专利名称：放射治疗系统的制作方法放射治疗系统相关申请的交叉引用本申请要求2010年4月13日提交的名称为“Real Time Control Systems forRadiation Treatment Systems”的美国临时专利申请第61/323，859号的优先权。放射外科手术是允许对良性和恶性肿瘤进行非侵入性治疗的医疗过程。其也被称为立体定向放射疗法(SRS)(当用于靶向脑内病变时)和体部立体定向放射疗法(SBRT)(当用于靶向体内病变时)。除了癌症之外，放射外科手术还经证实有利于治疗一些非癌性病症，包括诸如动静脉畸形(AVM)和三叉神经痛等功能性疾病。其通过以高精度导向高度聚焦的电离辐射束(例如，X射线、伽马射线)进行作业。放射外科手术首创于1951年，其可通过精确的辐射剂量而用于消除颅内和颅外肿瘤以及使用普通外科技术无法触及的其 它病变。存在许多常规外科治疗难以治疗或不适于治疗或会产生不利后果(例如对附近的动脉、神经和其它重要结构造成损伤)的神经疾病。线性加速器(LINAC)可用于提供放射外科手术。基于LINAC的放射外科手术首先由佛罗里达大学医学院提出，并且由Betti和Colombo于20世纪80年代中期采用。针对放射外科手术应用而优化的现代LINAC包括产自Varian Medical Systems的Trilogy机和由Varian和BrainLAB生产的Novalis Tx放射外科手术平台。这些系统与伽马刀在许多方面不同。伽马刀由Co-60的衰变产生平均能量为I. 25MeV的伽马射线。LINAC通过撞击金属靶(通常为钨)的加速电子的碰撞产生X射线。因此LINAC可产生任何数量的能量X射线。伽马刀具有超过200个排列在头盔中的源极，以提供多个治疗角度。在LINAC上，机架在空间上移动，以改变提供角度。这既可使患者在空间上移动，也可改变提供点。虽然在Varian Trilogy和Novalis Tx放射外科手术平台上无需使用框架,但两种系统优选地使用立体定向框架来限制患者移动。Varian Trilogy也可连同实时成像与非侵入性固定装置一起使用，以检测患者在治疗期间的任何运动。虽然LINAC系统提供了许多优点，但其控制要复杂的多。例如，当机架绕患者旋转时，必须改变准直仪的夹具和叶片，并且必须改变线性加速器的信号，以实施所需的辐射剂量计划。这种复杂性限制了实施某些类型的治疗计划的能力。发明概述本申请的一项发明包括具有能够实施更复杂的治疗计划的增强型控制架构的放射治疗系统。概括地说，一种示例性系统包括多个治疗相关组件；数字分组网络；管理程序控制实体，其电耦接至数字分组网络且具有治疗计划；以及多个节点，每个节点耦接至数字分组网络且控制放射治疗系统的一个或多个组件；并且其中管理程序通过数字分组网络将控制命令定期传送至所述节点。如本文所述，术语“辐射”包括所有形式的粒子和电磁辐射，包括但不限于电离辐射、非电离辐射、电子束、质子束、离子束、原子束、微波波束、射频波束等。本申请的另一项发明包括用于放射治疗系统的控制系统。概括地说，一种示例性控制系统包括数字分组网络；管理程序控制实体，其电耦接至数字分组网络且具有治疗计划；以及多个节点，每个节点耦接至数字分组通信网络且控制其主系统的一个或多个组件；并且其中管理程序通过数字分组通信网络将命令定期传送至所述节点。本申请的另一项发明包括对来自散射中子和其它形式的辐射的干扰影响的承受能力增强的放射治疗系统。概括地说，一种示例性系统包括多个治疗相关组件；数字分组网络；管理程序控制实体，其电耦接至数字分组网络且具有治疗计划；以及多个节点，每个节点耦接至数字分组通信网络且控制一个或多个治疗相关组件；并且其中多个治疗相关组件设置在治疗室内，并且其中管理程序控制实体和至少一个节点设置在治疗室外。本申请的另一项发明包括对来自散射中子和其它形式的辐射的干扰影响的承受能力增强的放射治疗系统。概括地说，一种示例性系统包括多个治疗相关组件；数字分组网络；管理程序控制实体，其电耦接至数字分组网络且具有治疗计划；多个节点，每个节点耦接至数字分组通信网络且控制一个或多个治疗相关组件；以及中子吸收材料的主体，其设置在至少一个治疗相关组件和管理程序之间，该中子吸收材料的主体将通过其本身的中子通量密度降低十倍或以上。本申请的另一项发明包括对来自散射中子和其它形式的辐射的干扰影响的承受·能力增强的放射治疗系统。概括地说，一种示例性系统包括多个治疗相关组件；数字分组网络；管理程序控制实体，其电耦接至数字分组网络且具有治疗计划；多个节点，每个节点耦接至数字分组通信网络且控制一个或多个治疗相关组件；以及中子吸收材料的主体，其设置在至少一个治疗相关组件和管理程序之间，该中子吸收材料的主体相比于石膏在更大程度上吸收中子。本申请的另一项发明包括对来自散射中子和其它形式的辐射的干扰影响的承受能力增强的放射治疗系统。概括地说，一种示例性系统包括多个治疗相关组件；以及多个节点，每个节点控制一个或多个治疗相关组件，其中至少一个节点包括至少一个子节点，其中所述至少一个子节点控制治疗相关组件的至少一个方面且从所述至少一个节点接收指示，其中所述至少一个子节点包括处理器、闪速存储器、易失性存储器和存储在易失性存储器中的三个或更多个不同位置处的参数。参照附图在中描述了上述发明及其附加实施方案。在附图中，类似的标号可表示类似的元件，并且可能不会重复对某些元件进行描述。附图简述图I示出了根据本发明的一种示例性放射治疗系统。图2示出了根据本发明的一种示例性控制系统。图3示出了根据本发明的一个示例性节点开关组。图4示出了根据本发明的另一个示例性节点开关组。图5示出了根据本发明的另一种示例性控制系统。图6示出了根据本发明的另一种示例性控制系统。图7示出了根据本发明的另一个示例性节点开关组。图8A-8C示出了根据本发明的从管理程序发送至示例性节点的示例性命令。图9A-9B示出了根据本发明的从示例性节点发送至管理程序的示例性错误信息。图10示出了根据本发明的另一种示例性控制系统。图11示出了根据本申请所公开的另一项发明的一种示例性放射治疗系统。图12示出了可用于根据本申请所公开的另一项发明的放射治疗系统中的示例性子节点。图I示出了根据本发明的具有示例性控制系统的示例性放射治疗系统10。如同 Varian Trilogy系统,该示例性实施方案包括可移动患者的患者支架(例如诊视床)I、环绕诊视床的一端的机架2、支承机架的架台3、安装在机架中的束发生器4、向束发生器4供电的射频(RF)电源和RF调制器5、安装至机架的第一图像探测器6、以及安装至机架与第一图像探测器6相对的第一成像辐射源7。束发生器4包括产生电子并将其加速到电子束中的线性加速器、将电子束弯曲270度(导致有效的90度转向)的“弯转”磁铁、以及根据患者的治疗计划可选择性使用的钨靶。当使用钨靶时，由线性加速器产生的电子束撞击该靶并产生X射线，这些X射线被输送至患者治疗区，如下所述。当未使用钨靶时，电子束被输送至患者治疗区。线性加速器具有电子枪、长度为约I米的电极室的加速结构、以及向加速结构的电极产生微波脉冲信号的磁控管或速调管。来自所述加速器的电子或由所述靶产生的X射线经可调式多叶准直仪(MLC) 8空间过滤，所述准直仪具有多个由辐射吸收材料制成的可移动叶片(例如120个叶片)。电子或X射线的治疗束从MLC 8射出，并且该束可具有通过MLC 8的叶片的位置来设置的多种横截面图形。在到达MLC 8之前，治疗束穿过围绕该束打开和关闭的一组夹具。当关闭夹具时，治疗束不会从准直仪结构中射出。当打开夹具时，治疗束射出并撞击患者。第一成像探测器和成像辐射源处于垂直于治疗束的平面中。治疗系统也可包括第二成像探测器9，其设置在约6英尺远的位置处且与治疗束(在图 I中，该第二成像探测器被示于处于折叠位置，其被折叠到机架隔室中)相对。第二成像探测器使用来自治疗束的辐射来提供与第一成像探测器所提供的图像垂直的图像。患者支架I无需移动，并且可为固定支架。机架2和架台3采用一种特定形式的束定位机构，其能够相对于患者来固定和/或移动辐射束路径(例如轨迹)。其它束定位机构对本领域而言是已知的，并且可结合本发明使用。束定位机构包括但不限于机架、环形机架、机械臂、束转向装置(包括使用电场和/或磁场的那些)、及其组合。多叶准直仪8 采用一种特定形式的束成形机构，其能够改变辐射束的横截面形状。束成形装置包括但不限于多叶准直仪、光圈准直仪、夹具准直仪、电场整形器(例如“静电”整形器)、磁场整形器(例如“磁”透镜)、及其组合。束定位机构、束成形机构、患者支架I、机架2、架台3、束发生器4、RF调制器5、图像探测器6、成像辐射源7、多叶准直仪(MLC) 8、准直仪夹具以及第二成像探测器9在本文中是指放射治疗系统10的治疗相关组件，以将其与本发明的新型控制系统的组件进行区分，如下文更详细地描述。本发明包括的放射治疗系统无需具有以上列出的所有组件，但可具有任何数量的组件和任何类型的组件，这视该系统正进行的特定治疗而定。
放射治疗计划包括协调机架、患者支架和MLC叶片的移动以及协调调节束发生器产生的X射线或其它辐射的能级和剂量。该计划旨在向位于患者身体内的肿瘤提供一定剂量的辐射，同时使周围的健康组织所接收的辐射量最小化。机架围绕患者移动X射线束，以使对健康组织的影响最小化，同时仍旨在使该束穿过肿瘤。移动MLC的叶片的位置，以便在机架的特定位置使X射线束的横截面成形为接近肿瘤的横截面或位于其内。也可旋转整个MLC，从而提供另一个运动控制角度。可使用成像系统(例如两个成像探测器)来将该系统与患者的肿瘤对准，例如通过使用来自探测器的图像，以确定如何移动患者支架来将MLC 与肿瘤对准。可使用软件工具来针对任何给定的肿瘤大小和位置设计治疗计划。可将此软件工具的输出导入图I所示和使用的系统中。因此，从广义上讲，放射治疗计划包括协调放射治疗系统的两个或更多个放射治疗组件的操作，其中此类操作可包括但不限于位置、移动和参数设定值(例如能量、剂量等)。
与先前的LINAC系统的一个区别是，图I所示的本发明的实施方案包括一种新型分布式控制系统，其协调该图所示的组件(例如机架(架台)、束发生器、MLC准直仪、患者支架和成像系统)的操作。该控制系统包括管理程序20、多个节点，每个节点可具有一个或多个子节点(对于总数为多个的子节点)。用图I中的以下标签来识别节点“机架”、“束发生”、“准直仪”、“图像采集”、“床”和“图像定位”。管理程序和节点通过数字分组网络，例如局域以太网(例如LAN)彼此电耦接。管理程序将指令定期传送至节点，并且从这些节点定期接收状态信息。每个节点处理所述系统的一个或多个组件的操作。例如，机架节点可引导机架的操作，准直仪节点可引导准直仪的叶片、夹具和旋转角的操作，床节点可控制患者支架的操作，束发生节点可控制束发生器(包括线性加速器和将束弯曲90度的弯转磁铁) 的操作，并且图像采集节点可控制两个成像系统中的一个或两个。每个节点可控制一个或多个子节点。例如，束发生节点可具有控制电子枪的第一子节点、控制磁控管或速调管的第二子节点、以及控制弯转磁铁的第三节点。
参照图2，管理程序包括数据处理器、电耦接至数据处理器用于存储数据和指令 (例如代码)的非瞬时性有形计算机可读存储器、电耦接至数据处理器和数字分组网络的网络设施、电耦接至数据处理器的时钟、电耦接至数据处理器的I/o端口设施、以及电耦接至数据处理器(例如存储磁盘或闪存驱动器)的非瞬时性有形计算机可读大容量存储元件。每个节点包括数据处理器、电耦接至数据处理器用于存储数据和处理器指令(例如代码)的非瞬时性有形计算机可读存储器、电耦接至数据处理器和数字分组网络的网络设施、电耦接至数据处理器的时钟、以及电耦接至数据处理器的I/o端口设施，并且可包括电耦接至数据处理器(例如存储磁盘或闪存驱动器)的非瞬时性有形计算机可读大容量存储元件。管理程序可在其I/o端口之一的一个或多个线路上提供周期定时信号，并且该周期定时信号可电耦接至每个节点的I/o端口的一个或多个相应线路。可使用周期定时信号来使节点的操作与管理程序的操作同步。作为另一种方法，周期定时信号可由周期定时信号发生器提供，如图2所示，在这种情况下，管理程序的I/O端口可接收周期定时信号并将其用于协调其对节点的信号。每个节点的处理器可由存储于计算机可读存储器中的指令引导，以配置I/o端口设施，从而在I/O端口接收周期定时信号时对数据处理器产生处理器中断信号。响应于接收中断信号，数据处理器可由指令引导，以执行先前通过管理程序向其发送的一个或多个任务(动作命令)，并且将状态信息发送回管理程序。作为另一种方法，管理程序或周期定时信号发生器可将周期定时信号作为周期综合广播包在数字分组网络上广播。每个节点可包括内部周期信号发生器，并且可根据具有外部周期定时信号的包的接收时间来使其内部发生器同步。因此，如果节点丢失外部周期定时信号的包，则该节点可依赖于其内部时钟来设置将根据已从管理程序接收的命令来执行的动作命令的时限。
如果节点控制一个或多个子节点，则其一个或多个I/O端口的线路例如通过CAN总线(控制区域网络总线)耦接至这些子节点。每个子节点可包括数字控制电路，或可包括与节点相同的组件，这视该子节点要执行的任务而定。
在典型的实施方式中，由管理程序、节点和子节点提供的系统向管理程序提供超过140个“机械参数”的实时状态信息，其中机械参数为本文中使用的通用术语，以涵盖元件(例如准直仪叶片)的位置、元件的轴向位置(例如机架的旋转角)、加速器电子枪的剂量输出、加速器电子束的能量、以及弯转磁铁的强度。(该术语“机械轴”在本文中也用于表示那些通用机械参数)。所述系统还通过管理程序和节点对每个机械参数(或机械轴)进行实时控制。所述系统还向管理程序提供数十个电传感器的实时状态，对多个静态和动态磁场(其可被视为“机械参数”)进行实时控制，收集零个到若干个平板型X射线探测器的成像数据，并且收集零个或多个光学成像摄像机的成像数据。在该背景下，“实时”是指从所有轴和/或电传感器接收状态信息的大约30 mSec内控制所有轴和磁场。
本申请的另一个发明方面涉及通过管理程序发送至节点的命令。管理程序将命令以数字分组网络上的数据包的形式定期发送至节点，例如每隔10 msec(毫秒)。在周期定时信号在节点的I/O端口发出有源脉冲之后，便可发送这些数据包。每个命令向节点提供指定该节点在接收周期定时信号的下一个有源脉冲时将执行的任务的第一动作命令，并且向节点提供指定该节点在接收周期定时信号的第二下一个有源脉冲时将执行的任务的第二动作命令。例如，如果管理程序在时间=10 mSec时向所有节点发出命令包(所有命令可在约I mSec内在数字分组网络上发送和接收)，则每个命令具有节点在时间=20 mSec 时将执行的任务和节点在时间=30 mSec时将执行的任务的动作命令。因此，如果节点未接收到命令，则该节点仍具有其从管理程序接收的上一个命令中所提供的冗余备用动作命令。命令也可提供针对后续时间点的命令，例如指定节点在接收周期定时信号的第三下一个有源脉冲时将执行的任务的第三动作命令。每个节点监测传入命令并检测命令是否未如期到达。如果命令丢失，则其内容将被先前命令(和可能的后续命令)覆盖。如果两个连续的命令丢失，则节点可通过以下通信路径的一个或两个发出通信故障指示经由数字分组网络将信息包发送至管理程序、以及打开启动回路中的一个，如下所述。
现使用示例性节点的一些实例来说明上述冗余概念，其中动作将在周期时间点 T1、T2、T3、T4等时进行。在第一时间点Tl之前，该示例性节点从管理程序接收第一命令，该第一命令具有针对第一时间点Tl的第一动作命令和针对第二时间点Τ2的第二动作命令， 第二时间点Τ2在时间上晚于(例如后于)第一时间点Tl。图8Α所示的第一命令可任选地具有针对第三时间点Τ3的第三动作命令，第三时间点Τ3在时间上在Τ2和Tl之后。所述节点大致在第一时间点Tl发生时(例如在Tl的几毫秒内或在Tl和Τ2之间的时间间隔的20%内)执行其在第一命令中接收的第一动作命令中指定的动作，并且保存第二动作命令(和任选地第三动作命令)以供以后可能使用。在已接收第一命令之后，并在第二时间点Τ2发生之前，该示例性节点然后等待第二命令到达。如果该示例性节点在第二时间点Τ2 之前的所选时段内(例如在Τ2的I毫秒内)未接收到第二命令，则其大致在第二时间点Τ2 发生时继续执行其在第一命令中接收的第二动作命令中指定的动作，并且通过数字分组网络将指示其在应当接收到命令时而未接收到命令的错误信息包(示于图9Α)发送至管理程序。
相反地，如果该示例性节点在第二时间点Τ2之前的所选时段内从管理程序接收CN 102946944 A书明说6/11 页到第二命令，则该示例性节点作用于第二命令。第二命令具有针对第二时间点T2的第二动作命令和针对第三时间点T3的第三动作命令，第三时间点T3在时间上晚于(例如后于) 第二时间点T2和第一时间点Tl。图SB所示的第二命令可任选地具有针对第四时间点T4 的第四动作命令，第四时间点T4在时间上在每个时间点T1-T3之后。该示例性节点可在其接收第二命令之后擦除第一命令的已存部分。然后，所述节点大致在第二时间点T2发生时 (例如在T2的几毫秒内或在T2和T3之间的时间间隔的20%内)执行其在第二命令中接收的第二动作命令中指定的动作，并且保存第三动作命令(和任选地第四动作命令)以供以后可能使用。在已接收第二命令之后，并在第三时间点T3发生之前，该示例性节点然后等待第三命令到达。如果该示例性节点在第三时间点T3之前的所选时段内(例如在T3的 I毫秒内)未接收到第三命令，则其大致在第三时间点T3发生时继续执行其在第二命令中接收的第二动作命令中指定的动作，并且通过数字分组网络将指示其在应当接收到命令时而未接收到命令的错误信息包发送至管理程序。如果未接收到第二命令，并且如果第一命令包含针对T3的第三动作命令，则该示例性节点大致在第三时间点T3发生时继续执行其在第一命令中接收的第三动作命令中指定的动作，并且通过数字分组网络将指示其在应当接收到命令时而未接收到命令的错误信息包(示于图9B)发送至管理程序。
相反地，如果该示例性节点在第三时间点T3之前的所选时段内从管理程序接收到第三命令，则该示例性节点以与 其作用于第一命令和第二命令的方式类似的方式作用于第三命令。该节点以类似的方式处理后续命令。如果该节点在特定时间点不具有要作用的动作命令，则该节点可根据其控制的组件而采用所选过程的故障安全动作。
参照图2，所述系统可具有提供操作安全性(例如提供单一故障安全或单一故障的故障安全能力)的一个或多个“启动回路”。四个启动回路如图2所示。每个启动回路可关于不同的安全问题和/或控制问题。启动回路可转到每个节点或可穿过所述系统的每个节点、或者所述系统中仅那些可检测与控制回路有关问题相关的故障或可能需要响应于该启动回路检测到的故障状态的节点。所述系统可具有以下四个启动回路(I)关于束发生的束启动回路；(2)关于机架、准直仪、成像臂和患者支架的运动的运动启动回路；(3)关于向如果不加控制可对患者带来危险的那些组件(例如电机、泵、高电流电源等)供电的电源启动回路；以及(4)关于用于成像的低能X射线束的成像束启动回路。节点可耦接至这些回路中的一个或多个，并且可根据不同标准而触发所述回路上发生故障。
在一个实施方式中，每个回路可包括电信号线，该电信号线始于管理程序的I/O 端口的输出线(或耦接至电源Vdd的电阻器R)，然后穿过一个或多个相应节点的一个或多个电子开关，再返回到管理程序的I/O端口的输入线。当节点未发现操作故障时，则其命令其电子开关处于关闭位置，这完成了从管理程序的输出线(或耦接至电源Vdd的电阻器R) 到管理程序的输入线的电气回路。当节点发现操作故障时，其命令其电子开关处于打开位置，这断开了电气回路并改变管理程序的输入线处的电压。管理程序监测输入线的指示断开的电压电平，断开表示故障状态。节点可命令其电子开关穿过其I/O端口之一的输出线。 进一步沿着回路向下的节点可监测启动线，并还可检测上游节点或下游节点的故障并由此做出响应。更具体地讲，在每个节点处，启动回路可穿过图2中标记为“开关”的电路块中的单极开关和传感电阻器的串联组合。根据节点是否检测到与启动回路有关的故障状态， 该节点可选择性地打开或关闭开关。节点的处理器通过该节点的I/O端口设施向开关提供12控制信号，如该图所示。
图3示出了开关组的示例性实施方式。示出了四个启动回路，其分别穿过开关 S1-S4和传感电阻器R1-R4的四个相应串联组合。如果节点检测到故障状态，则该节点将具有使开关打开(不导电)的值的相应命令信号C1-C4从其I/O端口设施发送至相关启动回路的相应开关S1-S4;否则该节点发送具有使开关保持关闭(导电)的值的命令信号 C1-C4。每个开关S1-S4可包括晶体管，例如MOSFET晶体管。当启动回路的电流通过节点时，其将在整个相应传感电阻器R1-R4中产生电压，该电压可被具有耦接至相应传感电阻器R1-R4的任何一侧的输入的相应差动放大器0P1-0P4 (例如“0P放大器”)检测到，如该图所示。相应差动放大器0P1-0P4的输出提供相应数字信号F1-F4，该数字信号在启动回路中无电流流动时(这指示故障状态)的值为零且在启动回路中有电流流动时(这指示正常的无故障状态)的值为一。信号F1-F4耦接至节点的I/O设施的输入。每个差动放大器 0P1-0P4可包括零偏移电路，该电路在整个其输入中的电压差为零时使其输出的值为零。否则，此电路对本领域而言是已知的，并且可易于添加至该图所示的电路中。
如果开关S1-S4的实施方式具有足够高的通态电阻，则开关S1-S4可分别用作传感电阻器R1-R4，该实施方案如图4所示。如在前述实施方案中，示出了四个启动回路，其分别穿过四个相应开关S1-S4。如果节点检测到故障状态，则该节点以使开关打开(不导电)的值将相应命令信号C1-C4从其I/O端口设施发送至相关启动回路的相应开关S1-S4 ； 否则该节点以使开关保持关闭(导电)的值发送命令信号C1-C4。每个开关S1-S 4可包括晶体管，例如MOSFET晶体管。当启动回路的电流通过节点时，其将在整个相应开关S1-S4 中产生电压，该电压可被具有耦接至相应开关S1-S4的任何一侧的输入的相应差动放大器 0P1-0P4 (例如“0P放大器”)检测到，如该图所示。相应差动放大器0P1-0P4的输出提供相应数字信号F1-F4，其在启动回路中无电流流动时(这指示故障状态)的值为零且在启动回路中有电流流动时(这指示正常的无故障状态)的值为一。信号F1-F4耦接至节点的I/O 设施的输入。每个差动放大器0P1-0P4可包括零偏移电路，该电路在整个其输入中的电压差为零时使其输出的值为零。否则，此电路对本领域而言是已知的，并且可易于添加至该图所示的电路中。
虽然上述实例使启动回路穿过管理程序，但这并非必需。相反地，管理程序可通过上述状态信息来监测每个节点检测到的故障，这相比于启动回路可提供更详细的信息。管理程序也可将故障信息传送至节点，以使这些节点进入故障安全操作状态。因此，在图5所示的另一个实施方式中，每个启动回路与管理程序分开，并且由相应电源供电。每个启动回路包括穿过所述节点中的一个或多个而作为串联电路的电流回路，同时相应电源与该启动回路串联耦接。四个启动回路以及四个电源如图5所示。如前所述，每个启动回路可关于不同的安全问题和/或控制问题，并且可穿过所述系统的每个节点、或者所述系统中仅那些可检测与控制回路有关问题相关的故障或可能需要响应于该启动回路检测到的故障状态的节点。图5所示的开关组的实施方式可与图3或图4所示的开关组的实施方式相同。
作为图6所示的另一个实施方式，启动回路也可作为有线或非门(NOR gate)来实施。在该配置中，电阻器Rs或电源向启动线供电，并且耦接至该启动线的每个节点使其电子开关耦接在该启动线和地面之间。该开关位于图6中标记为“开关”的电路块中，并且可包括单极单刀开关。启动线也可耦接至管理程序的输入线，但这并非必需。根据节点是否CN 102946944 A书明说8/11 页检测到与启动回路有关的故障状态，该节点可选择性地打开或关闭电子开关。当节点检测到无故障时，其命令其电子开关处于打开位置。当所有电子开关处于打开位置时，启动线上的电势转到高逻辑值(例如3或5伏特)。当节点检测到故障时，其命令其电子开关处于关闭位置，这使启动线接地至低逻辑值。管理程序可通过查看线路的电压电平来检测启动线上的故障。此外，耦接至启动线的所有节点均可通过查看线路的电压电平来检测启动线上的故障，并且可采取适当动作。节点的处理器通过该节点的I/O端口设施向开关提供控制信号，如该图所示。
图7示出了图6中的开关组的示例性实施方式。示出了四个启动回路，其耦接至四个开关S1-S4中相应一个的一个终端；开关S1-S4的其它终端耦接至地面。如果节点检测到故障状态，则该节点将具有使开关关闭(导电)的值的相应命令信号C1-C4从其I/O端口设施发送至相关启动回路的相应开关S1-S4 ;否则该节点发送具有使开关保持打开(不导电)的值的命令信号。每个开关S1-S4可包括晶体管，例如MOSFET晶体管。开关组可包括多个缓冲倒相器Invl-Inv4(例如四个倒相器)，这些缓冲倒相器使其输入耦接至启动线中的相应者，并且使其输出耦接至节点的I/O端口设施的相应输入线。每个倒相器Invl-Inv4 的输出提供相应数字信号F1-F4，该数字信号在启动线上的电压较高时(这指示正常的无故障状态)的值为零，并且在启动线上的电压较低时(这指示故障状态)的值接近数字电源电压Vdd。作为一种选择，一个或多个启动回路可以类似于节点的方式耦接至管理程序， 但这并·非必需。相反地，管理程序可通过上述状态信息来监测每个节点检测到的故障，这相比于启动回路可提供更详细的信息。管理程序也可以直接形式或间接形式将故障信息传送至节点，以使节点进入故障安全状态。
在上述实施方案中，向节点提供CAN总线(控制区域网络总线)以与其子节点通信。在另外的实施方案中，提供“反向通道”通信信道，以通过CAN总线在节点之间进行对等通信。在图10中，此反向通道通信信道的一个示例性实施方案以该图所示的“节点CAN 总线”示出。节点CAN总线耦接至两个或更多个节点，其可通过节点的I/O端口设施而耦接至一个此节点。此前描述的任何启动回路均可用于该实施方案中。通过节点CAN总线，一个节点可直接传送至另一个节点，以协调其动作(如果需要)。例如，准直仪节点(示于图 I)可通过节点CAN总线将信息发送至束发生器节点(也示于图I)，以暂停治疗束的产生， 直到MLC 8处于所需位置时。节点之间的数据包对等通信通常可在约I毫秒或更小的间隔内完成，该间隔比命令从管理程序到节点的10毫秒通信间隔要短。即，在CAN总线上，数据包在节点之间的传送速率可快于数据包在管理程序和单个节点之间的传送速率。作为另一个实例，床节点(也示于图I)可具有用于检测患者移动的装置(例如摄像机)，并且可通过节点CAN总线将信息发送至束发生器节点，以在其向管理程序通知患者移动时无限期地暂停治疗束的产生。然后，管理程序可在下一次向节点传送命令时采取响应动作，这可包括向所述系统的组件发送命令以将这些组件置于患者的安全状态，并且指示放射科医师使患者复位。
以上描述的每个节点和管理程序可通过提供这些节点和管理程序的上述功能的硬件、固件和软件的任何组合来实施。根据本公开，本领域的普通技术人员可在不进行过度实验的情况下构造节点和管理程序的实施方案。处理器、计算机可读介质、网络设施、I/o端口设施、以及用于管理程序和节点的时钟(如该图所示)的使用简化了实施方式，因为管理14程序和节点的功能的实施方式可更易于在软件中实施。如本领域所知，处理器和其它上述组件之间的通信信道通常由操作系统提供。就这一点而言，使用实时操作系统可通过在本领域的普通技术人员编写实施管理程序和节点的功能的代码中向其提供更大的灵活性来进一步简化管理程序和节点的实施方式。就这一点而言，可使用Wind River Systems开发的常用VxWorks操作系统(目前已被Intel收购)。
以上描述的每个子节点可通过常规的嵌入式处理器(也称为“嵌入式系统”)来实施。一种典型的嵌入式处理器包括微处理器、闪速存储器(非易失性存储器)、易失性存储器、CAN总线接口、以及一个或多个I/O设施(例如串行总线、A/D转换器和D/A转换器)。 嵌入式处理器的一个实例为Texas Instruments TMS320F2812数字信号控制器(DSC)。闪速存储器存储用于操作微处理器的指令，并且这些指令通过CAN总线或另一个通信连接可易于被外部处理器加载到闪速存储器中。这些指令可在Texas Instruments TMS-2812 DSP 的“微型”操作系统上运行，该操作系统可包括Texas Instruments DSP-BIOS的实时多任务内核。该操作系统存储于闪速存储器中。实时操作系统具有以下特性在可预测的时间量内以确定性方式完成请求的任务。实时操作系统的定义对本领域而言是熟知的。
作为通过本发明使用高能治疗束来进行实验的结果，据发现散射中子在这些能量条件下通过靶来产生，并且作为出人意料的结果，散射中子到达所述系统的管理程序、节点和子节点并影响所述系统的操作。对于低能到中能治疗束，未发现这些结果。作为响应， 申请人:·针对高能治疗束应用开发了以下进一步发明(但这些进一步发明也可用于低能和中能治疗束)。作为第一项进一步发明，如图11所示，管理程序、节点以及与数字分组网络相关的网络设备位于治疗室外，并且子节点以及放射治疗系统的治疗相关组件位于治疗室内。在一些情况下，也可能将一些子节点设置在治疗室外。因为治疗系统产生辐射，所以治疗室的墙壁、天花板、地板和门包含吸收辐射的材料。结果证明，这些材料也吸收中子。针对这种吸收目的而常用的材料包括混凝土和铅。这些材料相比于清水墙壁结构中使用的普通材料(例如石膏)在更大程度上吸收中子。硼酸聚乙烯也对吸收中子有效。适当厚度的铅、混凝土或硼酸聚乙烯吸收中子的程度可使得到达治疗室外部的设备的中子通量密度 (每个方形区域每秒的中子数量)降低十倍或以上，从而有效地使中子衰减，以致于该设备中的中子翻转事件的可能性可忽略不计。因此，对于高能治疗应用而言，在上述设备与所述系统的治疗相关组件(尤其是辐射产生组件)和控制系统的上述组件(例如管理程序、节点以及任选地一些子节点和辅助控制逻辑)之间设置中子吸收材料的主体(例如在墙壁、 门、天花板等中)是有利的，其中中子吸收材料的主体将中子通量密度降低十倍或以上。
作为进一步发明，管理程序和节点可位于治疗室中，但同时将中子吸收材料的主体设置在它们与至少中子发射治疗相关组件之间。
作为进一步发明，子节点可包括处理器、耦接至处理器且保存用于子节点的操作系统(例如内核)和用于引导处理器的指令的闪速存储器(其为非易失性存储器)、以及用于存储子节点在其操作中使用的一个或多个参数的易失性存储器。一种示例性子节点如图 12所示。此外，每个参数以三个或更多个相应的不同存储地址存储在易失性存储器的三个或更多个不同存储位置处。参数为子节点在其操作中使用的数据项，并且参数的值可随时间变化并可被子节点本身或控制子节点的节点修改。当子节点需要使用这种参数时，其将以下指令存储在闪速存储器上，其引导子节点的处理器读取易失性存储器的三个或更多个位置的参数，并且引导数据处理器比较所述三个或更多个值以确定所述读取位置中的至少两个是否具有相同的值，并且优选地确定所述读取位置中的大部分是否具有相同的值。如果两个或更多个相同，或更优选地如果大部分相同，则这些指令引导数据处理器使用该相同的值。如果所述三个或更多个读取位置不具有相同的值，或更优选地如果所述读取位置中的大部分不具有相同的值，则这些指令针对子节点弓I导数据处理器将通知节点缺乏参数优值的错误信息发送至节点，并且发送针对参数值的最新副本的请求。当节点将新参数值发送至子节点时，子节点将以下指令存储在闪速存储器上，其引导子节点的处理器将参数的接收值写入易失性存储器中被分配用于存储该参数的三个或更多个位置中。应注意，闪速存储器对某些形式的辐射(例如光子和中子发射)的敏感度低于静态半导体随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)，以使得对于辐射暴露和中子而言，这些存储的指令相比于存储于易失性存储器中的参数是相对安全的。然而，易失性存储器在其失效之前会对参数的存储位置进行大量重写(换句话讲，闪速存储器具有有限次写入存储位置的操作的缺点)。
虽然存在所有上述复杂性，但控制架构可通过可使用许多易用开发工具的低成本现成通信协议组件(以太网上的UDP)来实施。
概括地说，在高层次上，管理程序保持对所述系统中所有活动和运动的最高级查看。管理程序知晓整个治疗计划并且能够针对所有轴(机械参数)将其分成10 mSec轨迹步骤。一般而言，管理程序20保持的治疗计划包括在所选时段内协调放射治疗系统10 的治疗相关组件的操作，其中所述协调可通过节点的多组动作命令来描述，每个节点具有一组。在中等层次上，多个节点(均具有处理器)管理每个子系统所特有的信息；这些节点通过数字分组网络(例如局域以太网)与管理程序直接通信。另外，反向通道通信信道通过 CAN总线可用于对等节点通信。每个节点仅需知道其在下一个20和30 mSec (周期定时信号上的接下来的两个有源脉冲)内要采取的动作；其无需知道整个治疗计划。在低层次上， 多个子节点(均具有控制逻辑和/或处理器)管理几个组件(例如电源、导向线圈、调谐磁铁)所特有的信息。子节点直接传送至其控制节点；不存在对等通信。
相比于现有技术的系统的优点。本发明方法的分布式结构可使软件以不会迫使软件工程师成为整个系统专家的方式进行划分。更易于管理软件开发小组，其中人们仅可知道子系统或组件，而非整个系统。使用现成网络技术(例如以太网和UDP)以及备份安全启用回路技术可使工程师以快速和安全的方式开发和修改所述系统_工程师不会进行重复性工作。因为管理程序知道所有轴的加速度分布，所以能够将整个计划分成根据最慢的轴的速度进行协调的步骤。鉴于此，将不再存在这样的治疗，即在机械运动抵达时保持束(例如在MLC叶片抵达计划时保持X射线束的情况)。因为管理程序知道每个机械轴的位置， 所以多个轴可同时移动(在现有系统中，为了避免碰撞，可同时移动仅有限的一组轴)。因为管理程序协调束、运动和成像，所以更易于开发多件事情同时发生的先进技术(“动态治疗”)。实例包括⑴RapidArc和Large Field IMRT ；⑵交错式MV治疗&KV成像；(3)荧光透视引导的门控治疗(在治疗前，KV荧光透视图像与红外线反射器的呼吸诱导性运动相关；这种相关性根据器官运动允许后续的准确束门控)；(4)动态跟踪-这些类型的计划包括根据患者运动来移动所述系统(例如在患者呼吸时移动MLC叶片)。
除非相反地特别指出，否则“一个(a，an)”和“所述”的任何表述均旨在指一个或多个。
本文所述的计算机可读介质和存储装置优选地为有形的和/或非瞬时性的。
本文中已采用的术语和表达被用作描述术语而非限制术语，并且在使用此类术语和表达时，不打算排除所示出和所描述的特征的等同形式，应意识到在权利要求书保护的本发明范围之内可进行各种修改。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，本发 明的一个或多个实施方案的一个或多个特征可与本发明的其它实施方案的一个或多个特征组合。
虽然已结合示出的实施方案对本发明进行了具体描述，但应理解各种改变、修改、 改动和等效处理可根据本公开进行，并且旨在涵盖在本发明和所附权利要求的范围之内。


本发明公开了具有能够实施更复杂的治疗计划的增强型控制架构的放射治疗系统以及提高了对中子的影响的抵抗的放射治疗系统。一种示例性控制架构包括数字分组网络；管理程序，其电耦接至所述数字分组网络且具有治疗计划；以及多个节点，每个节点耦接至数字分组网络且控制所述放射治疗系统的一个或多个治疗相关组件；并且其中所述管理程序通过所述数字分组网络将控制命令定期传送至所述节点。