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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610891898.5 (22)申请日 2016.07.27 (30)优先权数据 1513195.6 2015.07.27 GB (71)申请人 医科达有限公司 地址 英国西萨塞克斯郡 (72)发明人 R戴维斯P戴维斯 (74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公 司 72001 代理人 张凌苗刘春元 (51)Int.Cl. A61N 5/10(2006.01) (54)发明名称 改进的放射治疗设备和方法 (57)摘要 改进的放射治疗设备和方法。 放射治疗设备 和相关方。
2、法， 其含能以基频发辐射脉冲的辐射源 和被布置成通过若n等于(整数乘1/x)的凑整值 则允许第n个脉冲而实现时间平均功率水平x的 控制设备， x是表示设备的最大功率输出的比例 的0和1之间的值。 脉冲可形成重复脉冲串模式且 控制设备含被配置成提供有可用时隙数量M的脉 冲串模式的处理单元， 每个时隙标记为被允许脉 冲或被抑制脉冲， 处理单元被配置成通过如下生 成有被允许脉冲的所选数量Q的此类脉冲串模 式： 用Q除M计算因子P； 计算P的一系列递增倍数 PNNP， 直到NQ， N从一递增； 对PN值凑整以产 生值RN； 标记每个脉冲串时隙使与RN值对应的时 隙位置标记为被允许脉冲且所有其他时隙位置。
3、 标记为被抑制脉冲。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 106390305 A 2017.02.15 CN 106390305 A 1.一种放射治疗设备， 其包括能够以基频发出辐射的脉冲的辐射源和被布置成通过若 n等于(整数乘1/x)的凑整值则允许第n个脉冲而实现时间平均功率水平x的控制设备， 其中 x是表示设备的最大功率输出的比例的在0和1之间的值。 2.根据权利要求1所述的设备， 其中脉冲形成重复的脉冲串模式。 3.根据权利要求2所述的设备， 其中控制设备包括处理单元， 处理单元被配置成提供具 有可用时隙的数量M的脉冲串模式， 每个时隙被标记为被允许脉冲或被抑制脉冲， 处理单元 。
4、被配置成通过如下生成具有被允许脉冲的所选数量Q的此类脉冲串模式： i.用Q除M来计算因子P； ii.计算P的一系列递增倍数， PNNP， 直到NQ， 其中N从一递增； iii.对PN的值凑整以产生一组值RN； 以及 iv.标记每个脉冲串时隙使得与RN的值对应的时隙位置被标记为被允许脉冲， 并且所有 其他时隙位置被标记为被抑制脉冲。 4.根据权利要求3所述的设备， 其中脉冲串模式具有在101和107个之间的可用时隙。 5.根据权利要求4所述的设备， 其中脉冲串模式具有在102和103个之间的可用时隙。 6.根据权利要求2到5中的任一个所述的设备， 其中控制设备将一个或多个脉冲串模式 存储在存储器。
5、的表中。 7.根据任一前述权利要求所述的设备， 进一步包括用于测量由放射治疗设备生成的辐 射剂量率的装置， 以及用于在必要时改变功率水平以增加或降低所生成的辐射剂量率使得 辐射剂量率匹配所选剂量率的装置。 8.一种向放射治疗设备的控制设备提供脉冲的方法， 放射治疗设备包括能够以基频发 出辐射的脉冲的序列的辐射源和被布置成实现时间平均功率水平x的控制设备， 其中x是表 示放射治疗设备的最大功率输出的比例的在0和1之间的值， 方法包括若n等于(整数乘1/x) 的凑整值则允许第n个脉冲。 9.根据权利要求8所述的方法， 其中脉冲形成重复的脉冲串模式。 10.根据权利要求9所述的方法， 其中脉冲串模式。
6、具有可用时隙的数量M， 每个时隙被标 记为被允许脉冲或被抑制脉冲， 处理单元被配置成生成具有被允许脉冲的所选数量Q的此 类脉冲串模式， 方法包括如下步骤： i.用Q除M来计算因子P； ii.计算P的一系列递增倍数， PNNP， 直到NQ， 其中N从一递增； iii.对PN的值凑整以产生一组值RN； 以及 iv.标记每个脉冲串时隙使得与RN的值对应的时隙位置被标记为被允许脉冲， 并且所有 其他时隙位置被标记为被抑制脉冲。 11.根据权利要求10所述的方法， 其中脉冲串模式具有在101和107个之间的可用时隙。 12.根据权利要求11所述的方法， 其中脉冲串模式具有在102和103个之间的可用时隙。
7、。 13.根据权利要求9到12中的任一个所述的方法， 其中控制设备将一个或多个脉冲串模 式存储在存储器的表中。 14.根据权利要求8到13中的任一个所述的方法， 进一步包括如下步骤： 测量由放射治 疗设备生成的辐射剂量率、 在必要时改变功率水平以增加或降低由放射治疗设备生成的辐 射剂量率， 使得辐射剂量率匹配所选剂量率。 权利要求书 1/2 页 2 CN 106390305 A 2 15.一种放射治疗设备， 其包括由通过控制设备控制的带电粒子的脉冲源馈给的线性 加速器， 控制设备根据权利要求8到14中的任一个所述的方法操作。 16.一种放射治疗设备， 其包括由通过控制设备控制的带电粒子的脉冲源。
8、馈给的线性 加速器， 控制设备根据本质上如参考附图2或3在本文中描述的任一个方法的和/或如在附 图2或3中图示的方法操作。 权利要求书 2/2 页 3 CN 106390305 A 3 改进的放射治疗设备和方法 技术领域 0001 本发明涉及放射治疗设备及用于其的方法。 背景技术 0002 可以通过例如射频(RF)波导来提供放射治疗辐射源， 所述射频(RF)波导可以将电 子加速到期望的能级， 用以例如通过布置电子与钨靶碰撞而随后产生x-射线或用于电子疗 法中的直接使用。 0003 我们的WO2007/124760描述了现有的VMAT疗法， 在所述VMAT疗法中将剂量率用作 变量以便匹配移动的机。
9、器轴的最大速度并且因此产生被表示为mu/mm或mu/ 的指定剂量 率。 0004 我们的WO2011/050887陈述了先前已知的VMAT疗法的缺点是因为仅有限范围的剂 量率可用而要求的较长久的治疗。 该文档提出了一种放射治疗设备， 其包括能够以基频发 出辐射的脉冲的辐射源和被布置成根据用以实现所选时间平均功率水平而选取的脉冲模 式允许或抑制脉冲的控制设备， 所选取的脉冲模式是从多个脉冲模式选择的一个， 多个脉 冲模式包括由一串脉冲组成的至少一个模式， 所述一串脉冲包括相对于基频的至少每第n 个和每第m个脉冲， 其中nm并且第n个和第m个脉冲是非重合的。 0005 由该放射治疗设备生成的脉冲模。
10、式能够比在先前的放射治疗设备中精确得多地 调制输出剂量率， 并且因此降低治疗时间。 0006 然而， 由该发明生成的脉冲模式在某些情况下可以包括若干连续被允许脉冲， 其 后面是若干连续被抑制脉冲。 在图1中示出了由我们的887的设备产生的示例脉冲串 (train)模式， 并且下面更详细地描述该图。 在该图中， 可以看到被允许和被抑制脉冲有时 被分组成连续被允许脉冲和被抑制脉冲的块。 发明内容 0007 若针对所选时间平均功率水平可以在脉冲串内将被允许和被抑制脉冲较均匀地 隔开， 因此将被供应到波导的电功率的波动减到最小， 则可以提高用于放射治疗设备的RF 波导的效率和寿命。 0008 本发明因。
11、此提供了一种放射治疗设备， 其包括能够以基频发出辐射的脉冲的辐射 源和被布置成通过若n等于(整数乘1/x)的凑整值则允许第n个脉冲而实现时间平均功率水 平x的控制设备， 其中x是表示设备的最大功率输出的比例的在0和1之间的值。 0009 辐射源能够以基频发出辐射脉冲， 而控制设备被配置成通过若n等于(整数乘1/x) 的凑整值则允许第n个脉冲来实现时间平均功率水平x， 其中x是在0和1之间的值， 表示设备 的最大功率输出的比例。 0010 被应用于1/x的整数倍的凑整操作可以是经典的凑整到最接近整数操作， 即在增 加二分之一之后只取值的整数部分， 或其可以是只仅仅取整数部分的更简单的操作。 事实。
12、 上， 若发出足够数量的脉冲， 则在取整数部分之前增加固定值仅仅将选取的脉冲在序列中 说明书 1/5 页 4 CN 106390305 A 4 向前或向后移位并且没有显著地影响总的结果。 因此， 为了简单， 仅仅取整数部分将通常是 最容易的。 0011 序列可以被允许无限期地运行， 或其可以在脉冲串模式中被周期性地重复以便防 止所涉及的数(number)溢出。 一般地， 较长的序列允许对功率水平的相应地较精细的水平 的控制， 因此在101和107个脉冲之间(优选地在102和103个脉冲之间)的模式可能是足够的。 0012 在脉冲串模式被周期性地重复的情况下， 可以通过定义可用时隙的数量M来导出。
13、 模式， 每个时隙能够被标记为被允许脉冲或被抑制脉冲， 选择被允许和被抑制脉冲的数量 使得模式具有被允许脉冲的所选数量Q， 通过如下导出模式： 0013 i)用Q除M来计算因子P； 0014 ii)计算P的一系列递增倍数， PNNP， 直到NQ， 其中N从一递增； 0015 iii)对PN的值凑整(如上)以产生一组值RN； 0016 iv)标记每个脉冲串模式时隙使得与RN的值对应的时隙位置被标记为被允许脉 冲， 并且所有其他时隙位置被标记为被抑制脉冲。 0017 针对具有特定数量的脉冲时隙的脉冲串模式或序列， 在每个被允许脉冲导致特定 剂量的放射治疗能量(例如x-射线或电子)从辐射源的发射并且。
14、选择被允许脉冲的数量使 得在脉冲串的过程期间发射辐射剂量的情况下， 被允许脉冲在序列或脉冲串内被近似均匀 地隔开。 该近似地均匀的间隔的优点是将被供应到波导的电功率的波动减到最小。 0018 本发明的进一步优点是， 与先前的技术相比， 其降低了确定合适的脉冲串所要求 的计算的数量和复杂度。 这可以使计算加速， 或使得较不复杂的计算电路能够被使用。 0019 控制设备可以将一个或多个脉冲串模式存储在存储器的表中。 这允许预先而不是 实时地计算(一个或多个)脉冲串模式。 在存储之后， 可以选择脉冲串模式而没有每次计算 合适的脉冲串模式的需要。 0020 放射治疗设备的通常形式包括RF波导和控制设备。
15、。 0021 本发明还涉及一种向用于放射治疗设备的控制设备提供脉冲的方法， 放射治疗设 备包括能够以基频发出辐射的脉冲的序列的辐射源和被布置成实现时间平均功率水平x的 控制设备， 其中x是表示放射治疗设备的最大功率输出的比例的在0和1之间的值， 方法包括 若n等于(整数乘1/x)的凑整值则允许第n个脉冲。 0022 如上， 被应用于1/x的整数倍的凑整操作可以是经典的凑整到最接近整数操作， 即 在增加二分之一之后只取值的整数部分， 或其可以是只仅仅取整数部分的更简单的操作。 事实上， 若发出足够数量的脉冲， 则在取整数部分之前增加固定值仅仅将选取的脉冲在序 列中向前或向后移位并且没有影响总的结。
16、果。 因此， 为了简单， 仅仅取整数部分将通常是最 容易的。 0023 序列可以被允许无限期地运行， 或其可以在脉冲串模式中被周期性地重复以便防 止所涉及的数溢出。 一般地， 较长的模式允许对功率水平的相应地较精细的水平的控制， 因 此在101和107个脉冲之间(优选地在102和103个脉冲之间)的模式可能是足够的。 0024 在脉冲串模式被周期性地重复的情况下， 可以通过定义可用时隙的数量M来导出 模式， 每个时隙能够被标记为被允许脉冲或被抑制脉冲， 选择被允许和被抑制脉冲的数量 使得模式具有被允许脉冲的所选数量Q， 方法包括如下步骤： 0025 i)用Q除M来计算因子P； 说明书 2/5 。
17、页 5 CN 106390305 A 5 0026 ii)计算P的一系列递增倍数， PNNP， 直到NQ， 其中N从一递增； 0027 iii)对PN的值凑整(如上)以产生一组值RN； 0028 iv)标记每个脉冲串模式时隙使得与RN的值对应的时隙位置被标记为被允许脉 冲， 并且所有其他时隙位置被标记为被抑制脉冲， 使得脉冲串模式被生成。 0029 方法可以进一步包括向患者生成一系列放射治疗剂量的步骤， 每个剂量根据脉冲 列模式而被生成。 0030 控制设备可以将一个或多个脉冲串模式存储在存储器的表中。 这允许预先而不是 实时地计算(一个或多个)脉冲串模式。 在存储之后， 可以选择脉冲串模式而。
18、没有每次导出 合适的脉冲串模式的需要。 0031 放射治疗设备可以在 “开环” 或 “闭环” 布置中操作。 在开环布置中， 在一定程度的 精确性上知道通过由辐射源提供的脉冲提供的剂量， 并且因此可以计算将被提供以产生期 望的剂量率的脉冲的数量或速率(rate)。 然而， 在所生成的每脉冲的剂量中存在某些可变 性。 因此， 在开环布置中， 在被提供给病人的实际剂量率中存在一定程度的不确定性。 0032 在闭环布置中， 测量被提供的剂量率， 使得来自放射治疗设备的输出可以被校准。 校准步骤可能如下： 选择与期望的剂量率对应的剂量率、 生成与所选剂量率对应的脉冲速 率模式、 将脉冲速率模式应用于控制。
19、设备并且因此应用于放射治疗设备、 测量所生成的实 际剂量率， 以及在必要时改变所选剂量率以增加或降低所生成的实际剂量率。 例如， 可以通 过在x射线目标下使用离子室来测量所生成的实际剂量率。 0033 可以提供反馈机制以将所生成的实际剂量率与所选剂量率进行比较。 可以每单位 时间在监视器单元方面描述剂量率。 0034 因此， 本发明的方法可以进一步包括如下步骤： 测量来自辐射源的输出； 将输出与 期望的输出进行比较； 以及使用在测量到的输出与期望的输出之间的比较的结果来改变被 允许脉冲的所选数量Q。 0035 类似地， 本发明的设备可以进一步包括用于将辐射源的输出与期望的输出进行比 较的装置。。
20、 附图说明 0036 现在将参考附图借助于示例来描述本发明的实施例， 在所述附图中： 0037 图1是一组已知的脉冲串模式的图形表示； 0038 图2是体现本发明的一组脉冲串模式的图形表示； 0039 图3是示出了在其中某些数量的时隙可用的情形中的可能的脉冲串模式的工作示 例的表。 具体实施方式 0040 在图1中， 将一组已知的脉冲串模式的图形表示陈列为一系列 “像素” ， 使得暗像素 表示被允许脉冲， 并且亮像素表示被抑制脉冲。 被允许脉冲的所选数量沿着水平轴从左向 右降低。 垂直轴表示可能的脉冲时隙。 这样， 在最左垂直列中， 所有像素是暗的， 表示每个可 能的脉冲时隙被标记为被允许。 。
21、在最右垂直列中， 几乎所有像素是亮的， 表示几乎所有可能 的脉冲时隙被标记为被抑制。 说明书 3/5 页 6 CN 106390305 A 6 0041 图2是以与图1的风格类似的风格的图形表示。 然而， 在图2中， 如通过暗和亮像素 表示的被允许和被抑制脉冲的分布根据本发明的方法和设备。 因此， 在图2的最左和最右列 中， 像素(以及因此脉冲)的布置是类似的， 因为在相关的脉冲串模式中分别存在如此少的 被抑制和被允许脉冲。 然而， 在朝着水平轴的中心部分的情形中， 其中被允许和被抑制脉冲 的混合被发现在脉冲串模式内， 可以看到暗和亮像素(以及因此被允许和被抑制脉冲)在脉 冲串模式内被基本上均。
22、匀地隔开。 0042 通过其生成这些脉冲串模式的方法如上面引用的那样。 换言之， 在定义可用时隙 的数量M(其中每个时隙能够被标记为被允许脉冲或被抑制脉冲)和选取被允许和被抑制脉 冲的数量使得模式具有被允许脉冲的所选数量Q(其生成所要求的功率水平)之后， 方法然 后要求控制单元： 0043 i)用Q除M来计算因子P； 0044 ii)计算P的一系列递增倍数， PNNP， 直到NQ， 其中N从一递增； 0045 iii)对PN的值凑整以产生一组值RN； 0046 iv)标记每个脉冲串模式时隙使得与RN的值对应的时隙位置被标记为被允许脉 冲， 并且所有其他时隙位置被标记为被抑制脉冲， 使得脉冲串模。
23、式被生成。 0047 这然后产生了诸如在图2中示出的脉冲串模式的脉冲串模式， 其可以被任意地重 复。 少量数学变换示出， 这等同于若n等于(整数乘1/x)的凑整值则允许第n个脉冲， 其中x是 表示放射治疗设备的最大功率输出的比例的在0和1之间的值， 因此实现了最大量x的时间 平均功率水平。 0048 现在接着如上面针对给定值M和Q陈述的步骤的示例。 0049 示例1： M16， Q8 0050 PM/Q2 0051 P12 R12.5 R1(舍位)2 0052 P24 R24.5 R2(舍位)4 0053 P36 R36.5 R3(舍位)6 0054 P48 R48.5 R4(舍位)8 005。
24、5 P510 R510.5 R5(舍位)10 0056 P612 R612.5 R6(舍位)12 0057 P714 R714.5 R7(舍位)14 0058 P816 R816.5 R8(舍位)16 0059 因此， 脉冲时隙2、 4、 6、 8、 10、 12、 14和16被标记为被允许脉冲， 并且剩余的脉冲时 隙被标记为被抑制脉冲。 结果， 从每16个时隙中发出8个脉冲， 并且脉冲被均匀地隔开。 0060 示例2： M32， Q7 0061 PM/Q4.5714 0062 P14.5714 R15.0714 R1(舍位)5 0063 P29.1428 R29.6428 R2(舍位)9 0。
25、064 P313.7142 R314.2142 R3(舍位)14 0065 P418.2856 R418.7856 R4(舍位)18 0066 P522.857 R523.357 R5(舍位)23 说明书 4/5 页 7 CN 106390305 A 7 0067 P627.4284 R627.9284 R6(舍位)27 0068 P731.9998 R732.4998 R7(舍位)32 0069 因此， 脉冲时隙5、 9、 14、 18、 23、 27和32被标记为被允许脉冲， 并且剩余的脉冲时隙 被标记为被抑制脉冲。 从每32个时隙中发出总共7个脉冲， 并且(再次)脉冲被以按仅1个 时隙的。
26、改变的间隙相对均匀地隔开。 0070 在上面示例的每个中在得到的脉冲串模式内的被允许脉冲的间隔是近似均匀的。 在示例1中， 被允许脉冲全部由一个被抑制脉冲分隔开， 并且在示例2中， 被允许脉冲由四到 五个被抑制脉冲分隔开。 0071 有经验的读者将领会， 这些只是示例， 并且许多其他可能性存在， 其中M和Q的不同 值被选择。 0072 图3是示出具有16个可能的时隙的脉冲串的工作示例的表。 因此， M16， 如在表的 最左列中示出的那样。 向右的下一列示出了Q的递增值， 从第一行中的1然后到最高的M值， 在每行中向下递增， 在表的最下行中达到16。 在其后向右的下一列示出了P的值， 即用Q除M。
27、 (PM/Q)。 P的值确定哪些脉冲串模式时隙被标记为被允许， 以及哪些被标记为被抑制。 在 表中， 在工作示例的第一行之上的行中对脉冲时隙位置编号， 即从1递增到16。 在本发明的 方法和设备将把时隙标记为被允许的情况下， 时隙编号出现在针对该时隙的相关列中。 例 如， 在M16和Q1的情况下， 只有时隙16被标记为被允许， 并且因此在表中编号16出现在 该行的该列中。 在M16和Q16的情况下， 每个时隙被标记为被允许， 并且因此每个时隙值 出现在该行的它的列中。 可以从图3的表中看出， 被允许和不被允许的时隙遵循与图2的暗 和亮像素的模式类似的模式， 尽管将领会到利用不同的边界条件(即M的所选择值)来计算 图3的表。 0073 当然将理解， 可以在不脱离本发明的范围的情况下对上面描述的实施例做出许多 变化。 例如， 可以依靠被使用的辐射源的特性从非常宽的范围选择M和Q的值， 并且有经验的 人还将领会， 某些步骤可以被替换， 所述某些步骤在逻辑上与所陈述的那些步骤类似或相 同， 但是乍一看显得不同。 更进一步地， 有经验的读者将想到其他闭环反馈布置。 说明书 5/5 页 8 CN 106390305 A 8 图1 图2 说明书附图 1/2 页 9 CN 106390305 A 9 图3 说明书附图 2/2 页 10 CN 106390305 A 10 。