列(312，314)可包括多个正电子发射检测器，并安装到可移动或固定机架。因此，pet检测器阵列可以旋转或固定。壳体(320)可以耦接到机架(310)(例如，壳体(320)可以设置在机架(310)上方)，并且壳体(320)可以包括孔(322)，患者(340)和患者支撑件(350)可以设置在该孔(322)中。患者扫描区域(342)(例如，患者成像视野)可以由患者(340)和/或患者支撑件(350)的体积来表示。也就是说，可被正电子发射检测器检测到的患者(340)和/或患者支撑件(350)的轮廓可限定患者扫描区域(342)。患者支撑件(350)可以包括可移动支撑表面，患者(340)可以设置在该可移动支撑表面上，并且该可移动支撑表面可以耦接至基座(未示出)。
壳体(320)可进一步包括围绕孔(322)的至少一部分的环形校准源(330)(例如，环形放射源)。环形校准源的放射性水平可以类似于在此所述的任何校准源的放射性水平，例如，约1μci至300μci，例如约2μci，约100μci。例如，环形校准源(330)可以是固定的并且位于壳体(320)的表面下方和/或可以包括壳体(320)的表面。环形校准源(330)可以位于第一检测器阵列和第二检测器阵列(312，314)之间。如图3中所示，环形校准源(330)可以包括连续的环。不管正电子发射检测器(312，314)的配置(例如，可旋转或固定)如何，环形校准源(330)可位于正电子发射检测器(312，314)的视野内。
正电子发射检测器(312，314)检测由环形校准源(330)和患者(340)发射的光子。图3示出了在第一位置(334)和第二位置(336)处与环形校准源(330)相交的环形校准源lor(332)。患者(340)和/或患者支撑件(350)可以不阻碍lor(332)。与lor(332)对应的正电子湮没事件可以源自环形校准源(330)的第一或第二位置(334，334)。tofpet系统可以使用由第一检测器阵列(312)和第二检测器阵列(314)检测到的重合光子的接收时间差(例如，定时分布)来将第一位置(334)或第二位置(336)分类为正电子湮没事件的起源。环形校准源(330)的第一和第二位置的定时分布与源自患者(340)的患者扫描区域(342)的正电子发射的定时分布不同，因为环形校准源(330)比患者(340)更靠近检测器(312，314)定位，并且因此具有比位于更靠近孔中心的患者发射的正电子发射接收时间差更大的正电子发射接收时间差。
正电子发射第一检测器阵列和第二检测器阵列可以生成来自环形校准源(330)和患者(340)的正电子发射数据。组件(300)的处理器可以区分来自患者(340)以及来自环形校准源(330)的正电子发射数据。例如，组件(300)可以使用接收到的光子对的接收时间(例如，使用tof数据)对来自环形校准源(330)和孔(322)内的患者扫描区域(342)的正电子发射数据同时分类(例如，定位)。如下面更详细讨论的，然后可以将空间过滤器应用于所计算的位置。
在一些变型中，环形校准源(330)可以包括一个或多个部分(例如，设置在支撑表面(350)的平面上方的上部部分，和设置在支撑表面(350)的平面下方的下部部分)。在这些变型中的一些变型中，环形校准源(330)的上部部分可以设置在患者扫描区域(342)上方。例如，环形校准源(330)可以设置在患者支撑件(350)的支撑表面上方和/或患者扫描区域(342)的最高点上方(例如，在与患者扫描区域(342)的最高点相交并平行于患者支撑件(350)的平面上方)至少约20cm处。在另一个变型中，环形校准源(330)的下部部分可以设置在患者支撑件(350)的水平平面下方。相对于完全环绕患者(340)的环形校准源(330)，这些示例性环形校准源(330)配置可以向患者提供更少的附加剂量。环形校准源(330)可以附接到壳体(320)，并且壳体(320)可以可移除地附接到机架(310)，从而允许壳体(320)和环形校准源(330)在使用寿命到期后更换。环形校准源(330)可包括约0.10mm至约2.0mm的厚度和约0.10mm至约5cm的宽度。在一些变型中，环形校准源(330)可包括多个部分，每个部分具有不同的形状和尺寸。
c.旋转校准源
图4是组件(400)的横截面示意图，该组件可以被配置为提供pet检测器的实时校准监视并且包括一个或多个校准源支架(408)。放射治疗组件(400)可以包括可旋转机架(410)，该可旋转机架(410)具有在其上安装的第一正电子发射检测器阵列(412)和与第一检测器阵列(412)相对的第二正电子发射检测器阵列(414)。每个检测器阵列(412、414)可包括多个正电子发射检测器。在一些变型中，一个或多个校准源支架(408)可以耦接到机架(410)，使得一个或多个校准源支架(408)相对于第一检测器阵列和第二检测器阵列(412，414)固定。换句话说，正电子发射检测器(412，414)和校准源支架(408)一起旋转。
壳体(420)可以耦接到机架(410)(例如，壳体(420)可以设置在机架(210)上方)，并且壳体(220)可以包括孔(422)，患者(440)和患者支撑件(450)可以设置在该孔(422)中。患者扫描区域(442)(例如，患者成像视野)可以由检测器(412，414)可检测到的患者(440)和/或患者支撑件(450)的体积来表示。患者支撑件(450)可以包括可移动支撑表面，患者(440)可以设置在该可移动支撑表面上，并且该可移动支撑表面可以耦接至基座(未示出)。
如图4中所示，一个或多个校准源支架(408)和/或校准源(430)(例如，放射源)可以与孔(422)内和正电子发射检测器(412，414)的视野内的患者扫描区域(442)间隔开。例如，一个或多个校准源支架(408)和/或校准源(430)可以耦接至检测器(412，414)，并且相对于壳体(420)可移动(例如，围绕壳体(420)旋转)。例如，一个或多个校准源支架(408)和/或校准源(430)可以沿着侧面面向相对的检测器(414，412)的检测器(412，414)设置。
源自一个或多个校准源(430)的至少一些响应线(432)朝向第一检测器阵列(412)和第二检测器阵列(414)延伸。如图4中所示，校准源lor(432)中的至少一些校准源lor(432)与患者扫描区域(442)和/或患者支撑件(450)不相交。lor(434)可以从患者(440)的roi(444)发射。可以由正电子发射检测器(412，414)来检测由校准源(430)发射的lor(432)。因此，每个校准源支架(408)被定位成用于校准源(430)，使得由校准源(430)发射的至少一个lor(432)不受患者(440)和/或患者支撑件(450)阻碍。在一些变型中，一个或多个校准源支架(408)可以沿着与检测器(412，414)的患者成像视野(例如，患者扫描区域(442))不相交的线定位，并且线可以从第一检测器阵列(412)延伸到第二检测器阵列(414)。患者成像视野可以包括位于第一检测器阵列和第二检测器阵列之间的体积。换句话说，一个或多个校准源支架(430)可以相对于的第一检测器阵列和第二检测器阵列(412，414)固定，并且定位成至少一条视线不受患者(440)和/或患者支撑件(450)阻碍，但是线可以穿过其它结构，诸如壳体(420)。
应注意，组件(400)可包括单个校准源支架(408)，其中示例性图4示出了四个校准源支架(408)和校准源(430)。校准源支架(408)可以被配置为以如上详述的方式保持校准源(430)。校准源支架(408)可以允许校准源(430)可移除地耦接到检测器(412，414)，使得可以在校准源(430)的使用寿命之后更换校准源(430)。尽管未在图4中示出，但是机架(410)可以进一步包括在具有治疗视野(460)的第一检测器阵列和第二检测器阵列(412，414)之间的治疗放射源和治疗检测器。
ii.方法
这里还描述了使用在此描述的系统和组件在治疗放射的输送和/或患者成像期间生成故障信号的方法。该系统可以包括安装在可旋转机架上的第一pet检测器阵列和第二pet检测器阵列，其中pet检测器被配置为接收来自校准源(例如，放射源)和/或患者的正电子发射，以生成校准数据和/或提取表示源自校准放射源的正电子发射活动的正电子发射数据。也就是说，校准数据可以包括从与校准源有关的所获取的正电子发射数据中提取的数据，并且在一些变型中，校准数据还可以包括基于所获取的正电子发射数据(诸如校准源和/或患者的计算出的位置数据)而计算出的任何数据量。在一些变型中，通过识别不与孔的患者扫描或治疗区域交叉或相交的lor，可以将来自校准源的正电子发射与来自患者的正电子发射区分开。校准数据的示例可以包括空间分辨率数据、时间分辨率数据、能量敏感性数据和/或能量精度数据，和/或准确确定校准放射源的位置的能力。在一些变型中，校准数据可以包括在一个或多个机架旋转内与固定校准源的位置相交的检测到的lor的数量，和/或在一个或多个机架旋转内的检测到的lor的(多个)能级(即，重合光子事件)，和/或在具有不同窗口宽度的重合时间窗口内检测到的lor或重合光子事件的数量。如果校准数据超过阈值参数，诸如当校准数据在预定时间段内不足以对应于校准源的参考位置或位置范围时，可生成故障信号。
可触发故障信号的生成的校准数据偏差的其它示例可以包括：检测到与固定校准源的位置相交的比(基于已知和指定的正电子发射速率和/或校准源的放射性)预期的lor更多(或更少)的lor数量，检测具有偏离511kev峰的(多个)能级的lor，和/或没有检测到具有特定时间差值(例如，与一个或多个pet检测器靠近校准源而其它pet检测器远离校准源相对应的时间差)和/或在以时间差值0ns为中心的第一重合时间窗口内的lor或重合光子事件的阈值数量(即“真实”重合光子事件的数量)。可替代地或另外地，如果在以非零时间差值为中心的第二重合时间窗口内检测到的重合光子事件的数量(即“随机”重合光子事件的数量)超过了在第一重合时间窗口内检测到的重合光子事件的数量(即“真实”重合光子事件的数量)时，可生成故障信号。系统可以以一种或多种方式对故障信号做出响应，包括对检测器和/或组件执行附加诊断(例如，机架运动传感器和/或编码器诊断/特性、校准放射源诊断/特性等)，停用一个或多个检测器，停止放射疗法治疗，和/或重新校准检测器。应当理解，在此所述的任何系统都可以用于使用以下讨论的方法来确定检测器中的故障。
图5a-5b示出了使用以上讨论的任何组件(100，200，300，400)的故障检测方法(500)。例如，放射治疗组件可以包括机架，该机架包括多个正电子发射检测器、成像放射源、治疗放射源以及设置在检测器之间的一个或多个校准源。例如，一个或多个校准源可以设置在正电子发射检测器的视野内的壳体中，并且沿着组件的长度位于与正电子发射检测器相同的位置处。如以上详细讨论的，可以以固定和可旋转元件的各种组合来配置正电子发射检测器和一个或多个校准源。在成像和/或放射治疗程序之前，可以给患者施用放射性同位素以吸收到体内。患者可以躺在患者支撑件(例如躺椅)上，并移入机架的孔中，使得患者的roi(例如一个或多个肿瘤或病变)可在正电子发射检测器的视野内。可以在检测器之间提供患者和校准源二者，其中校准源与患者间隔开。例如，患者可以设置在组件的孔内，并且校准源由校准源支架保持在壳体的表面上。
可以激活正电子发射检测器阵列以检测在检测器视野内发射的正电子发射(502)。在一些变型中，正电子发射检测器可以安装在可旋转机架上，其中该机架被配置为围绕该机架的孔旋转，而在其它变型中，该检测器可以安装在固定机架上。
正电子发射检测器可以从检测器之间提供的任何正电子发射源接收正电子发射数据。例如，来自患者和校准源的正电子发射数据可以被连续地接收和处理(504)。正电子发射数据可以包括tof数据，诸如检测器的接收位置和该检测器对光子的接收时间。同时，可以通过从治疗放射源接收治疗放射剂量来治疗患者(506)。也就是说，可以在治疗环节期间接收正电子发射数据。尽管可以在治疗环节期间获取正电子发射数据，但是可以关于治疗束脉冲的定时错开正电子发射数据采集的定时。例如，正电子发射数据可以在治疗放射子束之间的预定时间间隔处由正电子发射检测器接收。患者可以从治疗模式中接收放射疗法治疗，包括例如发射引导放射治疗(egrt)、立体定向身体放射治疗(sbrt)和强度调制放射治疗(imrt)。另外地或可替代地，患者可以通过成像放射源同时成像。患者治疗和/或成像步骤(506)可以与图5a-5b的步骤中的一个或多个步骤并行地执行(例如，在预定时间段内)。例如，方法(500)可以在接收正电子发射数据(504)和/或以至少一些时间重叠来生成校准数据(516)的情况下执行一个或多个成像和治疗步骤(506)。作为另一示例，接收来自校准源和来自患者的正电子发射数据的步骤(504)可以与生成故障信号(524)同时执行。
包括光子对的湮没事件可以通过相对的正电子发射检测器检测，并定义lor。处理器可以将正电子发射数据的lor分类为校准源和患者的一个或多个计算的位置或位置范围(508)。如下面更详细讨论的，处理器可以使用参考时间偏移或空间过滤器来对计算出的正电子发射位置进行分类(509)。在一些变型中，使用在约6纳秒与10纳秒之间的重合时间窗口内接收到的正电子发射数据来对lor进行分类。
参考时间偏移
由正电子湮没事件发射的光子对的轨迹定义了lor(例如，正电子发射路径)。湮没事件的起源位于沿着lor的位置，并且可以使用光子接收时间的差(即时间差或时间偏移)进行定位。特别地，光子之间的接收时间的差对应于光子沿着来自湮没事件的lor传播的距离。例如，如果湮没事件的每个光子同时到达相应的检测器，则光子已经传播了相等的距离，使得湮没事件起源于lor的中点。因此，在一些变型中，处理器可以使用tof数据(例如，光子对的接收时间差)、lor以及参考时间偏移来计算与校准源和/或患者对应的正电子发射(例如湮没事件)起源位置(510)。例如，可以使用具有与校准源对应的时间阈值参数范围(例如时间差范围)的光子对的接收时间之间的差，将正电子发射路径数据分类为源自校准源(例如，固定放射源)。在时间阈值参数范围之外的正电子发射路径数据可以分类为噪音或源自患者。在一些变型中，正电子发射检测器可以包括与沿着lor的约4.5cm(fwhm)的位置不确定性对应的至少约300皮秒(ps)(fwhm)的重合时间分辨率。
在这些变型中的一些变型中，可以通过将光子对的接收时间的差(例如，时间差或时间偏移)和与校准源的位置对应的参考时间偏移进行比较，来从正电子发射数据区分校准源。例如，参考时间偏移的查找表(lut)(使用下面详细讨论的等式计算)可以存储在存储器中，并与正电子发射数据进行比较。在一些变型中，相对于围绕患者扫描或治疗区域旋转的pet检测器，固定校准源可以定位于可旋转机架的壳体上，使得当pet检测器位于围绕患者扫描或治疗区域的指定机架角度时，时间偏移(例如时间差)约为2.5ns。应当理解，在具有pet检测器和/或发射特性校准源的不同布置的其它变型中，与源自校准源的重合光子相对应的时间差或时间偏移值可以具有不同的时间差值。在一些变型中，如果针对2.5ns以外的时间偏移检测到的重合光子事件(“随机”重合光子事件)的数量等于或大于针对2.5ns的时间偏移检测到的重合光子事件的数量(“真实”重合光子事件)，则可生成故障信号。在一些变型中，使用在此所述的空间/正弦图过滤器，可选地与针对具有特定时间特性的事件进行选择的时间过滤器结合(例如，在重合事件中两个光子的检测时间之间的某些时间差值)，可以将源自校准源的重合光子事件(例如，在以重合时间窗口绘制重合光子事件计数的直方图中，峰在2.5ns的时间差值附近居中)与源自患者中pet-avid区域的重合光子事件区分开。在一些变型中，通过标准或阈值可以是真实重合光子事件的数量与随机重合光子事件的数量的比率(真随机比率值)，其中该比率值大于或等于一。应当理解，尽管在此描述的示例涉及如下的系统，其中由源自单个固定校准源的两个可旋转pet检测器阵列检测到的正电子发射事件具有约2.5ns的时间差或偏移值，但是应当理解，在pet检测器阵列和一个或多个校准源之间具有不同大小和/或相对位置的其它系统中，时间差或偏移值可以是任何值(例如，除2.5ns以外的任何值)。可以适当地调节(例如，相对于在此所述的示例扩大或缩小)用于检测来自(多个)校准源和/或孔内的pet-avid患者或体模中的一个或二者的重合光子事件的重合时间窗口的宽度，使得可以从pet检测器数据中提取这些重合光子事件。虽然重合时间窗口宽度可以变化，但是重合时间窗口宽度可以以大约0ns为中心。
a.固定校准源
在放射处理组件包括具有其上安装的正电子发射检测器的可旋转机架和耦接至校准源(例如，图2a-2b)的固定壳体的变型中，随着pet检测器围绕机架的孔旋转，检测器到校准源的距离可以根据机架角度而变化。从正电子发射检测器的角度(例如，pet检测器参考系)来看，随着校准源以相对于参考方向定义的机架角度θ(θ)旋转，pet检测器的位置是固定的。关于pet检测器参考系，检测器的位置可以由坐标<x，y>定义，其中x轴对应于水平轴平面(例如，平行于地面和/或患者支撑件)，并且y轴对应于与水平面垂直的垂直平面。校准源的位置可以定义为<rcosθ,rsinθ>，其中r表示距参考点的半径(例如，检测器的原点<x，y>)，并且θ是从参考方向看的角度。由相应检测器检测到的光子对(例如，第一和第二光子)的位置可以分别定义为<x1，y1>和<x2，y2>。从第一和第二光子检测位置到校准源的距离由如下给出：
第一和第二光子各自以光速(c)从湮没点传播到相对的正电子发射检测器。第一和第二光子之间的接收时间的差(即时间差或时间偏移)由下式给出：
δt＝2*(d1-d2)/c
因此，参考时间偏移δt的表可以根据机架角度θ和光子对距离d1，d2的函数来计算：
t(θ，d1，d2)＝δt
可以将参考时间偏移与对应的检测到的光子对时间偏移和阈值参数进行比较，以生成故障信号，如下面更详细描述的。
b.环形校准源
在其它变型中，组件可包括具有在其上安装的正电子发射检测器的可旋转机架以及耦接至诸如图3中所示的环形放射源的校准源的固定壳体。固定校准源的每个lor可源自两个位置中的一个位置(例如，其中lor与环形放射源相交)。因此，对于每个机架角度θ和光子对距离d1、d2，lut包括两个可能的参考时间偏移(例如，位置)，而不是单个参考时间偏移。
t(θ，d1，d2)＝δt1，δt2
对于固定校准源，存储在存储器中的lut可包括针对每组机架角度和光子对距离的参考时间偏移对(δt1，δt2)。由于两个校准源相交点之间的宽的空间和时间间隔，因此可以将正电子发射源与具有最小误差概率的最近参考校准源位置进行比较。
c.旋转校准源
在其它变型中，组件可包括具有在其上安装的正电子发射检测器和一个或多个校准源(例如，放射源、放射源支架)二者的可旋转机架，诸如图4中所示，其中校准源相对于正电子发射检测器是固定的。在该配置中，校准源到检测器的距离不会(随pet检测器参考系)改变，并且因此不需要lut和使用上述等式进行的计算。
患者空间过滤器
在一些变型中，可以使用tof数据和一个或多个空间过滤器来计算与校准源和/或患者相对应的正电子发射源位置。换句话说，可以将基于tof数据计算出的湮没事件的位置与患者和校准源的参考位置或位置范围进行比较，并用于对正电子发射进行分类，并确定重合事件是否源自患者或校准源。在一些变型中，给定一组正电子发射的位置，可以应用一个或多个空间过滤器或分类器以区分来自校准源(例如，放射源和/或放射源支架)和患者(例如患者扫描区域)的正电子发射数据。例如，可以应用校准源的第一空间过滤器和患者的第二空间过滤器来区分正电子发射数据源。在这些变型中的一些变型中，第一和第二空间过滤器之外的正电子发射可以被排除为噪声。空间过滤器可以例如包括校准源和/或患者的体积，并且包括(预定的或可调节的)误差余量。在一些变型中，余量可为约1cm至约10cm。可替代地或另外地，空间过滤器可以在系统的孔内指定预期校准源所位于的区域，并且处理器可以提取与空间过滤器的该区域相交但和与患者扫描或治疗区域对应的过滤器的该部分不相交的lor，将提取的lor指定为包含与源自校准源的正电子发射活动有关的数据。在一些变型中，处理器可以计算与空间过滤器的该区域相交的lor的数量，并且如果该计数不满足或超过预期lor的阈值(例如，基于校准源的已知放射性和/或正电子发射特性进行计算)，可生成故障信号。
在一些变型中，患者的第二空间过滤器可以包括使用患者治疗计划的几何形状，该患者治疗计划包括用于放射疗法治疗的几何和剂量学参数。例如，患者治疗计划可以包括一组目标体积(例如，患者区域)，包括(按下降体积的顺序)照射体积、治疗体积、计划治疗体积(ptv)、临床靶点体积(ctv)和总肿瘤体积(gtv)。ptv包含gtv，并增加了误差余量，包括患者对准、机器校准和roi的运动包络。来自gtv的正电子发射可用于引导egrt中的放射子束，而位于gtv外侧以及其它情况下在ptv体积内的正电子发射可被分类为噪声。位于ptv外侧的位置发射可被完全拒绝。
在一些变型中，处理器可以使用患者治疗计划来调节空间过滤器的几何形状(512)。例如，患者的第二空间过滤器可以自动调节第二空间过滤器的几何形状以对应于gtv、ctv和ptv中的一种，并且可以在修改患者治疗计划的情况下自动进行调节。另外地或可替代地，空间过滤器可以是用户可调节的，使得诸如操作者的用户可以输入第一和第二空间过滤器中的一个或多个过滤器的体积。
在一些变型中，处理器可以使用一个或多个空间过滤器同时区分来自校准源和患者的正电子发射数据(514)。例如，可以将第一和第二空间过滤器中的一个或多个空间过滤器应用于正电子发射数据，以将正电子发射位置分类为与校准源相对应和/或与患者相对应。位于空间过滤器外侧(例如，位于校准区域和/或患者区域外侧)的正电子发射数据可以被排除为噪声。在这些变型中的一些变型中，可以将第一空间过滤器应用于正电子发射数据，并且可以排除和忽略所有其它正电子发射(诸如来自患者)。
不管是否使用参考时间偏移(510)或空间过滤器(514)对正电子发射进行分类，处理器都可以使用来自校准源的正电子发射数据来生成校准数据(例如，校准源的一组正电子发射位置(516))。可选地，来自患者的正电子发射数据可以被处理器用来生成患者数据(例如，患者的一组正电子发射位置(518))。患者数据可用于例如在egrt程序下使用治疗放射源来治疗患者(520)。应当注意，步骤(518，520)对于pet检测器校准监视是可选的。
校准的正电子发射检测器应在预定误差余量内，将来自与校准源的真实位置匹配的位置处的校准源的正电子发射进行分类。当校准源的计算位置不对应于校准源的参考位置或位置范围时，可生成故障信号。特别地，当来自校准源(例如放射源、放射源支架)的正电子发射检测器(例如校准数据)超过阈值参数时(522-是)时，处理器可生成故障信号(524)。在一些变型中，阈值参数可以是可变性阈值参数。例如，可变性阈值参数可包括校准源的计算位置在校准源的参考位置或位置范围(例如，体积)之外的时间百分比(例如，校准源的计算位置和参考位置或位置范围不匹配时的时间比例)。在这些变型中的一些变型中，可以将余量添加到参考位置或位置范围。在一些变型中，可变性阈值可以为约0.1％，约0.5％，约1.0％，约1.5％，约2％，约5％，以及介于两者之间的值。在一些变型中，可以在约1秒，约10秒，约10秒及其之间的值的时间窗口中连续地监视校准。可变性阈值参数可以包括时间阈值和/或位置偏差阈值中的一个或多个。因此，当正电子发射数据超过时间阈值和位置偏差阈值中的一个或多个时，可生成故障信号。例如，当预定时间窗口上的正电子发射的平均接收时间偏移(δt)超过与参考时间偏移值相对应的时间偏移阈值参数时，可生成故障信号。
在一些变型中，校准数据(例如，对于具有带有两个pet检测器阵列的可旋转机架的系统中的单个固定校准源)可以包括在指定时间段和/或机架旋转内的一个或多个pet检测器检测到的重合光子事件的数量。可以基于校准源的已知特性及其相对于旋转pet检测器的位置计算从提取的lor(即与固定校准源的已知位置相交的lor)中针对每个pet检测器(例如，每个检测器模块或检测器晶体)检测的重合光子事件的预期数量。阈值参数可以是检测到的与校准源位置相交的lor数量与从校准源发射的重合光子的预期数量之间的公差或差值。如果pet检测器检测到的lor数量偏离预期发射的重合光子的预期数量超过指定的公差或差值，则可生成故障信号。例如，如果每个机架角度位置的检测到的lor数量偏离预期的lor数量超过公差或差异阈值，和/或如果在一个或多个机架旋转内检测到的lor数量偏离预期的lor数量超过公差或差异阈值，则可生成故障信号。
在一些变型中，可替代地或另外地，校准数据(例如，对于具有带有两个pet检测器阵列的可旋转机架的系统中的单个固定校准源)可以包括在指定的时间段和/或机架旋转内由一个或多个pet检测器在特定能级(例如511kev)下检测到的重合光子的数量。从提取的lor(即与固定校准源的已知位置相交的lor)以各种能级针对每个pet检测器(例如，每个检测器模块或检测器晶体)检测到的重合光子事件的预期数量可基于校准源的已知特性及其相对于旋转pet检测器的位置进行计算。阈值参数可以是检测到的具有能级为511kev的重合光子数量与具有能级为511kev的从校准源发射的预期的重合光子数量之间的公差或差值。如果具有pet检测器检测到的能级为511kev的重合光子数量偏离具有能量为511kev的预期发射重合光子的预期数量超过指定的公差或差值，则可生成故障信号。例如，如果具有每个机架角度位置的能级为511kev的检测到的重合光子数量偏离期望值超过公差或差异阈值，和/或如果在一个或多个机架旋转内具有511kev能级的检测到的重合光子数量与预期值偏差超过公差或差异阈值，则可生成故障信号。例如，如果未检测到来自与固定校准源的位置相交的lor的511kev重合光子，则可生成故障信号。
在一些变型中，可替代地或另外地，校准数据(例如，对于具有带有两个pet检测器阵列的可旋转机架的系统中的单个固定校准源)可以包括具有特定时间差或偏移值(即，在重合对中光子中的每个光子的检测之间的时间差)的检测到的重合光子事件的数量。校准数据可以包括在时间差或偏移值的范围内检测到的重合光子事件的数量。该时间差或偏移值的范围可以被称为重合时间窗口。在一些变型中，可以在具有不同范围和/或在各种时间差值内和/或在一个或多个机架旋转内居中的重合时间窗口上测量重合光子事件的数量。可以通过使用pet检测器检测重合光子事件，比较重合对中光子中的每个光子的检测时间以获得每个重合光子事件的时间差值，并在重合时间窗口内绘制(例如，划分(binning))每个时间差值的重合光子事件的数量，来生成在重合时间窗口中测量的重合光子事件的直方图。基于校准源的已知特性及其相对于旋转pet检测器的位置，具有与校准源与两个pet检测器阵列中的每个阵列之间的相对距离相对应的特定时间差值的重合光子事件的数量可以大于具有其它时间差值的重合光子事件的数量。例如，在其中固定校准源位于孔的顶部或底部(即，距孔的中心和/或系统等中心的距离很大)并且两个pet检测器阵列相对于固定校准源旋转和移动的系统的变型中，源自校准源的重合光子事件可具有例如2.5ns的时间差值。相反，源自患者中pet-avid区域的重合光子事件(即靠近孔中心和/或系统等中心的光子)可具有接近约0ns的时间差，因为两个湮没光子都会在被第一和第二pet检测器阵列检测到之前传播相似的距离。在一些变型中，源自患者(或体模)中的pet-avid区域的重合光子事件的时间差可为约0.1ns至约1.5ns，例如，约0.25ns，约0.5ns，约0.75ns，约0.6ns，约1ns等，这取决于患者在孔中的治疗和/或扫描区域内的几何形状和位置。图8a描绘了系统的一个示例，该系统在孔的底部或顶部(即，边缘区域)具有单个校准源，以及在孔的中心内不具有pet-avid区域的两个旋转的pet检测器阵列，而图8b描绘了类似于图8a的系统的系统的示例，但是在孔的中心内具有pet-avid区域(例如，pet-avid体模或患者)，导致以时间差值0ns为中心的峰。
在一些变型中，在以时间差值0ns为中心的时间差范围内检测到的重合光子事件可以分类为“真实”重合光子事件，而在以非零时间差值为中心的时间差范围内检测到的重合光子事件可以分类为“随机”重合光子事件。例如，如果pet检测器阵列和固定校准源的相对位置引起时间差为2.5ns的重合光子事件，则“真实”重合光子事件可以是在包括-2.5ns和+2.5ns之间的时间差值(以0ns的时间差值为中心)的重合时间窗口内检测到的事件。可替代地或另外地，包括“真实”重合光子事件的重合时间窗口可以具有从-5ns到+5ns的时间差值的范围。随机重合光子事件可以是在15ns和25ns之间的重合时间窗口(以20ns的时间差值为中心)内检测到的事件，或是以非零时间差值为中心并且与“真实”重合时间窗口不重叠的任何时间窗口。如果“随机”重合时间窗口中的重合光子事件数量等于或大于“真实”重合时间窗口中的重合光子事件数量，则可生成故障信号。在一些变型中，阈值标准可以是“真实”重合时间窗口(例如，以0ns时间差或偏移为中心的第一重合时间窗口)中的重合光子事件的数量与“随机”重合时间窗口(例如，以非零光子接收时间差或偏移为中心的第二重合时间窗口，该范围与第一重合时间窗口不重叠)中的重合光子事件的数量的比率。该比率可以被称为真随机比率值，其中通过阈值标准可以是大于或等于一的比率值。如果真随机比率值不满足或超过一，则可生成故障信号。可以通过对第一重合时间窗口内的重合光子事件的数量(例如，真实事件的数量)计数，对第二重合时间窗口内的重合光子事件的数量(例如，随机事件的数量)计数，并且然后将真实事件的数量除以随机事件的数量，来计算真实随机比率值。图8a-8c描绘了表示针对各种重合时间窗口宽度检测到的重合光子事件的数量(计数)的绘图(例如，直方图)。图8a描绘了针对一个或多个机架旋转内的固定校准源(没有pet-avid患者)，在具有-5ns至5ns之间的范围的第一(真实)重合时间窗口内检测到的真实重合光子事件的数量的直方图或绘图的一个示例。从那里可以看到，在重合时间窗口内存在两个峰，峰中的每个峰分别以+/-2.5ns为中心。以-2.5ns为中心的第一峰(800)表示在第一pet检测器阵列的第一机架位置处检测到的重合光子事件的数量，其中第一pet检测器阵列位于距校准源最近的位置(即，而第二pet检测器阵列位于离校准源显著更大的距离处)。以+2.5ns为中心的第二峰(802)表示在第二pet检测器阵列的第二机架位置处检测到的重合光子事件的数量，其中第二pet检测器阵列位于距校准源最近的距离处(即，而第一pet检测器阵列位于距校准源显著更大的距离处)。
图8b和8c描绘了类似的绘图，但是除了校准源之外，还包括具有pet-avid区域(例如，由于优先吸收pet示踪剂而具有升高的pet活动水平的肿瘤区域)的患者。以约0ns的时间差值为中心的峰(810)表示检测到的源自患者的重合光子事件。在这些示例中，第一(真实)重合时间窗口可在以0ns为中心的-5ns和5ns之间。第二(随机)重合时间窗口可能在以20ns为中心的15ns与25ns之间。图8b描绘了系统的一个变型，其中pet检测器根据需要适当地工作和/或校准。在那里可以看到，在该第一重合时间窗口内，以-/+2.5ns为中心的两个峰(812，814)表示源自校准源并由pet检测器检测到的重合光子事件。在第二重合时间窗口中(例如，在以20ns为中心的15ns至25ns之间)的“随机”重合光子事件的数量(816)小于在第一重合时间窗口中的重合光子事件的数量；也就是说，真实随机比率约为一或更大。图8c描绘了系统的一个变型，其中pet检测器根据需要不用正常工作和/或不再进行校准。从那里可以看到，在第一(真实)重合时间窗口中(-5ns至5ns之间)，不存在以-/+2.5ns为中心的峰，并且第二(随机)重合时间窗口(在以20ns为中心的15ns和25ns之间)中的“随机”重合光子事件的数量(818)大于或等于具有约2.5ns时间差的重合光子事件的数量；也就是说，真实随机比率小于或等于一。由于峰是不可识别的，和/或低于阈值(即，小于随机重合光子事件的数量)，因此可生成故障信号。在一些变型中，用于通过真实随机比率的阈值标准可以是大于一的比率值(例如，约1.1或更大，约1.2或更大，约1.3或更大，约1.5或更大，等等)，并且如果实际/计算的真实随机比率小于该比率值(例如，分别小于约1.1，小于约1.2，小于约1.3，小于约1.5等)，则可生成故障信号。例如，如果阈值比率值为1.2，则如果实际真实随机比率被计算为1.1或1，则可生成故障信号。故障信号的生成可包括向用户生成通知以检查pet检测器和/或机架运动传感器的校准和/或适当工作，和/或检查或进一步表征患者对pet示踪剂的吸收。
在此公开的pet检测器的校准监视基于检测器的直接测量，并且可以可选地用于确认和/或验证放射治疗组件中的其它传感器。例如，放射治疗组件可以包括监视pet检测器的温度的一个或多个温度传感器。在不具有正电子发射校准源的系统中，这些温度读数可用作pet检测器功能的指示符。例如，可以使用一个或多个温度传感器来测量正电子发射检测器的温度，并且如果温度超过阈值(例如，在手术期间增加2度)，则可生成故障信号。然而，如果任何传感器发生故障(特别是由于放射治疗组件附近的高放射环境)，仅通过测量次要因素(诸如温度)来监视pet检测器功能可导致不准确的评估。也就是说，基于温度测量的故障信号可以是一个或多个正电子发射检测器中的故障和/或温度传感器中的故障的结果。如在此所述，使用正电子发射校准源对pet检测器的校准监视允许对由(多个)温度传感器生成的故障信号进行单独验证。这可以对正电子发射检测器校准提供两次独立检查，并增加对校准监视的置信度。可替代地或另外地，放射治疗组件可以包括监视治疗组件的参数和各个子系统的一个或多个传感器。一些放射治疗组件可以监视放射治疗组件其它部分(例如，机架、成像源和检测器、多叶准直仪、孔径、pet检测器附近的区域等)的温度，冷却液(使用一个或多个流量计)的流速，和/或环境和/或散射的放射水平(使用一个或多个放射检测器，诸如闪烁计数器、gieger计数器、气态电离检测器、电离室等)。来自一个或多个传感器的数据读数可以与校准源发射数据结合使用，以评估和/或调节一个或多个pet检测器。基于由pet检测器检测到的信号生成的故障信号还可以触发用户检查可旋转机架的运动和/或位置传感器和/或位置编码器的校准。
放射治疗组件可以响应于故障信号的生成而以一种或多种方式响应(524)。例如，放射治疗组件可以停用一个或多个正电子发射检测器，将检测器状态输出给操作者，停止成像和/或放射疗法治疗程序，并使用校准数据校准检测器。在一些变型中，可以生成互锁并将其可视地在显示器上表示给用户。例如，在显示器或监视器上描绘的视觉或图形用户界面可以包括放射治疗组件的每个子系统的状态栏或图标。状态栏或图标的外观可以按规则的时间间隔和/或根据用户的需要进行更新。当生成故障信号并触发互锁时，该子系统的状态栏或图标可更改颜色(例如，变为红色)。然后，用户可以单击状态栏或图标以获得错误的描述和/或开始对该子组件的进一步测试和/或校准。当使用在此描述的一种或多种方法检测到故障时，pet检测器的图标(例如，每个pet检测器阵列一个图标)和/或机架运动/位置编码器的图标和/或校准源的图标以及任何其它子系统可更改颜色或形式。用户可以单击任何一个图标进行故障排除或获得有关该子系统的状态的更多细节。可替代地或另外地，故障信号还可以提示用户确认pet示踪剂被正确地导入患者。
在一些变型中，故障信号可以包括在故障处的一个或多个正电子发射检测器。可以将故障检测器的数量与预定阈值进行比较(526)，以确定哪些故障检测器要停用。在这些变型的一些变型中，可基于故障信号停用第一检测器阵列和第二检测器阵列中的至少一个正电子发射检测器(528，530)。在一个示例中，可基于指示正电子发射检测器中的多至三个正电子发射检测器中的故障的故障信号来停用多至三个正电子发射检测器(528)。相反，可基于指示四个或更多个检测器中的故障的故障信号来停用第一检测器阵列和第二检测器阵列中的每一个检测器(530)。当一些正电子发射检测器未校准时，停用正电子发射检测器的子集可使患者成像和/或放射疗法治疗继续进行。应当理解，故障检测器的阈值数量可以是任何数量的检测器。例如，如果甚至单个pet检测器有故障或未校准，则治疗放射的输送可暂停和/或治疗环节可停止。
在一些变型中，响应于故障信号，可以停止使用治疗放射源的患者的放射疗法治疗(532)。例如，可以在生成故障信号后约0.01秒内停止放射疗法治疗，从而显著减少由于一个或多个正电子发射检测器的校准丢失而对患者的潜在伤害。每天一次验证校准的常规质量保证(qa)程序无法实时监视pet检测器的校准。
在一些变型中，放射治疗组件可以经历qa程序以验证故障信号，并且然后在必要时重新校准故障检测器。处理器可以使用校准数据来校准一个或多个正电子发射检测器(534)。例如，处理器可以通过补偿校准数据中的一致时间偏移误差来重新校准一个或多个正电子发射检测器(例如，光检测器的动态范围)。可以被调节或校正的一个或多个正电子发射检测器的其它方面可以包括能量校准、能量分辨率、检测器计数率均匀性和/或死区时间校正。
在一些变型中，可以基于故障信号、正电子发射检测器停用、放射疗法治疗状态和正电子发射检测器校准中的一个或多个来输出检测器状态(536)。耦接到放射治疗组件的一个或多个视觉、音频和触觉感测输出系统可以用于将检测器状态输出给诸如操作者的用户。例如，耦接到放射治疗组件的显示器可以将检测器状态显示给操作者。检测器状态可以在状态变化时以及在生成故障信号时以预定间隔连续输出。另外地或可替代地，检测器状态可以存储在存储器中和/或通过网络传输，以输出和/或显示给远程操作者、系统供应商、监管机构中的一个或多个，和/或存储在数据库中。
在此所述的一些变型涉及一种具有非暂态计算机可读介质(也可以称为非暂态处理器可读介质)的计算机存储产品，该非暂态计算机可读介质具有在其上用于执行各种计算机实现的操作的指令或计算机代码。在计算机可读介质本身不包括瞬时传播信号(例如，在诸如空间或电缆的传输介质上承载信息的传播电磁波)的意义上，计算机可读介质(或处理器可读介质)是非暂态的。媒体和计算机代码(也可以称为代码或算法)可以是为一个或多个特定目的设计和构造的。非暂态计算机可读介质的示例包括但不限于：磁存储介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光学存储介质，诸如光盘/数字视频光盘(cd/dvd)；光盘只读存储器(cd-rom)和全息设备；磁光存储介质，诸如光盘；固态存储设备，诸如固态驱动器(ssd)和固态混合驱动器(sshd)；载波信号处理模块；以及专门配置为存储和执行程序代码的硬件设备，诸如专用集成电路(asic)、可编程逻辑设备(pld)、只读存储器(rom)和随机存取存储器(ram)设备。在此描述的其它变型涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括例如在此公开的指令和/或计算机代码。
在此描述的系统、设备和/或方法可以由软件(在硬件上执行)、硬件或其组合来实施。硬件模块可以包括例如通用处理器(或微处理器或微控制器或多核处理器)、现场可编程门阵列(fpga)和/或专用集成电路(asic)。软件模块(在硬件上执行)可以用多种软件语言(例如，计算机代码)表达，包括c、c++、
尽管出于清楚和理解的目的，通过图示和示例对上述变型进行了详细描述，但是显而易见的是，可以实施某些改变和修改，并且它们旨在落入所附权利要求的范围内。另外，应当理解，在此描述的系统和设备的组件和特性可以以任何组合使用。关于特定附图的某些元件或特征的描述不旨在限制，或者也不应被解释为暗示该元件不能与任何其它所述元件组合使用。对于上述所有变型，方法的步骤可以不顺序执行。一些步骤是可选的，使得可能不执行方法的每个步骤。
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