專利名稱：放射治療系統(tǒng)的制作方法
放射治療系統(tǒng)相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2010年4月13日提交的名稱為“Real Time Control Systems forRadiation Treatment Systems”的美國臨時專利申請第61/323，859號的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
放射外科手術(shù)是允許對良性和惡性腫瘤進(jìn)行非侵入性治療的醫(yī)療過程。其也被稱為立體定向放射療法(SRS)(當(dāng)用于靶向腦內(nèi)病變時)和體部立體定向放射療法(SBRT)(當(dāng)用于靶向體內(nèi)病變時)。除了癌癥之外，放射外科手術(shù)還經(jīng)證實有利于治療一些非癌性病癥，包括諸如動靜脈畸形(AVM)和三叉神經(jīng)痛等功能性疾病。其通過以高精度導(dǎo)向高度聚焦的電離輻射束(例如，X射線、伽馬射線)進(jìn)行作業(yè)。放射外科手術(shù)首創(chuàng)于1951年，其可通過精確的輻射劑量而用于消除顱內(nèi)和顱外腫瘤以及使用普通外科技術(shù)無法觸及的其 它病變。存在許多常規(guī)外科治療難以治療或不適于治療或會產(chǎn)生不利后果(例如對附近的動脈、神經(jīng)和其它重要結(jié)構(gòu)造成損傷)的神經(jīng)疾病。線性加速器(LINAC)可用于提供放射外科手術(shù)?；贚INAC的放射外科手術(shù)首先由佛羅里達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)院提出，并且由Betti和Colombo于20世紀(jì)80年代中期采用。針對放射外科手術(shù)應(yīng)用而優(yōu)化的現(xiàn)代LINAC包括產(chǎn)自Varian Medical Systems的Trilogy機(jī)和由Varian和BrainLAB生產(chǎn)的Novalis Tx放射外科手術(shù)平臺。這些系統(tǒng)與伽馬刀在許多方面不同。伽馬刀由Co-60的衰變產(chǎn)生平均能量為I. 25MeV的伽馬射線。LINAC通過撞擊金屬靶(通常為鎢)的加速電子的碰撞產(chǎn)生X射線。因此LINAC可產(chǎn)生任何數(shù)量的能量X射線。伽馬刀具有超過200個排列在頭盔中的源極，以提供多個治療角度。在LINAC上，機(jī)架在空間上移動，以改變提供角度。這既可使患者在空間上移動，也可改變提供點。雖然在Varian Trilogy和Novalis Tx放射外科手術(shù)平臺上無需使用框架,但兩種系統(tǒng)優(yōu)選地使用立體定向框架來限制患者移動。Varian Trilogy也可連同實時成像與非侵入性固定裝置一起使用，以檢測患者在治療期間的任何運動。雖然LINAC系統(tǒng)提供了許多優(yōu)點，但其控制要復(fù)雜的多。例如，當(dāng)機(jī)架繞患者旋轉(zhuǎn)時，必須改變準(zhǔn)直儀的夾具和葉片，并且必須改變線性加速器的信號，以實施所需的輻射劑量計劃。這種復(fù)雜性限制了實施某些類型的治療計劃的能力。發(fā)明概述本申請的一項發(fā)明包括具有能夠?qū)嵤└鼜?fù)雜的治療計劃的增強(qiáng)型控制架構(gòu)的放射治療系統(tǒng)。概括地說，一種示例性系統(tǒng)包括多個治療相關(guān)組件；數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序控制實體，其電耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且控制放射治療系統(tǒng)的一個或多個組件；并且其中管理程序通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將控制命令定期傳送至所述節(jié)點。如本文所述，術(shù)語“輻射”包括所有形式的粒子和電磁輻射，包括但不限于電離輻射、非電離輻射、電子束、質(zhì)子束、離子束、原子束、微波波束、射頻波束等。本申請的另一項發(fā)明包括用于放射治療系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。概括地說，一種示例性控制系統(tǒng)包括數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序控制實體，其電耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制其主系統(tǒng)的一個或多個組件；并且其中管理程序通過數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)將命令定期傳送至所述節(jié)點。本申請的另一項發(fā)明包括對來自散射中子和其它形式的輻射的干擾影響的承受能力增強(qiáng)的放射治療系統(tǒng)。概括地說，一種示例性系統(tǒng)包括多個治療相關(guān)組件；數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序控制實體，其電耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；并且其中多個治療相關(guān)組件設(shè)置在治療室內(nèi)，并且其中管理程序控制實體和至少一個節(jié)點設(shè)置在治療室外。本申請的另一項發(fā)明包括對來自散射中子和其它形式的輻射的干擾影響的承受能力增強(qiáng)的放射治療系統(tǒng)。概括地說，一種示例性系統(tǒng)包括多個治療相關(guān)組件；數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序控制實體，其電耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；以及中子吸收材料的主體，其設(shè)置在至少一個治療相關(guān)組件和管理程序之間，該中子吸收材料的主體將通過其本身的中子通量密度降低十倍或以上。本申請的另一項發(fā)明包括對來自散射中子和其它形式的輻射的干擾影響的承受·能力增強(qiáng)的放射治療系統(tǒng)。概括地說，一種示例性系統(tǒng)包括多個治療相關(guān)組件；數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序控制實體，其電耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；以及中子吸收材料的主體，其設(shè)置在至少一個治療相關(guān)組件和管理程序之間，該中子吸收材料的主體相比于石膏在更大程度上吸收中子。本申請的另一項發(fā)明包括對來自散射中子和其它形式的輻射的干擾影響的承受能力增強(qiáng)的放射治療系統(tǒng)。概括地說，一種示例性系統(tǒng)包括多個治療相關(guān)組件；以及多個節(jié)點，每個節(jié)點控制一個或多個治療相關(guān)組件，其中至少一個節(jié)點包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從所述至少一個節(jié)點接收指示，其中所述至少一個子節(jié)點包括處理器、閃速存儲器、易失性存儲器和存儲在易失性存儲器中的三個或更多個不同位置處的參數(shù)。參照附圖在具體實施方式
中描述了上述發(fā)明及其附加實施方案。在附圖中，類似的標(biāo)號可表示類似的元件，并且可能不會重復(fù)對某些元件進(jìn)行描述。附圖簡述圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性放射治療系統(tǒng)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種示例性控制系統(tǒng)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性節(jié)點開關(guān)組。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性節(jié)點開關(guān)組。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性控制系統(tǒng)。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性控制系統(tǒng)。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性節(jié)點開關(guān)組。圖8A-8C示出了根據(jù)本發(fā)明的從管理程序發(fā)送至示例性節(jié)點的示例性命令。圖9A-9B示出了根據(jù)本發(fā)明的從示例性節(jié)點發(fā)送至管理程序的示例性錯誤信息。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性控制系統(tǒng)。圖11示出了根據(jù)本申請所公開的另一項發(fā)明的一種示例性放射治療系統(tǒng)。
圖12示出了可用于根據(jù)本申請所公開的另一項發(fā)明的放射治療系統(tǒng)中的示例性子節(jié)點。
具體實施方式
圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的具有示例性控制系統(tǒng)的示例性放射治療系統(tǒng)10。如同 Varian Trilogy系統(tǒng),該示例性實施方案包括可移動患者的患者支架(例如診視床)I、環(huán)繞診視床的一端的機(jī)架2、支承機(jī)架的架臺3、安裝在機(jī)架中的束發(fā)生器4、向束發(fā)生器4供電的射頻(RF)電源和RF調(diào)制器5、安裝至機(jī)架的第一圖像探測器6、以及安裝至機(jī)架與第一圖像探測器6相對的第一成像輻射源7。束發(fā)生器4包括產(chǎn)生電子并將其加速到電子束中的線性加速器、將電子束彎曲270度(導(dǎo)致有效的90度轉(zhuǎn)向)的“彎轉(zhuǎn)”磁鐵、以及根據(jù)患者的治療計劃可選擇性使用的鎢靶。當(dāng)使用鎢靶時，由線性加速器產(chǎn)生的電子束撞擊該靶并產(chǎn)生X射線，這些X射線被輸送至患者治療區(qū)，如下所述。當(dāng)未使用鎢靶時，電子束被輸送至患者治療區(qū)。線性加速器具有電子槍、長度為約I米的電極室的加速結(jié)構(gòu)、以及向加速結(jié)構(gòu)的電極產(chǎn)生微波脈沖信號的磁控管或速調(diào)管。來自所述加速器的電子或由所述靶產(chǎn)生的X射線經(jīng)可調(diào)式多葉準(zhǔn)直儀(MLC) 8空間過濾，所述準(zhǔn)直儀具有多個由輻射吸收材料制成的可移動葉片(例如120個葉片)。電子或X射線的治療束從MLC 8射出，并且該束可具有通過MLC 8的葉片的位置來設(shè)置的多種橫截面圖形。在到達(dá)MLC 8之前，治療束穿過圍繞該束打開和關(guān)閉的一組夾具。當(dāng)關(guān)閉夾具時，治療束不會從準(zhǔn)直儀結(jié)構(gòu)中射出。當(dāng)打開夾具時，治療束射出并撞擊患者。第一成像探測器和成像輻射源處于垂直于治療束的平面中。治療系統(tǒng)也可包括第二成像探測器9，其設(shè)置在約6英尺遠(yuǎn)的位置處且與治療束(在圖 I中，該第二成像探測器被示于處于折疊位置，其被折疊到機(jī)架隔室中)相對。第二成像探測器使用來自治療束的輻射來提供與第一成像探測器所提供的圖像垂直的圖像。
患者支架I無需移動，并且可為固定支架。機(jī)架2和架臺3采用一種特定形式的束定位機(jī)構(gòu)，其能夠相對于患者來固定和/或移動輻射束路徑(例如軌跡)。其它束定位機(jī)構(gòu)對本領(lǐng)域而言是已知的，并且可結(jié)合本發(fā)明使用。束定位機(jī)構(gòu)包括但不限于機(jī)架、環(huán)形機(jī)架、機(jī)械臂、束轉(zhuǎn)向裝置(包括使用電場和/或磁場的那些)、及其組合。多葉準(zhǔn)直儀8 采用一種特定形式的束成形機(jī)構(gòu)，其能夠改變輻射束的橫截面形狀。束成形裝置包括但不限于多葉準(zhǔn)直儀、光圈準(zhǔn)直儀、夾具準(zhǔn)直儀、電場整形器(例如“靜電”整形器)、磁場整形器(例如“磁”透鏡)、及其組合。束定位機(jī)構(gòu)、束成形機(jī)構(gòu)、患者支架I、機(jī)架2、架臺3、束發(fā)生器4、RF調(diào)制器5、圖像探測器6、成像輻射源7、多葉準(zhǔn)直儀(MLC) 8、準(zhǔn)直儀夾具以及第二成像探測器9在本文中是指放射治療系統(tǒng)10的治療相關(guān)組件，以將其與本發(fā)明的新型控制系統(tǒng)的組件進(jìn)行區(qū)分，如下文更詳細(xì)地描述。本發(fā)明包括的放射治療系統(tǒng)無需具有以上列出的所有組件，但可具有任何數(shù)量的組件和任何類型的組件，這視該系統(tǒng)正進(jìn)行的特定治療而定。
放射治療計劃包括協(xié)調(diào)機(jī)架、患者支架和MLC葉片的移動以及協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)束發(fā)生器產(chǎn)生的X射線或其它輻射的能級和劑量。該計劃旨在向位于患者身體內(nèi)的腫瘤提供一定劑量的輻射，同時使周圍的健康組織所接收的輻射量最小化。機(jī)架圍繞患者移動X射線束，以使對健康組織的影響最小化，同時仍旨在使該束穿過腫瘤。移動MLC的葉片的位置，以便在機(jī)架的特定位置使X射線束的橫截面成形為接近腫瘤的橫截面或位于其內(nèi)。也可旋轉(zhuǎn)整個MLC，從而提供另一個運動控制角度。可使用成像系統(tǒng)(例如兩個成像探測器)來將該系統(tǒng)與患者的腫瘤對準(zhǔn)，例如通過使用來自探測器的圖像，以確定如何移動患者支架來將MLC 與腫瘤對準(zhǔn)。可使用軟件工具來針對任何給定的腫瘤大小和位置設(shè)計治療計劃。可將此軟件工具的輸出導(dǎo)入圖I所示和使用的系統(tǒng)中。因此，從廣義上講，放射治療計劃包括協(xié)調(diào)放射治療系統(tǒng)的兩個或更多個放射治療組件的操作，其中此類操作可包括但不限于位置、移動和參數(shù)設(shè)定值(例如能量、劑量等)。
與先前的LINAC系統(tǒng)的一個區(qū)別是，圖I所示的本發(fā)明的實施方案包括一種新型分布式控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)該圖所示的組件(例如機(jī)架(架臺)、束發(fā)生器、MLC準(zhǔn)直儀、患者支架和成像系統(tǒng))的操作。該控制系統(tǒng)包括管理程序20、多個節(jié)點，每個節(jié)點可具有一個或多個子節(jié)點(對于總數(shù)為多個的子節(jié)點)。用圖I中的以下標(biāo)簽來識別節(jié)點“機(jī)架”、“束發(fā)生”、“準(zhǔn)直儀”、“圖像采集”、“床”和“圖像定位”。管理程序和節(jié)點通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)，例如局域以太網(wǎng)(例如LAN)彼此電耦接。管理程序?qū)⒅噶疃ㄆ趥魉椭凉?jié)點，并且從這些節(jié)點定期接收狀態(tài)信息。每個節(jié)點處理所述系統(tǒng)的一個或多個組件的操作。例如，機(jī)架節(jié)點可引導(dǎo)機(jī)架的操作，準(zhǔn)直儀節(jié)點可引導(dǎo)準(zhǔn)直儀的葉片、夾具和旋轉(zhuǎn)角的操作，床節(jié)點可控制患者支架的操作，束發(fā)生節(jié)點可控制束發(fā)生器(包括線性加速器和將束彎曲90度的彎轉(zhuǎn)磁鐵) 的操作，并且圖像采集節(jié)點可控制兩個成像系統(tǒng)中的一個或兩個。每個節(jié)點可控制一個或多個子節(jié)點。例如，束發(fā)生節(jié)點可具有控制電子槍的第一子節(jié)點、控制磁控管或速調(diào)管的第二子節(jié)點、以及控制彎轉(zhuǎn)磁鐵的第三節(jié)點。
參照圖2，管理程序包括數(shù)據(jù)處理器、電耦接至數(shù)據(jù)處理器用于存儲數(shù)據(jù)和指令 (例如代碼)的非瞬時性有形計算機(jī)可讀存儲器、電耦接至數(shù)據(jù)處理器和數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、電耦接至數(shù)據(jù)處理器的時鐘、電耦接至數(shù)據(jù)處理器的I/o端口設(shè)施、以及電耦接至數(shù)據(jù)處理器(例如存儲磁盤或閃存驅(qū)動器)的非瞬時性有形計算機(jī)可讀大容量存儲元件。每個節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理器、電耦接至數(shù)據(jù)處理器用于存儲數(shù)據(jù)和處理器指令(例如代碼)的非瞬時性有形計算機(jī)可讀存儲器、電耦接至數(shù)據(jù)處理器和數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、電耦接至數(shù)據(jù)處理器的時鐘、以及電耦接至數(shù)據(jù)處理器的I/o端口設(shè)施，并且可包括電耦接至數(shù)據(jù)處理器(例如存儲磁盤或閃存驅(qū)動器)的非瞬時性有形計算機(jī)可讀大容量存儲元件。管理程序可在其I/o端口之一的一個或多個線路上提供周期定時信號，并且該周期定時信號可電耦接至每個節(jié)點的I/o端口的一個或多個相應(yīng)線路?？墒褂弥芷诙〞r信號來使節(jié)點的操作與管理程序的操作同步。作為另一種方法，周期定時信號可由周期定時信號發(fā)生器提供，如圖2所示，在這種情況下，管理程序的I/O端口可接收周期定時信號并將其用于協(xié)調(diào)其對節(jié)點的信號。每個節(jié)點的處理器可由存儲于計算機(jī)可讀存儲器中的指令引導(dǎo)，以配置I/o端口設(shè)施，從而在I/O端口接收周期定時信號時對數(shù)據(jù)處理器產(chǎn)生處理器中斷信號。響應(yīng)于接收中斷信號，數(shù)據(jù)處理器可由指令引導(dǎo)，以執(zhí)行先前通過管理程序向其發(fā)送的一個或多個任務(wù)(動作命令)，并且將狀態(tài)信息發(fā)送回管理程序。作為另一種方法，管理程序或周期定時信號發(fā)生器可將周期定時信號作為周期綜合廣播包在數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)上廣播。每個節(jié)點可包括內(nèi)部周期信號發(fā)生器，并且可根據(jù)具有外部周期定時信號的包的接收時間來使其內(nèi)部發(fā)生器同步。因此，如果節(jié)點丟失外部周期定時信號的包，則該節(jié)點可依賴于其內(nèi)部時鐘來設(shè)置將根據(jù)已從管理程序接收的命令來執(zhí)行的動作命令的時限。
如果節(jié)點控制一個或多個子節(jié)點，則其一個或多個I/O端口的線路例如通過CAN總線(控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線)耦接至這些子節(jié)點。每個子節(jié)點可包括數(shù)字控制電路，或可包括與節(jié)點相同的組件，這視該子節(jié)點要執(zhí)行的任務(wù)而定。
在典型的實施方式中，由管理程序、節(jié)點和子節(jié)點提供的系統(tǒng)向管理程序提供超過140個“機(jī)械參數(shù)”的實時狀態(tài)信息，其中機(jī)械參數(shù)為本文中使用的通用術(shù)語，以涵蓋元件(例如準(zhǔn)直儀葉片)的位置、元件的軸向位置(例如機(jī)架的旋轉(zhuǎn)角)、加速器電子槍的劑量輸出、加速器電子束的能量、以及彎轉(zhuǎn)磁鐵的強(qiáng)度。(該術(shù)語“機(jī)械軸”在本文中也用于表示那些通用機(jī)械參數(shù))。所述系統(tǒng)還通過管理程序和節(jié)點對每個機(jī)械參數(shù)(或機(jī)械軸)進(jìn)行實時控制。所述系統(tǒng)還向管理程序提供數(shù)十個電傳感器的實時狀態(tài)，對多個靜態(tài)和動態(tài)磁場(其可被視為“機(jī)械參數(shù)”)進(jìn)行實時控制，收集零個到若干個平板型X射線探測器的成像數(shù)據(jù)，并且收集零個或多個光學(xué)成像攝像機(jī)的成像數(shù)據(jù)。在該背景下，“實時”是指從所有軸和/或電傳感器接收狀態(tài)信息的大約30 mSec內(nèi)控制所有軸和磁場。
本申請的另一個發(fā)明方面涉及通過管理程序發(fā)送至節(jié)點的命令。管理程序?qū)⒚钜詳?shù)字分組網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包的形式定期發(fā)送至節(jié)點，例如每隔10 msec(毫秒)。在周期定時信號在節(jié)點的I/O端口發(fā)出有源脈沖之后，便可發(fā)送這些數(shù)據(jù)包。每個命令向節(jié)點提供指定該節(jié)點在接收周期定時信號的下一個有源脈沖時將執(zhí)行的任務(wù)的第一動作命令，并且向節(jié)點提供指定該節(jié)點在接收周期定時信號的第二下一個有源脈沖時將執(zhí)行的任務(wù)的第二動作命令。例如，如果管理程序在時間=10 mSec時向所有節(jié)點發(fā)出命令包(所有命令可在約I mSec內(nèi)在數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收)，則每個命令具有節(jié)點在時間=20 mSec 時將執(zhí)行的任務(wù)和節(jié)點在時間=30 mSec時將執(zhí)行的任務(wù)的動作命令。因此，如果節(jié)點未接收到命令，則該節(jié)點仍具有其從管理程序接收的上一個命令中所提供的冗余備用動作命令。命令也可提供針對后續(xù)時間點的命令，例如指定節(jié)點在接收周期定時信號的第三下一個有源脈沖時將執(zhí)行的任務(wù)的第三動作命令。每個節(jié)點監(jiān)測傳入命令并檢測命令是否未如期到達(dá)。如果命令丟失，則其內(nèi)容將被先前命令(和可能的后續(xù)命令)覆蓋。如果兩個連續(xù)的命令丟失，則節(jié)點可通過以下通信路徑的一個或兩個發(fā)出通信故障指示經(jīng)由數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將信息包發(fā)送至管理程序、以及打開啟動回路中的一個，如下所述。
現(xiàn)使用示例性節(jié)點的一些實例來說明上述冗余概念，其中動作將在周期時間點 T1、T2、T3、T4等時進(jìn)行。在第一時間點Tl之前，該示例性節(jié)點從管理程序接收第一命令，該第一命令具有針對第一時間點Tl的第一動作命令和針對第二時間點Τ2的第二動作命令， 第二時間點Τ2在時間上晚于(例如后于)第一時間點Tl。圖8Α所示的第一命令可任選地具有針對第三時間點Τ3的第三動作命令，第三時間點Τ3在時間上在Τ2和Tl之后。所述節(jié)點大致在第一時間點Tl發(fā)生時(例如在Tl的幾毫秒內(nèi)或在Tl和Τ2之間的時間間隔的20%內(nèi))執(zhí)行其在第一命令中接收的第一動作命令中指定的動作，并且保存第二動作命令(和任選地第三動作命令)以供以后可能使用。在已接收第一命令之后，并在第二時間點Τ2發(fā)生之前，該示例性節(jié)點然后等待第二命令到達(dá)。如果該示例性節(jié)點在第二時間點Τ2 之前的所選時段內(nèi)(例如在Τ2的I毫秒內(nèi))未接收到第二命令，則其大致在第二時間點Τ2 發(fā)生時繼續(xù)執(zhí)行其在第一命令中接收的第二動作命令中指定的動作，并且通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將指示其在應(yīng)當(dāng)接收到命令時而未接收到命令的錯誤信息包(示于圖9Α)發(fā)送至管理程序。
相反地，如果該示例性節(jié)點在第二時間點Τ2之前的所選時段內(nèi)從管理程序接收CN 102946944 A書明說6/11 頁到第二命令，則該示例性節(jié)點作用于第二命令。第二命令具有針對第二時間點T2的第二動作命令和針對第三時間點T3的第三動作命令，第三時間點T3在時間上晚于(例如后于) 第二時間點T2和第一時間點Tl。圖SB所示的第二命令可任選地具有針對第四時間點T4 的第四動作命令，第四時間點T4在時間上在每個時間點T1-T3之后。該示例性節(jié)點可在其接收第二命令之后擦除第一命令的已存部分。然后，所述節(jié)點大致在第二時間點T2發(fā)生時 (例如在T2的幾毫秒內(nèi)或在T2和T3之間的時間間隔的20%內(nèi))執(zhí)行其在第二命令中接收的第二動作命令中指定的動作，并且保存第三動作命令(和任選地第四動作命令)以供以后可能使用。在已接收第二命令之后，并在第三時間點T3發(fā)生之前，該示例性節(jié)點然后等待第三命令到達(dá)。如果該示例性節(jié)點在第三時間點T3之前的所選時段內(nèi)(例如在T3的 I毫秒內(nèi))未接收到第三命令，則其大致在第三時間點T3發(fā)生時繼續(xù)執(zhí)行其在第二命令中接收的第二動作命令中指定的動作，并且通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將指示其在應(yīng)當(dāng)接收到命令時而未接收到命令的錯誤信息包發(fā)送至管理程序。如果未接收到第二命令，并且如果第一命令包含針對T3的第三動作命令，則該示例性節(jié)點大致在第三時間點T3發(fā)生時繼續(xù)執(zhí)行其在第一命令中接收的第三動作命令中指定的動作，并且通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將指示其在應(yīng)當(dāng)接收到命令時而未接收到命令的錯誤信息包(示于圖9B)發(fā)送至管理程序。
相反地，如果該示例性節(jié)點在第三時間點T3之前的所選時段內(nèi)從管理程序接收到第三命令，則該示例性節(jié)點以與 其作用于第一命令和第二命令的方式類似的方式作用于第三命令。該節(jié)點以類似的方式處理后續(xù)命令。如果該節(jié)點在特定時間點不具有要作用的動作命令，則該節(jié)點可根據(jù)其控制的組件而采用所選過程的故障安全動作。
參照圖2，所述系統(tǒng)可具有提供操作安全性(例如提供單一故障安全或單一故障的故障安全能力)的一個或多個“啟動回路”。四個啟動回路如圖2所示。每個啟動回路可關(guān)于不同的安全問題和/或控制問題。啟動回路可轉(zhuǎn)到每個節(jié)點或可穿過所述系統(tǒng)的每個節(jié)點、或者所述系統(tǒng)中僅那些可檢測與控制回路有關(guān)問題相關(guān)的故障或可能需要響應(yīng)于該啟動回路檢測到的故障狀態(tài)的節(jié)點。所述系統(tǒng)可具有以下四個啟動回路(I)關(guān)于束發(fā)生的束啟動回路；(2)關(guān)于機(jī)架、準(zhǔn)直儀、成像臂和患者支架的運動的運動啟動回路；(3)關(guān)于向如果不加控制可對患者帶來危險的那些組件(例如電機(jī)、泵、高電流電源等)供電的電源啟動回路；以及(4)關(guān)于用于成像的低能X射線束的成像束啟動回路。節(jié)點可耦接至這些回路中的一個或多個，并且可根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)而觸發(fā)所述回路上發(fā)生故障。
在一個實施方式中，每個回路可包括電信號線，該電信號線始于管理程序的I/O 端口的輸出線(或耦接至電源Vdd的電阻器R)，然后穿過一個或多個相應(yīng)節(jié)點的一個或多個電子開關(guān)，再返回到管理程序的I/O端口的輸入線。當(dāng)節(jié)點未發(fā)現(xiàn)操作故障時，則其命令其電子開關(guān)處于關(guān)閉位置，這完成了從管理程序的輸出線(或耦接至電源Vdd的電阻器R) 到管理程序的輸入線的電氣回路。當(dāng)節(jié)點發(fā)現(xiàn)操作故障時，其命令其電子開關(guān)處于打開位置，這斷開了電氣回路并改變管理程序的輸入線處的電壓。管理程序監(jiān)測輸入線的指示斷開的電壓電平，斷開表示故障狀態(tài)。節(jié)點可命令其電子開關(guān)穿過其I/O端口之一的輸出線。 進(jìn)一步沿著回路向下的節(jié)點可監(jiān)測啟動線，并還可檢測上游節(jié)點或下游節(jié)點的故障并由此做出響應(yīng)。更具體地講，在每個節(jié)點處，啟動回路可穿過圖2中標(biāo)記為“開關(guān)”的電路塊中的單極開關(guān)和傳感電阻器的串聯(lián)組合。根據(jù)節(jié)點是否檢測到與啟動回路有關(guān)的故障狀態(tài)， 該節(jié)點可選擇性地打開或關(guān)閉開關(guān)。節(jié)點的處理器通過該節(jié)點的I/O端口設(shè)施向開關(guān)提供12控制信號，如該圖所示。
圖3示出了開關(guān)組的示例性實施方式。示出了四個啟動回路，其分別穿過開關(guān) S1-S4和傳感電阻器R1-R4的四個相應(yīng)串聯(lián)組合。如果節(jié)點檢測到故障狀態(tài)，則該節(jié)點將具有使開關(guān)打開(不導(dǎo)電)的值的相應(yīng)命令信號C1-C4從其I/O端口設(shè)施發(fā)送至相關(guān)啟動回路的相應(yīng)開關(guān)S1-S4;否則該節(jié)點發(fā)送具有使開關(guān)保持關(guān)閉(導(dǎo)電)的值的命令信號 C1-C4。每個開關(guān)S1-S4可包括晶體管，例如MOSFET晶體管。當(dāng)啟動回路的電流通過節(jié)點時，其將在整個相應(yīng)傳感電阻器R1-R4中產(chǎn)生電壓，該電壓可被具有耦接至相應(yīng)傳感電阻器R1-R4的任何一側(cè)的輸入的相應(yīng)差動放大器0P1-0P4 (例如“0P放大器”)檢測到，如該圖所示。相應(yīng)差動放大器0P1-0P4的輸出提供相應(yīng)數(shù)字信號F1-F4，該數(shù)字信號在啟動回路中無電流流動時(這指示故障狀態(tài))的值為零且在啟動回路中有電流流動時(這指示正常的無故障狀態(tài))的值為一。信號F1-F4耦接至節(jié)點的I/O設(shè)施的輸入。每個差動放大器 0P1-0P4可包括零偏移電路，該電路在整個其輸入中的電壓差為零時使其輸出的值為零。否則，此電路對本領(lǐng)域而言是已知的，并且可易于添加至該圖所示的電路中。
如果開關(guān)S1-S4的實施方式具有足夠高的通態(tài)電阻，則開關(guān)S1-S4可分別用作傳感電阻器R1-R4，該實施方案如圖4所示。如在前述實施方案中，示出了四個啟動回路，其分別穿過四個相應(yīng)開關(guān)S1-S4。如果節(jié)點檢測到故障狀態(tài)，則該節(jié)點以使開關(guān)打開(不導(dǎo)電)的值將相應(yīng)命令信號C1-C4從其I/O端口設(shè)施發(fā)送至相關(guān)啟動回路的相應(yīng)開關(guān)S1-S4 ； 否則該節(jié)點以使開關(guān)保持關(guān)閉(導(dǎo)電)的值發(fā)送命令信號C1-C4。每個開關(guān)S1-S 4可包括晶體管，例如MOSFET晶體管。當(dāng)啟動回路的電流通過節(jié)點時，其將在整個相應(yīng)開關(guān)S1-S4 中產(chǎn)生電壓，該電壓可被具有耦接至相應(yīng)開關(guān)S1-S4的任何一側(cè)的輸入的相應(yīng)差動放大器 0P1-0P4 (例如“0P放大器”)檢測到，如該圖所示。相應(yīng)差動放大器0P1-0P4的輸出提供相應(yīng)數(shù)字信號F1-F4，其在啟動回路中無電流流動時(這指示故障狀態(tài))的值為零且在啟動回路中有電流流動時(這指示正常的無故障狀態(tài))的值為一。信號F1-F4耦接至節(jié)點的I/O 設(shè)施的輸入。每個差動放大器0P1-0P4可包括零偏移電路，該電路在整個其輸入中的電壓差為零時使其輸出的值為零。否則，此電路對本領(lǐng)域而言是已知的，并且可易于添加至該圖所示的電路中。
雖然上述實例使啟動回路穿過管理程序，但這并非必需。相反地，管理程序可通過上述狀態(tài)信息來監(jiān)測每個節(jié)點檢測到的故障，這相比于啟動回路可提供更詳細(xì)的信息。管理程序也可將故障信息傳送至節(jié)點，以使這些節(jié)點進(jìn)入故障安全操作狀態(tài)。因此，在圖5所示的另一個實施方式中，每個啟動回路與管理程序分開，并且由相應(yīng)電源供電。每個啟動回路包括穿過所述節(jié)點中的一個或多個而作為串聯(lián)電路的電流回路，同時相應(yīng)電源與該啟動回路串聯(lián)耦接。四個啟動回路以及四個電源如圖5所示。如前所述，每個啟動回路可關(guān)于不同的安全問題和/或控制問題，并且可穿過所述系統(tǒng)的每個節(jié)點、或者所述系統(tǒng)中僅那些可檢測與控制回路有關(guān)問題相關(guān)的故障或可能需要響應(yīng)于該啟動回路檢測到的故障狀態(tài)的節(jié)點。圖5所示的開關(guān)組的實施方式可與圖3或圖4所示的開關(guān)組的實施方式相同。
作為圖6所示的另一個實施方式，啟動回路也可作為有線或非門(NOR gate)來實施。在該配置中，電阻器Rs或電源向啟動線供電，并且耦接至該啟動線的每個節(jié)點使其電子開關(guān)耦接在該啟動線和地面之間。該開關(guān)位于圖6中標(biāo)記為“開關(guān)”的電路塊中，并且可包括單極單刀開關(guān)。啟動線也可耦接至管理程序的輸入線，但這并非必需。根據(jù)節(jié)點是否CN 102946944 A書明說8/11 頁檢測到與啟動回路有關(guān)的故障狀態(tài)，該節(jié)點可選擇性地打開或關(guān)閉電子開關(guān)。當(dāng)節(jié)點檢測到無故障時，其命令其電子開關(guān)處于打開位置。當(dāng)所有電子開關(guān)處于打開位置時，啟動線上的電勢轉(zhuǎn)到高邏輯值(例如3或5伏特)。當(dāng)節(jié)點檢測到故障時，其命令其電子開關(guān)處于關(guān)閉位置，這使啟動線接地至低邏輯值。管理程序可通過查看線路的電壓電平來檢測啟動線上的故障。此外，耦接至啟動線的所有節(jié)點均可通過查看線路的電壓電平來檢測啟動線上的故障，并且可采取適當(dāng)動作。節(jié)點的處理器通過該節(jié)點的I/O端口設(shè)施向開關(guān)提供控制信號，如該圖所示。
圖7示出了圖6中的開關(guān)組的示例性實施方式。示出了四個啟動回路，其耦接至四個開關(guān)S1-S4中相應(yīng)一個的一個終端；開關(guān)S1-S4的其它終端耦接至地面。如果節(jié)點檢測到故障狀態(tài)，則該節(jié)點將具有使開關(guān)關(guān)閉(導(dǎo)電)的值的相應(yīng)命令信號C1-C4從其I/O端口設(shè)施發(fā)送至相關(guān)啟動回路的相應(yīng)開關(guān)S1-S4 ;否則該節(jié)點發(fā)送具有使開關(guān)保持打開(不導(dǎo)電)的值的命令信號。每個開關(guān)S1-S4可包括晶體管，例如MOSFET晶體管。開關(guān)組可包括多個緩沖倒相器Invl-Inv4(例如四個倒相器)，這些緩沖倒相器使其輸入耦接至啟動線中的相應(yīng)者，并且使其輸出耦接至節(jié)點的I/O端口設(shè)施的相應(yīng)輸入線。每個倒相器Invl-Inv4 的輸出提供相應(yīng)數(shù)字信號F1-F4，該數(shù)字信號在啟動線上的電壓較高時(這指示正常的無故障狀態(tài))的值為零，并且在啟動線上的電壓較低時(這指示故障狀態(tài))的值接近數(shù)字電源電壓Vdd。作為一種選擇，一個或多個啟動回路可以類似于節(jié)點的方式耦接至管理程序， 但這并·非必需。相反地，管理程序可通過上述狀態(tài)信息來監(jiān)測每個節(jié)點檢測到的故障，這相比于啟動回路可提供更詳細(xì)的信息。管理程序也可以直接形式或間接形式將故障信息傳送至節(jié)點，以使節(jié)點進(jìn)入故障安全狀態(tài)。
在上述實施方案中，向節(jié)點提供CAN總線(控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線)以與其子節(jié)點通信。在另外的實施方案中，提供“反向通道”通信信道，以通過CAN總線在節(jié)點之間進(jìn)行對等通信。在圖10中，此反向通道通信信道的一個示例性實施方案以該圖所示的“節(jié)點CAN 總線”示出。節(jié)點CAN總線耦接至兩個或更多個節(jié)點，其可通過節(jié)點的I/O端口設(shè)施而耦接至一個此節(jié)點。此前描述的任何啟動回路均可用于該實施方案中。通過節(jié)點CAN總線，一個節(jié)點可直接傳送至另一個節(jié)點，以協(xié)調(diào)其動作(如果需要)。例如，準(zhǔn)直儀節(jié)點(示于圖 I)可通過節(jié)點CAN總線將信息發(fā)送至束發(fā)生器節(jié)點(也示于圖I)，以暫停治療束的產(chǎn)生， 直到MLC 8處于所需位置時。節(jié)點之間的數(shù)據(jù)包對等通信通?？稍诩sI毫秒或更小的間隔內(nèi)完成，該間隔比命令從管理程序到節(jié)點的10毫秒通信間隔要短。即，在CAN總線上，數(shù)據(jù)包在節(jié)點之間的傳送速率可快于數(shù)據(jù)包在管理程序和單個節(jié)點之間的傳送速率。作為另一個實例，床節(jié)點(也示于圖I)可具有用于檢測患者移動的裝置(例如攝像機(jī))，并且可通過節(jié)點CAN總線將信息發(fā)送至束發(fā)生器節(jié)點，以在其向管理程序通知患者移動時無限期地暫停治療束的產(chǎn)生。然后，管理程序可在下一次向節(jié)點傳送命令時采取響應(yīng)動作，這可包括向所述系統(tǒng)的組件發(fā)送命令以將這些組件置于患者的安全狀態(tài)，并且指示放射科醫(yī)師使患者復(fù)位。
以上描述的每個節(jié)點和管理程序可通過提供這些節(jié)點和管理程序的上述功能的硬件、固件和軟件的任何組合來實施。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在不進(jìn)行過度實驗的情況下構(gòu)造節(jié)點和管理程序的實施方案。處理器、計算機(jī)可讀介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、I/o端口設(shè)施、以及用于管理程序和節(jié)點的時鐘(如該圖所示)的使用簡化了實施方式，因為管理14程序和節(jié)點的功能的實施方式可更易于在軟件中實施。如本領(lǐng)域所知，處理器和其它上述組件之間的通信信道通常由操作系統(tǒng)提供。就這一點而言，使用實時操作系統(tǒng)可通過在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員編寫實施管理程序和節(jié)點的功能的代碼中向其提供更大的靈活性來進(jìn)一步簡化管理程序和節(jié)點的實施方式。就這一點而言，可使用Wind River Systems開發(fā)的常用VxWorks操作系統(tǒng)(目前已被Intel收購)。
以上描述的每個子節(jié)點可通過常規(guī)的嵌入式處理器(也稱為“嵌入式系統(tǒng)”)來實施。一種典型的嵌入式處理器包括微處理器、閃速存儲器(非易失性存儲器)、易失性存儲器、CAN總線接口、以及一個或多個I/O設(shè)施(例如串行總線、A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器)。 嵌入式處理器的一個實例為Texas Instruments TMS320F2812數(shù)字信號控制器(DSC)。閃速存儲器存儲用于操作微處理器的指令，并且這些指令通過CAN總線或另一個通信連接可易于被外部處理器加載到閃速存儲器中。這些指令可在Texas Instruments TMS-2812 DSP 的“微型”操作系統(tǒng)上運行，該操作系統(tǒng)可包括Texas Instruments DSP-BIOS的實時多任務(wù)內(nèi)核。該操作系統(tǒng)存儲于閃速存儲器中。實時操作系統(tǒng)具有以下特性在可預(yù)測的時間量內(nèi)以確定性方式完成請求的任務(wù)。實時操作系統(tǒng)的定義對本領(lǐng)域而言是熟知的。
作為通過本發(fā)明使用高能治療束來進(jìn)行實驗的結(jié)果，據(jù)發(fā)現(xiàn)散射中子在這些能量條件下通過靶來產(chǎn)生，并且作為出人意料的結(jié)果，散射中子到達(dá)所述系統(tǒng)的管理程序、節(jié)點和子節(jié)點并影響所述系統(tǒng)的操作。對于低能到中能治療束，未發(fā)現(xiàn)這些結(jié)果。作為響應(yīng)， 申請人:·針對高能治療束應(yīng)用開發(fā)了以下進(jìn)一步發(fā)明(但這些進(jìn)一步發(fā)明也可用于低能和中能治療束)。作為第一項進(jìn)一步發(fā)明，如圖11所示，管理程序、節(jié)點以及與數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備位于治療室外，并且子節(jié)點以及放射治療系統(tǒng)的治療相關(guān)組件位于治療室內(nèi)。在一些情況下，也可能將一些子節(jié)點設(shè)置在治療室外。因為治療系統(tǒng)產(chǎn)生輻射，所以治療室的墻壁、天花板、地板和門包含吸收輻射的材料。結(jié)果證明，這些材料也吸收中子。針對這種吸收目的而常用的材料包括混凝土和鉛。這些材料相比于清水墻壁結(jié)構(gòu)中使用的普通材料(例如石膏)在更大程度上吸收中子。硼酸聚乙烯也對吸收中子有效。適當(dāng)厚度的鉛、混凝土或硼酸聚乙烯吸收中子的程度可使得到達(dá)治療室外部的設(shè)備的中子通量密度 (每個方形區(qū)域每秒的中子數(shù)量)降低十倍或以上，從而有效地使中子衰減，以致于該設(shè)備中的中子翻轉(zhuǎn)事件的可能性可忽略不計。因此，對于高能治療應(yīng)用而言，在上述設(shè)備與所述系統(tǒng)的治療相關(guān)組件(尤其是輻射產(chǎn)生組件)和控制系統(tǒng)的上述組件(例如管理程序、節(jié)點以及任選地一些子節(jié)點和輔助控制邏輯)之間設(shè)置中子吸收材料的主體(例如在墻壁、 門、天花板等中)是有利的，其中中子吸收材料的主體將中子通量密度降低十倍或以上。
作為進(jìn)一步發(fā)明，管理程序和節(jié)點可位于治療室中，但同時將中子吸收材料的主體設(shè)置在它們與至少中子發(fā)射治療相關(guān)組件之間。
作為進(jìn)一步發(fā)明，子節(jié)點可包括處理器、耦接至處理器且保存用于子節(jié)點的操作系統(tǒng)(例如內(nèi)核)和用于引導(dǎo)處理器的指令的閃速存儲器(其為非易失性存儲器)、以及用于存儲子節(jié)點在其操作中使用的一個或多個參數(shù)的易失性存儲器。一種示例性子節(jié)點如圖 12所示。此外，每個參數(shù)以三個或更多個相應(yīng)的不同存儲地址存儲在易失性存儲器的三個或更多個不同存儲位置處。參數(shù)為子節(jié)點在其操作中使用的數(shù)據(jù)項，并且參數(shù)的值可隨時間變化并可被子節(jié)點本身或控制子節(jié)點的節(jié)點修改。當(dāng)子節(jié)點需要使用這種參數(shù)時，其將以下指令存儲在閃速存儲器上，其引導(dǎo)子節(jié)點的處理器讀取易失性存儲器的三個或更多個位置的參數(shù)，并且引導(dǎo)數(shù)據(jù)處理器比較所述三個或更多個值以確定所述讀取位置中的至少兩個是否具有相同的值，并且優(yōu)選地確定所述讀取位置中的大部分是否具有相同的值。如果兩個或更多個相同，或更優(yōu)選地如果大部分相同，則這些指令引導(dǎo)數(shù)據(jù)處理器使用該相同的值。如果所述三個或更多個讀取位置不具有相同的值，或更優(yōu)選地如果所述讀取位置中的大部分不具有相同的值，則這些指令針對子節(jié)點弓I導(dǎo)數(shù)據(jù)處理器將通知節(jié)點缺乏參數(shù)優(yōu)值的錯誤信息發(fā)送至節(jié)點，并且發(fā)送針對參數(shù)值的最新副本的請求。當(dāng)節(jié)點將新參數(shù)值發(fā)送至子節(jié)點時，子節(jié)點將以下指令存儲在閃速存儲器上，其引導(dǎo)子節(jié)點的處理器將參數(shù)的接收值寫入易失性存儲器中被分配用于存儲該參數(shù)的三個或更多個位置中。應(yīng)注意，閃速存儲器對某些形式的輻射(例如光子和中子發(fā)射)的敏感度低于靜態(tài)半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲器(SRAM)和動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)，以使得對于輻射暴露和中子而言，這些存儲的指令相比于存儲于易失性存儲器中的參數(shù)是相對安全的。然而，易失性存儲器在其失效之前會對參數(shù)的存儲位置進(jìn)行大量重寫(換句話講，閃速存儲器具有有限次寫入存儲位置的操作的缺點)。
雖然存在所有上述復(fù)雜性，但控制架構(gòu)可通過可使用許多易用開發(fā)工具的低成本現(xiàn)成通信協(xié)議組件(以太網(wǎng)上的UDP)來實施。
概括地說，在高層次上，管理程序保持對所述系統(tǒng)中所有活動和運動的最高級查看。管理程序知曉整個治療計劃并且能夠針對所有軸(機(jī)械參數(shù))將其分成10 mSec軌跡步驟。一般而言，管理程序20保持的治療計劃包括在所選時段內(nèi)協(xié)調(diào)放射治療系統(tǒng)10 的治療相關(guān)組件的操作，其中所述協(xié)調(diào)可通過節(jié)點的多組動作命令來描述，每個節(jié)點具有一組。在中等層次上，多個節(jié)點(均具有處理器)管理每個子系統(tǒng)所特有的信息；這些節(jié)點通過數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)(例如局域以太網(wǎng))與管理程序直接通信。另外，反向通道通信信道通過 CAN總線可用于對等節(jié)點通信。每個節(jié)點僅需知道其在下一個20和30 mSec (周期定時信號上的接下來的兩個有源脈沖)內(nèi)要采取的動作；其無需知道整個治療計劃。在低層次上， 多個子節(jié)點(均具有控制邏輯和/或處理器)管理幾個組件(例如電源、導(dǎo)向線圈、調(diào)諧磁鐵)所特有的信息。子節(jié)點直接傳送至其控制節(jié)點；不存在對等通信。
相比于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的優(yōu)點。本發(fā)明方法的分布式結(jié)構(gòu)可使軟件以不會迫使軟件工程師成為整個系統(tǒng)專家的方式進(jìn)行劃分。更易于管理軟件開發(fā)小組，其中人們僅可知道子系統(tǒng)或組件，而非整個系統(tǒng)。使用現(xiàn)成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如以太網(wǎng)和UDP)以及備份安全啟用回路技術(shù)可使工程師以快速和安全的方式開發(fā)和修改所述系統(tǒng)_工程師不會進(jìn)行重復(fù)性工作。因為管理程序知道所有軸的加速度分布，所以能夠?qū)⒄麄€計劃分成根據(jù)最慢的軸的速度進(jìn)行協(xié)調(diào)的步驟。鑒于此，將不再存在這樣的治療，即在機(jī)械運動抵達(dá)時保持束(例如在MLC葉片抵達(dá)計劃時保持X射線束的情況)。因為管理程序知道每個機(jī)械軸的位置， 所以多個軸可同時移動(在現(xiàn)有系統(tǒng)中，為了避免碰撞，可同時移動僅有限的一組軸)。因為管理程序協(xié)調(diào)束、運動和成像，所以更易于開發(fā)多件事情同時發(fā)生的先進(jìn)技術(shù)(“動態(tài)治療”)。實例包括⑴RapidArc和Large Field IMRT ；⑵交錯式MV治療&KV成像；(3)熒光透視引導(dǎo)的門控治療(在治療前，KV熒光透視圖像與紅外線反射器的呼吸誘導(dǎo)性運動相關(guān)；這種相關(guān)性根據(jù)器官運動允許后續(xù)的準(zhǔn)確束門控)；(4)動態(tài)跟蹤-這些類型的計劃包括根據(jù)患者運動來移動所述系統(tǒng)(例如在患者呼吸時移動MLC葉片)。
除非相反地特別指出，否則“一個(a，an)”和“所述”的任何表述均旨在指一個或多個。
本文所述的計算機(jī)可讀介質(zhì)和存儲裝置優(yōu)選地為有形的和/或非瞬時性的。
本文中已采用的術(shù)語和表達(dá)被用作描述術(shù)語而非限制術(shù)語，并且在使用此類術(shù)語和表達(dá)時，不打算排除所示出和所描述的特征的等同形式，應(yīng)意識到在權(quán)利要求書保護(hù)的本發(fā)明范圍之內(nèi)可進(jìn)行各種修改。
此外，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā) 明的一個或多個實施方案的一個或多個特征可與本發(fā)明的其它實施方案的一個或多個特征組合。
雖然已結(jié)合示出的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了具體描述，但應(yīng)理解各種改變、修改、 改動和等效處理可根據(jù)本公開進(jìn)行，并且旨在涵蓋在本發(fā)明和所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種放射治療系統(tǒng)，包括 多個治療相關(guān)組件； 數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)； 管理程序控制實體，其電耦接至所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及 多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；并且 其中所述管理程序控制實體通過所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)將命令定期傳送至所述節(jié)點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述節(jié)點通過所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)向所述管理程序控制實體定期提供狀態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中每個命令包括針對兩個或更多個不同時間點的動作命令。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述節(jié)點之一從所述管理程序控制實體接收的每個命令包括針對兩個或更多個不同時間點的動作命令，其中所述節(jié)點接收具有針對第一時間點的第一動作命令和針對第二時間點的第二動作命令的第一命令，所述第二時間點在所述第一時間點之后；并且 其中所述節(jié)點在接收所述第一命令之后進(jìn)一步接收第二命令，所述第二命令具有針對所述第二時間點的所述第二動作命令和針對第三時間點的第三動作命令，所述第三時間點在所述第一和第二時間點中的每一個之后。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述節(jié)點在所述第一時間點執(zhí)行來自所述第一命令的所述第一動作命令； 其中所述節(jié)點在所述第二時間點執(zhí)行來自所述第二命令的所述第二動作命令；并且 其中當(dāng)所述節(jié)點在自接收所述第二命令起的所選時段內(nèi)未從所述管理程序控制實體接收到后續(xù)命令時，所述節(jié)點在所述第三時間點執(zhí)行來自所述第二命令的所述第三動作命令。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放射治療系統(tǒng)，其中當(dāng)所述節(jié)點在所選時段內(nèi)未從所述管理程序控制實體接收到命令時，所述節(jié)點通過所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將信息包發(fā)送至所述管理程序控制實體。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括向所述節(jié)點中的至少一個提供的周期定時信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括電耦接至所述管理程序控制實體和至少一個節(jié)點的啟動回路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放射治療系統(tǒng)，其中耦接至所述啟動回路的所述至少一個節(jié)點具有與所述回路串聯(lián)耦接的電子開關(guān)，并且其中所述節(jié)點將所述電子開關(guān)置于不導(dǎo)電狀態(tài)，以向所述管理程序控制實體發(fā)送故障信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的放射治療系統(tǒng)，其中耦接至所述啟動回路的所述至少一個節(jié)點具有耦接在所述啟動線和電勢源之間的電子開關(guān)，并且其中所述節(jié)點將所述電子開關(guān)置于導(dǎo)電狀態(tài)以表示故障狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括電耦接至至少兩個節(jié)點的啟動回路，所述節(jié)點中的至少一個能夠表示所述啟動線上的故障狀態(tài)，并且所述其它節(jié)點中的至少一個能夠感測所述故障狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射治療系統(tǒng)，其中耦接至所述啟動回路的每個節(jié)點具有與所述回路串聯(lián)耦接的電子開關(guān)，并且其中所述節(jié)點將所述電子開關(guān)置于不導(dǎo)電狀態(tài)以表示故障狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的放射治療系統(tǒng)，還包括與所述啟動回路串聯(lián)耦接的電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放射治療系統(tǒng)，其中耦接至所述啟動回路的每個節(jié)點具有耦接在所述啟動線和電勢源之間的電子開關(guān)，并且其中所述節(jié)點將所述電子開關(guān)置于導(dǎo)電狀態(tài)以表示故障狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中至少一個節(jié)點控制放射治療系統(tǒng)的多葉準(zhǔn)直儀。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中至少一個節(jié)點控制放射治療系統(tǒng)的線性加速器。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中至少一個節(jié)點控制放射治療系統(tǒng)的機(jī)架。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從節(jié)點接收指示。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括耦接至至少兩個節(jié)點的通信總線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述通信總線包括控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)總線。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述管理程序控制實體經(jīng)由所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)以第一通信速率傳送至第一節(jié)點，并且其中所述第一節(jié)點可經(jīng)由所述通信總線以快于所述第一通信速率的第二通信速率將數(shù)據(jù)包發(fā)送至第二節(jié)點。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的放射治療系統(tǒng)，其中第一節(jié)點經(jīng)由所述通信總線將數(shù)據(jù)包發(fā)送至第二節(jié)點，所述數(shù)據(jù)包使所述第二節(jié)點暫停治療相關(guān)組件的動作。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述管理程序控制實體包括數(shù)據(jù)處理器、非瞬時性有形計算機(jī)可讀介質(zhì)以及在所述計算機(jī)可讀介質(zhì)上實施的實時操作系統(tǒng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中至少一個節(jié)點包括數(shù)據(jù)處理器、非瞬時性有形計算機(jī)可讀介質(zhì)以及在所述計算機(jī)可讀介質(zhì)上實施的實時操作系統(tǒng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，還包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制所述放射治療系統(tǒng)的組件的至少一個方面且從節(jié)點接收指示，并且其中至少一個子節(jié)點包括處理器和閃速存儲器。
26.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中多個治療相關(guān)組件設(shè)置在治療室內(nèi)，并且其中所述管理程序控制實體和至少一個節(jié)點設(shè)置在所述治療室外。
27.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放射治療系統(tǒng)，其中相比于石膏在更大程度上吸收中子的材料的主體設(shè)置在所述管理程序控制實體和多個所述治療相關(guān)組件之間，并且其中所述主體還設(shè)置在至少一個節(jié)點和所述多個治療相關(guān)組件之間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述主體還設(shè)置在所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)和所述多個治療相關(guān)組件之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的放射治療系統(tǒng)，還包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從節(jié)點接收指示，其中所述至少一個子節(jié)點設(shè)置在所述治療室中且包括處理器和閃速存儲器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的所述放射治療系統(tǒng)，其中所述至少一個子節(jié)點還包括易失性存儲器和存儲于所述易失性存儲器中的至少三個不同位置處的參數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述至少三個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述至少三個位置讀取的值以確定所述讀取值中的至少兩個是否相同。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述至少三個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述至少三個位置讀取的值以確定所述讀取值中的大部分是否相同。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器接收所述參數(shù)的值，并且將所述參數(shù)的接收值寫入所述易失性存儲器中被分配用于存儲所述參數(shù)的至少三個位置。
34.一種放射治療系統(tǒng),包括 多個治療相關(guān)組件； 數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)； 管理程序控制實體，其電耦接至所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及 多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；并且 其中多個治療相關(guān)組件設(shè)置在治療室內(nèi)，并且其中所述管理程序控制實體和至少一個節(jié)點設(shè)置在所述治療室外。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的放射治療系統(tǒng)，其中相比于石膏在更大程度上吸收中子的材料的主體設(shè)置在所述管理程序控制實體和設(shè)置在所述治療室中的治療相關(guān)組件之間，并且其中所述主體還設(shè)置在至少一個節(jié)點和設(shè)置在所述治療室中的所述多個治療相關(guān)組件之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述材料的主體將通過其本身的中子通量密度降低十倍或以上。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在所述治療室夕卜，并且其中所述主體還設(shè)置在所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在所述治療室中的所述治療相關(guān)組件之間。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的放射治療系統(tǒng)，還包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從節(jié)點接收指示，其中所述至少一個子節(jié)點設(shè)置在所述治療室中且包括處理器和閃速存儲器。
39.根據(jù)權(quán)利要求5的所述放射治療系統(tǒng)，其中所述至少一個子節(jié)點還包括易失性存儲器和存儲于所述易失性存儲器中的三個或更多個不同位置處的參數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的至少兩個是否相同。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的大部分是否相同。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器接收所述參數(shù)的值，并且將所述參數(shù)的接收值寫入所述易失性存儲器中被分配用于存儲所述參數(shù)的三個或更多個位置。
43.一種放射治療系統(tǒng),包括 多個治療相關(guān)組件； 數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)； 管理程序控制實體，其電耦接至所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃； 多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)且控制一個或多個治療相關(guān)組件；和 中子吸收材料的主體，其設(shè)置在至少一個治療相關(guān)組件和所述管理程序控制實體之間，所述中子吸收材料的主體將通過其本身的中子通量密度降低十倍或以上。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述主體還設(shè)置在至少一個節(jié)點和所述至少一個治療相關(guān)組件之間。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述中子吸收材料的主體還設(shè)置在多個治療相關(guān)組件和所述管理程序控制實體之間以及多個治療相關(guān)組件和所述至少一個節(jié)點之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的放射治療系統(tǒng)，其中所述主體還設(shè)置在所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)和所述至少一個治療相關(guān)組件之間。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的放射治療系統(tǒng)，還包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點包括處理器和閃速存儲器，并且其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從節(jié)點接收指示。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的所述放射治療系統(tǒng)，其中所述至少一個子節(jié)點還包括易失性存儲器和存儲于所述易失性存儲器中的三個或更多個不同位置處的參數(shù)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的至少兩個是否相同。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的大部分是否相同。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器接收所述參數(shù)的值，并且將所述參數(shù)的接收值寫入所述易失性存儲器中被分配用于存儲所述參數(shù)的三個或更多個位置。
52.—種放射治療系統(tǒng),包括 多個治療相關(guān)組件；以及 多個節(jié)點，每個節(jié)點控制一個或多個治療相關(guān)組件，其中至少一個節(jié)點包括至少一個子節(jié)點，其中所述至少一個子節(jié)點控制治療相關(guān)組件的至少一個方面且從所述至少一個節(jié)點接收指示，其中所述至少一個子節(jié)點包括處理器、閃速存儲器、易失性存儲器和存儲在所述易失性存儲器中的三個或更多個不同位置處的參數(shù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的至少兩個是否相同。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器讀取所述易失性存儲器的所述三個或更多個位置的所述參數(shù)，并且引導(dǎo)所述數(shù)據(jù)處理器比較從所述三個或更多個位置讀取的值以確定所述讀取值中的大部分是否相同。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的放射治療系統(tǒng)，還包括存儲在所述至少一個子節(jié)點的所述閃速存儲器上的指令，所述指令引導(dǎo)所述至少一個子節(jié)點的所述處理器接收所述參數(shù)的值，并且將所述參數(shù)的接收值寫入所述易失性存儲器中被分配用于存儲所述參數(shù)的三個或更多個位置。
56.根據(jù)權(quán)利要求52所述的放射治療系統(tǒng)，還包括 數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)； 管理程序控制實體，其電耦接至所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；并且 其中每個節(jié)點耦接至所述數(shù)字分組通信網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明公開了具有能夠?qū)嵤└鼜?fù)雜的治療計劃的增強(qiáng)型控制架構(gòu)的放射治療系統(tǒng)以及提高了對中子的影響的抵抗的放射治療系統(tǒng)。一種示例性控制架構(gòu)包括數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)；管理程序，其電耦接至所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且具有治療計劃；以及多個節(jié)點，每個節(jié)點耦接至數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)且控制所述放射治療系統(tǒng)的一個或多個治療相關(guān)組件；并且其中所述管理程序通過所述數(shù)字分組網(wǎng)絡(luò)將控制命令定期傳送至所述節(jié)點。
文檔編號A61N5/00GK102946944SQ201180022701
公開日2013年2月27日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者A·格拉夫, H·費利克斯, Q·柯, A·葉 申請人:瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)公司, 瓦里安醫(yī)療系統(tǒng)國際股份兩合公司