阅读说明：本技术 利用周期性运动提供质子放射治疗的方法 (Method for providing proton radiation therapy using periodic motion ) 是由 斯图尔特·朱利安·斯维尔德洛夫 于 2019-04-26 设计创作，主要内容包括：本文中描述了用于根据确定的患者状态从连续旋转的台架朝向靶给送粒子束的技术。可以使用确定的患者状态和台架的识别的台架角度来向靶给送一组子束(例如,辐射剂量的图案)。粒子束可以在台架角度的范围旋转。可以在台架旋转的同时连续地给送上述一组子束。(Techniques for delivering a particle beam from a continuously rotating gantry toward a target according to a determined patient state are described herein. A set of beamlets (e.g., a pattern of radiation doses) may be delivered to the target using the determined patient state and the identified gantry angle of the gantry. The beam can be rotated through a range of gantry angles. The set of beamlets may be fed continuously while the gantry is rotating.)

具体实施方式

本文中描述的系统和方法为患者提供放射治疗。通过旋转台架例如通过附接到台架的粒子束提供放射治疗。台架可以在粒子束施加多个子束的同时连续旋转。子束可以以螺旋图案施加在靶(例如，肿瘤或肿瘤的一部分或其他束斑)上。在示例中，在给送粒子束的同时旋转台架可能是效率低的(例如，如果针对每度或每半度计划了剂量和穿透信息)。在另一示例中，旋转台架可能会引入误差(例如，假设计划每隔几度，例如每隔五度或每隔十度)。提供旋转质子放射治疗有许多优点。首先，可以从多个角度给送剂量，而不是在少量的角度处非期望地射入剂量。

本文中描述的系统和方法通过引入用于给送子束的螺旋图案来解决这两个问题。螺旋图案可以使用处于一定范围角度(例如，五度、十度、十五度等)的计划角度。在示例中，螺旋图案可以包括当处于最高误差时将粒子束给送到靶的中心部分并且在处于最低误差时将粒子束给送到靶的外围部分。误差量可以取决于实际台架角度和计划角度之间的角度差，例如较大的误差对应于角度之间的较大的差，而较低的误差对应于角度之间的较小的差。

在示例中，用于将粒子束施加到靶的螺旋图案可以减少完成放射治疗的治疗所需的时间。例如，在治疗期间给送的子束的子束尺寸可以变化。改变子束的尺寸例如由于花费时间或使用能量可能会导致治疗中断。使用光栅类型的图案可能需要多次改变子束尺寸。使用螺旋图案可以允许子束尺寸中的单次改变尽可能小。例如，较小的子束可以用在靶的外侧边缘上，而较大的子束可以用在靶的内侧部分上。

在患者移动时，出现一个挑战：准确地跟踪靶、OAR或其他对象。可以将移动分类为周期性的(例如，呼吸或心跳)或者非周期性的。当用于治疗的靶受到患者移动的影响时，周期性的呼吸呈现独特的问题。可以定义周期性循环的一组相位，例如周期性循环内的8个或16个独特相位。可以使用其他组的相位，例如，从2到20的任何位置。相位可以表示通过周期性循环的位置，这些位置通过循环的每次重复而重复。

使用周期性循环的相位，可以在相位中的每个相位针对靶的治疗生成辐射剂量。治疗移动靶可以使用相位来确保完全地覆盖靶，但是这样做可能会导致剂量到达正常健康组织或任何危及器官。非旋转装置通常具有固定的角度以将粒子给送至靶。确保将剂量给送到移动靶的一种方法是当靶不在其标称(通常在呼气或者吸气快要结束时“静止”)位置附近时暂停束的给送(例如，对束进行“选通”)。因此，仅以循环的一个相位为目标，并且仅在该相位期间施加剂量。

然而，当使用非旋转粒子治疗装置时，使来自固定角度的多个层聚集以覆盖整个靶。这可能导致到健康组织、危及器官或特别是进入点周围的皮肤的剂量增加。因此，可以使用旋转台架来避免针对停留在束发射器和靶之间的给送线中的皮肤或其他组织的增加的剂量。当使用旋转台架并且提供粒子的旋转给送时，通常不能在不停止台架旋转或者不在由旋转覆盖的角度范围的情况下暂停束的给送。依赖停止束的非旋转台架的解决方案不能与旋转台架兼容。

本文中描述的系统和方法通过使用基于患者的当前相位和台架角度(或台架角度的范围)的螺旋给送技术，在台架连续旋转而不停止台架的情况下以及在周期性循环中的相位变化期间给送剂量。

代替尝试从每个角度给送肿瘤的所有层，可以使用经过靶的中间或在靶的中间之前的一层或两层。层可以包括处于靶内的要瞄准的深度位置。例如通过连续地旋转台架可以使用将粒子给送到靶的多个角度。因为靶处于周期性循环运动中，并且可能随着患者的周期性呼吸处于周期性运动，因此可以使用与给定的呼吸时相和粒子的给送角度对应的一组参数将剂量给送至靶的预期部分。

可以使用参数组的数据库或其他存储，其中每组参数包括特定的呼吸时相、特定的台架角度和特定的粒子剂量。在示例中，特定的台架角度可以包括角度的范围。例如，参数组可以对应于每隔5度或10度的角度(例如，72或36个角度)。指定的各个角度可以与循环的各个相位匹配。例如，通过呼吸循环中的8个相位和36个角度(例如，具有10度的幅度)，可以生成或存储共288个辐射剂量或子束组。剂量或子束的生成可以在治疗之前发生。在另一示例中，通过16个相位和72个角度(5度的幅度)，可以生成或存储1152个辐射剂量或子束组。在治疗期间，可以识别当前相位和当前台架角度并且可以选择对应的辐射剂量或子束组。

给定每个角度处的呼吸时相，使用旋转台架对靶的累计剂量可以等于来自每个角度的所有粒子剂量的加权和。

图1一般性地示出了根据实施方式的例如可以包括粒子治疗系统控制器的系统100的示例。系统100可以包括数据库或医院数据库。粒子治疗系统控制器可以包括处理器、通信接口或存储器。存储器可以包括治疗计划软件、操作系统或给送控制器。给送控制器可以包括用于确定或计划束斑给送(例如，使用束斑给送模块)或线段给送(例如，使用线段给送模块)的子束模块。

在示例中，束斑给送模块或子束模块可以被配置成计划子束的尺寸、靶或束斑的位置等。子束模块可以用于确定子束的给送顺序，例如以如本文中描述的螺旋图案。给送顺序模块可以与用于计划子束的给送的治疗计划软件通信。例如，治疗计划软件可以用于确定或计划台架角度、台架速度、子束尺寸、螺旋图案(例如，顺时针方向或逆时针方向)、特定螺旋图案的角度幅度(例如，台架旋转的每隔十度)等。

处理器可以例如通过经由通信接口或其他方式与用于实施计划的部件(例如，与诸如以下参照图3描述的那些装置或部件的控制装置或部件)进行通信来实施计划。在示例中，通信接口可以用于从数据库或医院数据库中检索存储的信息(例如，患者信息、关于患者或其他患者的历史手术信息、手术指令、关于特定装置或部件的信息等)。

图2一般性地示出了根据实施方式的例如可以包括粒子治疗系统和成像获取装置的放射治疗系统200的示例。粒子治疗系统包括离子源、加速器和扫描磁体，下面针对图3更详细地描述离子源、加速器和扫描磁体中的每一个。粒子治疗系统包括台架和平台，其中台架可以安装在平台上、附接到平台或者相对平台被稳定。平台可以保持患者。台架可以是旋转台架，并且可以相对于平台(例如，围绕平台)或者相对于患者旋转(并且平台或平台的一部分可以随台架旋转)。

粒子治疗系统可以与治疗控制系统通信，治疗控制系统可以用于控制粒子治疗系统的动作。治疗控制系统可以与成像获取装置通信(例如，以接收通过成像获取装置或成像数据库获得的图像)或与肿瘤学信息系统通信。肿瘤学信息系统可以向治疗控制系统提供例如从治疗计划系统接收的治疗计划细节。治疗控制系统可以使用治疗计划来控制粒子治疗系统(例如，激活台架、离子源、加速器、扫描磁体、粒子束等)。例如治疗控制系统可以包括子束强度控制、子束能量控制、扫描磁体控制、平台控制、台架控制等。在示例中，子束强度控制和子束能量控制可以用于激活特定尺寸的子束或用于瞄准特定位置。扫描磁控制可以用于根据治疗计划例如以螺旋图案给送子束。台架控制或平台控制可以用于旋转台架。

治疗计划软件可以包括诸如子束给送和具有例如用于束斑或线段的子束排序的单独控制的排序模块的组件。上面针对图1更详细地描述了治疗计划软件。治疗计划软件可以访问成像数据库以检索图像或存储信息。当治疗计划完成时，治疗计划软件可以将计划发送到肿瘤学信息系统以与治疗控制系统进行通信。

图3示出了粒子治疗系统300的实施方式，粒子治疗系统300可以包括被配置成提供质子治疗束的辐射治疗输出。粒子治疗系统300包括离子源301、注入机303、加速器305、能量选择器307、多个弯曲磁体309、多个扫描磁体311和吻状突出物313。

离子源301例如同步加速器(未示出)可以被配置成提供粒子(例如质子)流。粒子流被传输到注入机303，注入机303使用库仑力为带电粒子提供初始加速度。粒子被加速器305进一步加速到光速的大约10％。加速为粒子提供能量，这确定了粒子在组织内可以行进的深度。能量选择器307(例如，射程散射)可以用于选择要给送给患者的质子的能量。在称为被动散射的实施方式中，可以利用可选的射程调制器308(例如，也称为脊滤波器或射程调制轮)来加宽束以适应肿瘤。在选择能量之后，可以利用一组弯曲磁体309将质子流传输到医院的放射治疗的治疗室中。此外，使用扫描磁体311(例如，x-y磁体)将质子束散布到或追踪肿瘤形状的精确图像。可以使用吻状突出物313或吻状突出物313的部件(例如，准直装置)进一步对质子束进行整形。在各种实施方式中，粒子流可以由碳离子、介子或正电离子组成。

图4提供了各种类型的粒子在人体组织中的辐射剂量深度的比较的图示。如所示出的，提供了光子(例如，x射线)、质子和碳离子穿透至人体组织中的相对深度(例如，包括在表面下方一定距离处提供的任何辐射剂量，包括次级辐射或散射)。每个辐射剂量相对于具有已设置成100％的单一能量的质子束的峰值剂量示出。

单能的(例如，单一能量)质子束指示在约25％开始的平坦区域，该平坦区域逐渐增加直到组织中大约10cm深度，在15cm处其迅速增加至布拉格峰，然后在短距离内有利地下降至零。在布拉格峰结束处不给送附加的剂量。

光子束(例如，标记为X射线)指示由于电子散射(例如，X射线向组织给送剂量的主要方法是通过将能量转移到组织中的电子)引起的初始积累。随后是指数衰减，衰减持续超过靶的在图中处于大约15cm深度的远端边缘。X射线束具有与质子束的射入(皮肤)剂量相匹配的射入(皮肤)剂量设置。通过在15cm深度进行归一化(例如，缩放)，由x射线引起的剂量为由质子束提供的剂量的40％，而x射线束在大约3cm深度具有大于95％(“近”100％)的峰值剂量。如果将X射线数据重新归一化以在15cm处实现100％剂量，则在不期望剂量的位置(例如，在靶之前)，在大约3cm深度处的峰值剂量将是大约240％。因此，通过x射线，在靶之前给送相当数量的剂量并且超过靶给送相当数量的剂量。

单能碳束示出在射入剂量处的低于质子束的平台区域。碳束具有比质子束更陡峭地下降的急剧布拉格峰，但是碳束有超过期望的靶几厘米的尾部(例如，称为“散裂尾部”，其中一些碳核碎裂成氦离子)，尾部具有大约1.0％或更少的附加剂量。与质子束相比，碳离子束具有非期望的射入和皮肤剂量，但是碳离子束具有超过靶给送的不可忽略的剂量。

图5提供了展宽的布拉格峰(SOBP)的图示。SOBP显示了一组不同初始能量的质子束组合的相对深度剂量曲线，初始能量中的每个初始能量已经有一些能量散度(例如，能量在组织中的可变吸收)。针对特定厚度的靶具有均匀剂量的预期结果。如所示出的，靶示出为具有大约10cm的近端深度、大约13cm的远端深度和大约3cm的靶厚度。在靶内，剂量相当均匀(其中平均归一化为100％)。该图不是在0cm深度开始，并且也没有明确地示出射入(皮肤)剂量，但是质子束的射入区域的特性是相对平坦的深度剂量曲线。通常，射入(皮肤)剂量将是靶剂量的大约70％(例如，在x轴的最右侧边缘示出的)。可以使用多种方法获得SOBP，包括使用其中利用各种设备(例如静态的脊滤波器或动态的射程调制轮)进行能量调制的散射的质子束(可变吸收)，或通过选择大量的不经历散射的单能质子束。

图6提供了典型的主动扫描质子束给送系统的图解表示的图示。如所示出的，正在给送单层的笔形束扫描，其中结合粒子要被给送到的横截面区域的轮廓在患者上描绘束斑网格。进入的单能质子子束具有被射程移位器(例如，在图6中其是射程移位器板)吸收的指定量的单能质子子束能量，得到具有期望能量的子束以在患者中实现确定深度的布拉格峰来治疗指定层。磁扫描仪，具有在垂直和水平两个方向上使粒子偏转的能力。可以调整磁场的强度以控制进入子束在垂直于磁场的方向上的偏转。可以调整磁场强度的速率确定了可以进行扫描的速率。例如，质子子束的强度与扫描速率结合确定了在特定的时间量内可以将多少剂量给送至特定面积(例如，在图6中为“束斑”)(例如，粒子/单位面积)。理论上，磁场强度可以相互独立地调整(以类似于由加拿大多伦多的Spin Master^TM提供的儿童玩具“Etch a”的方式；其中，作为变量的笔形子束强度在儿童玩具中不可用)。最通用的扫描方案是在一个方向上快速扫描，并且以栅方式在垂直方向上更慢地扫描，类似于早期的电视控制方式(例如，使用电子而不是质子的阴极射线管(CRT))，但是可以扫描任意图案(类似于前面提到的玩具)。通过增加扫描磁场强度并且压制增量之间的笔形束强度来实现不同束斑的给送。

图7A至图7B一般性地示出了根据实施方式的在网格上的螺旋给送路径。图7A至图7B中示出的螺旋图案使由旋转台架产生的误差最小化。与台架旋转时的线性光栅图案相比，示出的螺旋图案提高了靶精度并且减少了靶外部的辐射。

本文中描述的系统和方法使用质子弧形治疗来优化在将质子给送至某些束斑时的辐射剂量。当给送到某些束斑时，可以使计划内容与使用本文中描述的螺旋图案扫描实际给送的内容的差异最小化。除非在台架最靠近当前计划的角度时给送离等心轴更远的束斑，否则得到的实际束斑位置可能远离预期的束斑位置，并且子束的整体轨迹将与预期的轨迹显著不同。使用螺旋扫描可以使实际束斑位置的误差最小化，并且使子束的预期轨迹和实际轨迹之间的差异最小化。

图7C示出了根据实施方式的具有不同束斑尺寸的螺旋束斑给送路径。

小束斑和大束斑之间的权衡在于，仅将小子束给送到小束斑需要过多的时间来给送放射治疗。因此，为了减少时间，最好将小子束给送到肿瘤的外边缘/外部，并且将较大的束斑给送到肿瘤的内部。在给送期间改变束斑尺寸是耗时的活动。通过使用图7C中示出的螺旋给送图案，当从治疗肿瘤的外边缘的一组较小的束斑到治疗肿瘤的内部区域的一组较大的束斑时，可以只有少到一次束斑尺寸转变。类似地，当从治疗肿瘤的内部区域的一组较大的束斑到治疗肿瘤的外边缘的一组较小的束斑时，可以只有少到一次束斑尺寸转变，导致整个束经由两次束斑尺寸改变。在示例中，在靶的每一层给送剂量时，螺旋图案可以是二维螺旋图案。

在示例中，子束可以在弧形范围的边缘给送，同时螺旋在靶的中心。例如，在从0度到10度的弧形中，靶可以被计划为好像台架在5度处静止。在该示例中，随着台架接近和离开5度出现螺旋的外侧，而随着台架离开0度和随着台架接近10度出现螺旋的中心。例如，在0度开始，螺旋可以在靶的中心开始并且向外螺旋直到围绕5度结束(在螺旋的向外点)。然后，在示例中，随着台架从5到10度移动螺旋可以在返回靶中心的途中反转(例如，从0度到5度顺时针移动，然后从5度到10度逆时针移动，反之亦然)。该过程可以在另一弧形处的靶的不同层上重复，例如从10到20度等，直到剂量完成。

图8示出了根据实施方式的患者的示例周期性相位。周期性呼吸循环800用8个相位(但是可以包括其他数目(例如，16个相位)示出。在示例中，其他患者状态信息可以与本文中描述的技术一起使用。例如，患者状态可以通过呼吸时相、呼吸时相的类似物、幅度、变形矢量场(DVF)、DVF的低维表示、使用成像装置获取的图像的低维表示、表面信息、靶位置等表示。

周期性呼吸循环800由随时间的位置表示，其中位置基于肺、喉咙、膈膜、肌肉和呼吸系统的其他方面的移动而变化。

台架角度801也被示出为具有描绘的当前角度以及台架的角度运动的方向。台架角度801表示台架随时间的移动，并且与周期性呼吸循环一起使用以向患者给送预定辐射剂量。

周期性呼吸循环800是周期性的并且相位或状态可以随时间重复。可以开发针对周期的每个相位或状态的计划用于向附近的或受周期移动影响的靶给送治疗剂量。例如，如本文中所述，对于每个相位或状态，可以针对不同的台架角度(例如，每隔10度)生成辐射剂量或子束组。

可以使用成像来完成循环800的相位或状态的检测和分配。例如，可以使用4D CT或MRI来识别患者的循环的各个相位。在识别之后，可以针对特定患者的相位或状态开发计划(例如，基于靶的尺寸、处于每个相位的靶位置、其他组织的位置等)。

图9示出了示出根据呼吸循环和台架角度选择辐射剂量的图。辐射剂量的选择可以包括确定呼吸循环的当前相位或状态以及识别当前台架角度。对应于这两个变量的辐射剂量可以存储在系统的数据库中，例如具有针对每对独特相位和台架角度的辐射剂量。在示例中，可以使用近似的台架角度(例如，四舍五入到最接近的1度、5度、10度)。针对相位和台架角度(或范围)，辐射剂量可以特定于患者的靶或靶的层。可以将特定剂量发送到控制器以使用台架给送剂量。

可以通过连续地旋转台架来给送剂量。患者相位和台架角度可以随着台架旋转例如每个角度或一定范围的角度而改变，并且可以使用其他辐射剂量。在示例中，每旋转10度就识别辐射剂量。例如，可以从0度到10度使用辐射剂量，其中根据在5度(例如，范围的中心角度)处台架的位置生成计划。可以在台架从0度到10度旋转时——或者根据相位改变而改变(但是该范围始终使用5度的台架角)——给送指示的剂量。辐射剂量可以保存在数据库中，其中使用包括相位和台架角度的变量的查找以用于查询对应的台架角度和患者状态。

图10A示出了根据实施方式的针对各种角度的弧度角靶位置强度和布拉格峰。角度示出粒子束的穿透如何根据台架的角度具有不同的强度和距离。

增加可以向靶肿瘤提供多剂量的角度的数目使得不是靶肿瘤的身体的任何给定区域接收更小的剂量。通过使用大量的角度，可以减少阻止本领的统计误差以及患者定位中的任何误差，因为可以通过对交叠剂量进行平均来使这些误差相互抵消。因此，即使面对定位或阻止本领的误差通过提供好的剂量分布，质子治疗更加稳健。

旋转台架可以通过使用诸如计划螺旋至“结束”以及在该平面上的靶中心以外的某处重新开始的技术来补偿靶中心处增加的剂量。如图10A中所示出的，不同的角度产生不同的穿透深度，并且通过使不同的穿透深度在不完全位于靶的中心处结束，可以避免使患者过量用药。沿着垂直于等心线的线和沿着台架的运动方向靠近中心降低子束的强度可以提供类似且更精确的补偿。

图10B示出了根据实施方式的复合靶位置强度。复合图像示出了不同角度之间如何发生一些交叠，但是由于不是所有角度都穿透到靶中的同一深度，因此可以使交叠最小化。

使用笔形束扫描给送的质子弧形疗法提供了给送不同能量的能力，其中可能会在不到一秒内发生能量的改变。笔形束扫描使强度调制质子治疗(IMPT)成为可能。能量的选择非常重要，原因是能量的选择控制放射治疗的治疗的深度。粒子治疗固有地针对特定能量在特定深度处停止。这使得治疗的深度能够进入要分层的组织区域。对于每一层，治疗的轮廓可以符合特定的组织区域；从而允许轮廓逐层地针对肿瘤变化，这对于靠近危及器官的不规则形状的肿瘤是理想的。当从旋转台架给送时，用于使用多种能量给送到不同层的时间是有限的。在给定角度的能量的选择是重要的，原因是其控制着大部分剂量要给送进肿瘤的深度。系统能够针对每个角度通过明智地选择非常有限数目的能量来实现对肿瘤的期望总剂量并且及时地实现。该系统能够通过选择从给定的角度给送超过肿瘤的中线的能量来确保对肿瘤完全辐射。具有临床意义的是从所有角度对肿瘤的总剂量。

给送的实际剂量的积累对于适应性治疗是重要的。在示例中，优化参数以实现对靶的期望剂量并且使对靶的实际剂量与对靶的规定剂量之间的差异最小化。差异可能是由运动引起的，并且对正常组织的实际剂量可能不同于(例如，大于)计算的剂量。当给送剂量中存在中断时，了解当前疗程的实际剂量分布是重要的。在治疗中断时，可以基于疗程中断之前给送的剂量的量来重新计算剂量。在示例中，可以在中断之后使用本文中描述的技术(例如，通过识别当前呼吸时相和当前台架角度)重新开始疗程。

可以基于一组参数和先前给送的剂量重新计算剂量分布。为了确定剂量，重新计算使用用于给送粒子的每个台架角度，使用与每个台架角度相关联的呼吸时相的特性，以及使用用于特定呼吸时相的图像的子集(例如，4D CT或MRI)。可以生成使用这些加权项给送的所有剂量的总和以确定给送的总的实际剂量。实际剂量可以是估计量。

在考虑呼吸时相的情况下，可以基于包括与成对的呼吸时相和台架角度对应的给送的剂量的一组参数来确定给送的剂量。在示例中，一组台架角度和呼吸时相可以用于回顾在治疗之前最初执行的剂量计算。在给定特定角度和呼吸时相组合的情况下对对各个剂量求和得到剂量的快速近似。

呼吸时相剂量重建可能不同于非旋转给送剂量重建。对于非旋转给送，多个层聚集覆盖整个靶。对于旋转给送，层可以是刚好超过靶的中间或刚好在靶的中间之前的仅一层或两层(例如，每个的一层)。因此，图10B中所示出的层示出了恰好导向超过靶的中间的层的组合。其他示例可以包括恰好直接导向靶的中间之前的层。

在示例中，可以基于在每个角度和呼吸时相选择的实际参数重新计算剂量。使用连续旋转的台架并且基于呼吸时相，治疗可能会导致对正常组织(和危及器官)的剂量，该剂量与参数组(对于给定的呼吸时相)的任何一组的剂量不同，也不是对所有呼吸时相的剂量的加权求和。给送的实际剂量的积累对于适应性治疗可能是重要的，并且当前疗程剂量分布在给送中断的情况下可能是重要的(例如，从给送中断的角度继续给送或者在稍后的时间或日期重新开始，在不知道角度和相位以及实际给送的给送剂量的情况下，这可能会更加困难)。

在示例中，可以基于结合呼吸时相的识别的实际参数和使用用于该呼吸时相的4DCT图像的子集来计算剂量。例如，可以使用一组台架角度和呼吸时相来生成使用实际参数的剂量的快速近似值以回顾在治疗之前最初执行的剂量计算，并且在给定特定角度和呼吸时相组合的情况下对单独的剂量求和。随着患者改变体重或肿瘤缩小(或长大)，总剂量信息可以用于修改治疗计划或进一步计划治疗。

图11至图13示出了示出根据实施方式的用于基于周期性循环朝向靶给送粒子束的技术的流程图。

图11示出了用于基于周期性循环朝向靶给送粒子束的技术1100，包括基于周期性循环确定呼吸时相的操作1102。周期性循环可以包括例如具有8个或16个呼吸时相的呼吸循环。技术1100包括操作1104以识别粒子束的当前台架角度。

技术1100包括基于呼吸时相和当前台架角度动态地选择束斑的图案的操作1108。技术1100包括基于束斑的图案确定用于呼吸时相的一组能量(例如，子束)的操作1110。

技术1100包括使用粒子束连续地给送上述一组能量的操作1112。上述一组子束可以从旋转台架(例如，连续旋转台架)朝向靶给送。技术1100可以包括针对特定台架位置基于一组选定的参数确定辐射剂量，其中至少一个参数是角度和呼吸时相。

在示例中，可以基于类似于到预期靶的层的辐射路径长度的量来确定能量，并且可以基于有多少剂量要给送到单独的束斑来确定单独的子束的强度。能量选择可以基于呼吸时相而不同，例如当辐射路径长度(的等同物)变化时，而束斑图案可以保持基本相似并且具有基本相似的强度。或者能量可以保持相同，而束斑图案随着例如由肿瘤相对于中心束轴的横向运动引起的强度变化而变化。上述一组子束可以包括在被给送到靶时随时间的能量变化或束斑图案变化。

图12示出了用于以特定台架角度朝向运动靶给送粒子束的技术1200，其中，基于一组控制点给送粒子束。技术1200包括识别具有靶内的特定位置的靶的层的操作1202。在示例中，一组参数包括束能量，束能量针对层行进到靶中的预定深度。在示例中，一组参数包括束斑尺寸。

在示例中，一组参数可以包括多个子束，每个子束具有不同的强度。强度可以包括给送的粒子的数目。该示例中的每个子束可以具有特定的坐标位置。技术1200还可以包括其中多个子束的第一子束针对处于周期性循环的第一相位的层具有第一强度，多个子束的第二子束针对处于周期性循环的第二相位的层具有第二强度，以及多个子束的第三子束针对处于周期性循环的第一相位的第二层具有第三强度。

技术1200包括跟踪靶在x方向、y方向和z方向上的移动的操作1204。技术1200包括在周期性循环的特定相位期间识别层的物理位置的操作1206。在示例中，特定相位是呼吸道呼吸循环的呼吸时相。

技术1200包括选择一组参数以在特定的相位期间向层给送预定辐射剂量的操作1208。在示例中，选定的一组参数可以包括特定的台架角度或台架角度的范围。技术1200包括使用一组参数在特定的相位期间向层给送预定辐射剂量的操作1210。可以以特定的台架角度给送预定辐射剂量。

技术1200可以包括以各个呼吸时相和台架角度迭代遍历多个靶层，直到每个靶层已经接收到其各自的预定剂量。技术1200可以包括验证向指定的靶层中的每层或向作为整体的靶的辐射剂量的给送。验证辐射剂量的给送可以包括确定已经给送了正确的度量设置(meterset)。在另一示例中，验证给送可以包括确定由靶接收的实际预期剂量与规定剂量相比的估计量。可以使用外部测量(例如，4D CT扫描)来确定实际预期剂量的估计量。技术1200可以包括在周期性循环的不同相位期间在层的物理位置处给送不同的辐射剂量。

图13示出了用于基于周期性循环朝向靶给送粒子束的技术1300，包括确定患者的当前患者状态的操作1302。当前患者状态可以是周期性循环的相位。在示例中，该相位是呼吸时相并且周期性循环是具有8个或16个呼吸时相的呼吸循环。在示例中，患者状态包括呼吸时相、呼吸时相的类似物、幅度、变形矢量场(DVF)、DVF的低维表示、使用成像装置获取的图像的低维表示、表面信息、靶位置等中至少之一。

技术1300包括识别当前台架角度的操作1304。

技术1300包括确定与当前患者状态和当前台架角度对应的辐射剂量的操作1306。

技术1300包括操作1308：向靶给送辐射剂量，在当前患者状态开始并贯穿台架角度的范围，台架角度的范围包括当前台架角度。例如，台架角度的范围可以包括10度范围，其中，中心角度为当前台架角度。

技术1300可以包括以各个患者状态迭代遍历多个台架角度的范围，直到靶已经接收到其预定剂量。在示例中，该操作可以包括针对多个台架角度的范围中的每个台架角度通过重构给定的剂量来确定由靶接收的实际预期剂量的估计量。该操作还可以包括针对多个台架角度的范围中的每个台架角度使用给定的剂量的加权和来确定估计量。

技术1300还可以包括用于针对当前台架角度确定靶中的多个预定义的束斑的操作，其中，多个预定义的束斑被配置为螺旋图案。该操作可以包括将螺旋图案中的多个预定义的束斑以从最靠近针对相应台架角度的同心轴的束斑到距同心轴最远的束斑的顺序排序。给送预定辐射剂量可以包括根据多个预定义的束斑的螺旋图案给送多个子束。

技术1300还可以包括当以特定台架角度给送中断时重新开始以特定台架角度给送预定辐射剂量。可以使用与特定台架角度和新的当前患者状态对应的辐射剂量重新开始给送。

本文中描述的辐射剂量可以包括多个子束。多个子束可以包括在周期性循环的第一患者状态针对靶具有第一强度的第一子束，在周期性循环的第二患者状态针对靶具有第二强度的第二子束。在示例中，患者状态可以是根据呼吸道循环计算的呼吸时相。

该文献中描述的非限制性示例中的每个非限制性示例可以独立存在，或者可以以各种排列组合或与其他示例中的一个或更多个组合。

示例1是一种基于周期性循环朝向靶给送粒子束的方法，该方法包括：基于周期性循环确定呼吸时相；识别粒子束的当前台架角度；基于呼吸时相和当前台架角度动态地选择束斑的图案；以及基于束斑的图案确定一组子束；以及使用粒子束连续地给送所述一组子束。

在示例2中，示例1的主题包括，其中，给送一组子束还包括从旋转台架朝向靶给送所述一组子束。

在示例3中，示例2的主题包括：针对当前台架角度基于一组选定的参数确定辐射剂量，其中，至少一个参数是角度和呼吸时相。

示例4是一种朝向运动靶以特定台架角度给送粒子束的方法，其中，基于一组控制点给送粒子束，该方法包括：识别具有靶内的特定位置的靶的层；跟踪靶在x方向、y方向和z方向上的运动；识别层在周期性循环的特定相位期间的物理位置；选择一组参数以在特定相位期间并以特定台架角度向层给送预定辐射剂量；以及使用所述一组参数在特定相位期间并以特定台架角度向层给送预定辐射剂量。

在示例5中，示例4的主题包括：以各个呼吸时相和台架角度迭代遍历多个靶层，直到每个靶层已经接收到其各自的预定剂量。

在示例6中，示例4至5的主题包括，其中，在周期性循环的不同相位期间，在层的物理位置处要给送的辐射剂量不同。

在示例7中，示例4至6的主题包括，其中，一组参数包括束能量，束能量行进到靶中的针对层的预定义深度。

在示例8中，示例4至7的主题包括，其中，一组参数包括束斑尺寸。

在示例9中，示例4至8的主题包括，其中，一组参数包括多个子束，每个子束具有不同的强度，其中强度是给送的粒子的数目并且每个子束具有特定的坐标位置。

在示例10中，示例9的主题包括，其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一相位针对层具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二相位针对层具有第二强度，以及第二层多个子束的第三子束在周期性循环的第一相位针对第二层具有第三强度。

在示例11中，示例4至10的主题包括，其中，周期性循环是呼吸道呼吸循环。

示例12是一种朝向靶给送粒子束的方法，该方法包括：确定患者的当前患者状态；识别当前的台架角度；确定与当前患者状态和当前台架角度对应的辐射剂量；以及向靶给送辐射剂量，在当前患者状态下开始并遍历台架角度的范围，台架角度的范围包括当前台架角度。

在示例13中，示例12的主题包括以各个患者状态迭代遍历多个台架角度的范围直到靶接收到其预定剂量。

在示例14中，示例13的主题包括通过重构针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量来确定由靶接收的实际预期剂量的估计量。

在示例15中，示例14的主题包括使用针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量的加权和来确定估计量。

在示例16中，示例12至15的主题包括，其中，当前台架角度是台架角度的范围的中心角度。

在示例17中，示例12至16的主题包括：针对当前台架角度，确定靶中的多个预定义的束斑，其中，多个预定义的束斑被配置为螺旋图案；将螺旋图案中的多个预定义的束斑以从最靠近针对相应台架角度的同心轴的束斑到距同心轴最远的束斑的顺序排序；以及其中，给送预定辐射剂量包括根据多个预定义的束斑的螺旋图案给送多个子束。

在示例18中，示例12至17的主题包括，其中，辐射剂量包括多个子束，并且其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一患者状态针对靶具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二患者状态针对靶具有第二强度。

在示例19中，示例12至18的主题包括，其中，患者状态包括呼吸时相、呼吸时相的类似物、幅度、变形矢量场(DVF)、DVF的低维表示、使用成像装置获取的图像的低维表示、表面信息或靶位置中至少之一。

在示例20中，示例12至19的主题包括，其中，患者状态是根据呼吸道循环计算的呼吸时相。

示例21是一种用于基于周期性循环朝向靶给送粒子束的系统，该系统包括：一个或更多个耦接至存储装置的处理器，该存储装置包含指令，该指令当由该一个或更多个处理器执行时导致该系统进行如下操作：基于周期性循环确定呼吸时相；识别粒子束的当前台架角度；基于呼吸时相和当前台架角度动态地选择束斑的图案；以及基于束斑的图案确定一组子束；以及使粒子束连续地给送所述一组子束。

在示例22中，示例21的主题包括，其中，给送所述一组子束还包括从旋转台架朝向靶给送所述一组子束。

在示例23中，示例22的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器基于针对当前台架角度的一组选定参数确定辐射剂量，其中，至少一个参数是角度和呼吸时相。

示例24是一种用于以特定台架角度朝向运动靶给送粒子束的系统，其中，基于一组控制点给送粒子束，该系统包括：一个或更多个耦接至存储装置的处理器，该存储装置包含指令，该指令当由该一个或更多个处理器执行时导致该系统进行如下操作：识别具有在靶内的特定位置的靶的层；跟踪靶在x方向、y方向和z方向上的运动；识别层在周期性循环的特定相位期间的物理位置；选择一组参数以在特定相位期间并且以特定台架角度向层给送预定辐射剂量；以及使用所述一组参数在特定相位期间并且以特定台架角度向层给送预定辐射剂量。

在示例25中，示例24的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器以相应的呼吸时相和台架角度迭代遍历多个靶层，直到每个靶层接收到其相应的预定剂量。

在示例26中，示例24至25的主题包括，其中，在周期性循环的不同相位期间，在层的物理位置处要给送的辐射剂量不同。

在示例27中，示例24至26的主题包括，其中，所述一组参数包括束能量，束能量行进到靶中的针对层的预定深度。

在示例28中，示例24至27的主题包括，其中，所述一组参数包括束斑尺寸。

在示例29中，示例24至28的主题包括，其中，所述一组参数包括多个子束，每个子束具有不同的强度，其中强度是给送的粒子的数目并且每个子束具有特定的坐标位置。

在示例30中，示例29的主题包括，其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一相位针对层具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二相位针对层具有第二强度，以及多个子束的第三子束在周期性循环的第一相位针对第二层具有第三强度。

在示例31中，示例24至30的主题包括，其中，周期性循环是呼吸道呼吸循环。

示例32是一种朝向靶给送粒子束的系统，该系统包括：一个或更多个耦接至存储装置的处理器，该存储装置包含指令，该指令当由该一个或更多个处理器执行时使系统进行如下操作：确定患者的当前患者状态；识别当前的台架角度；确定与当前患者状态和当前台架角度对应的辐射剂量；以及向靶给送辐射剂量，在当前患者状态下开始并且遍历台架角度的范围，台架角度的范围包括当前台架角度。

在示例33中，示例32的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器在相应患者状态下迭代遍历多个台架角度的范围，直到靶接收到其预定剂量。

在示例34中，示例33的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器通过重构针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量来确定由靶接收的实际预期剂量的估计量。

在示例35中，示例34的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器使用针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量的加权和来确定估计量。

在示例36中，示例32至35的主题包括，其中，当前台架角度是台架角度的范围的中心角度。

在示例37中，示例32至36的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器进行如下操作：针对当前台架角度，确定靶中的多个预定义的束斑，其中，多个预定义的束斑被配置为螺旋图案；并且将螺旋图案中的多个预定义的束斑以从最靠近针对相应台架角度的同心轴的束斑到距同心轴最远的束斑的顺序排序；并且其中，给送辐射剂量包括根据多个预定义的束斑的螺旋图案给送多个子束。

在示例38中，示例32至37的主题包括，其中，辐射剂量包括多个子束，并且其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一患者状态针对靶具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二患者状态针对靶具有第二强度。

在示例39中，示例32至38的主题包括，其中患者状态包括呼吸时相、呼吸时相的类似物、幅度、变形矢量场(DVF)、DVF的低维表示、使用成像装置获取的图像的低维表示、表面信息或靶位置中至少之一。

在示例40中，示例32至39的主题包括，其中，患者状态是根据呼吸道循环计算的呼吸时相。

示例41是一个机器可读介质，包括用于基于周期性循环朝向靶给送粒子束的指令，该指令当由一个或更多个处理器执行时使一个或更多个处理器执行以下操作：基于周期性循环确定呼吸时相；识别粒子束的当前台架角度；基于呼吸时相和当前台架角度动态地选择束斑的图案；基于束斑的图案确定一组子束；以及使粒子束连续地给送所述一组子束。

在示例42中，示例41的主题包括，其中，给送所述一组子束还包括从旋转台架朝向靶给送所述一组子束。

在示例43中，示例42的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器基于针对当前台架角度的一组选定参数确定辐射剂量，其中，至少一个参数是角度和呼吸时相。

示例44是一个机器可读介质，包括用于朝向运动靶以特定台架角度给送粒子束的指令，其中基于一组控制点给送粒子束，该指令当由一个或多个处理器执行时使一个或更多个处理器执行以下操作：识别具有在靶内的特定位置的靶的层；跟踪靶在x方向、y方向和z方向上的运动；识别层在周期性循环的特定相位期间的物理位置；选择一组参数以在特定相位期间并且以特定台架角度向层给送预定辐射剂量；以及使用所述一组参数在特定相位期间并且以特定台架角度向层给送预定辐射剂量。

在示例45中，示例44的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器以相应的呼吸时相和台架角度迭代遍历多个靶层，直到每个靶层接收到其相应的预定剂量。

在示例46中，示例44至45的主题包括，其中，在周期性循环的不同相位期间，在层的物理位置处要给送的辐射剂量不同。

在示例47中，示例44至46的主题包括，其中，所述一组参数包括束能量，束能量行进到靶中的针对层的预定深度。

在示例48中，示例44至47的主题包括，其中，所述一组参数包括束斑尺寸。

在示例49中，示例44至48的主题包括，其中，所述一组参数包括多个子束，每个子束具有不同的强度，其中强度是给送的粒子的数目并且每个子束具有特定的坐标位置。

在示例50中，示例49的主题包括，其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一相位针对层具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二相位针对层具有第二强度，以及多个子束的第三子束在周期性循环的第一相位针对第二层具有第三强度。

在示例51中，示例44至50的主题包括，其中，周期性循环是呼吸道呼吸循环。

示例52是一个机器可读介质，包括用于朝向靶给送粒子束的指令，该指令当由一个或更多个处理器执行时使一个或更多个处理器执行以下操作：确定患者的当前患者状态；识别当前台架角度；确定与当前患者状态和当前台架角度对应的辐射剂量；以及向靶给送辐射剂量，从当前患者状态下开始并遍历台架角度的范围，台架角度的范围包括当前台架角度。

在示例53中，示例52的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器在相应的患者状态下迭代遍历多个台架角度的范围，直到靶接收到其预定剂量。

在示例54中，示例53的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器通过重构针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量来确定由靶接收的实际预期剂量的估计量。

在示例55中，示例54的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器使用针对多个台架角度的范围中的每个台架角度给定的剂量的加权和来确定估计量。

在示例56中，示例52至55的主题包括，其中，当前台架角度是台架角度的范围的中心角度。

在示例57中，示例52至56的主题包括，其中，指令还使一个或更多个处理器进行如下操作：针对当前台架角度，确定靶中的多个预定义的束斑，其中，多个预定义的束斑被配置为螺旋图案；并且将螺旋图案中的多个预定义的束斑以从最靠近针对相应台架角度的同心轴的束斑到距同心轴最远的束斑的顺序排序；并且其中，给送辐射剂量包括根据多个预定义的束斑的螺旋图案给送多个子束。

在示例58中，示例52至57的主题包括，其中，辐射剂量包括多个子束，并且其中，多个子束的第一子束在周期性循环的第一患者状态针对靶具有第一强度，多个子束的第二子束在周期性循环的第二患者状态针对靶具有第二强度。

在示例59中，示例52至58的主题包括，其中，患者状态包括呼吸时相、呼吸时相的类似物、幅度、变形矢量场(DVF)、DVF的低维表示、使用成像装置获取的图像的低维表示、表面信息或靶位置中至少之一。

在示例60中，示例52至59的主题包括，其中，患者状态是根据呼吸道循环计算的呼吸时相。

示例61是包括指令的至少一个机器可读介质，当由处理电路系统执行该指令时，使处理电路系统执行操作以实现示例1至60中任一项。

示例62是一种设备，该设备包括用于实现示例1至60中任一项的装置。

示例63是用于实现示例1至60中任一项的系统。

示例64是用于实现示例1至60中任一项的方法。

以上详细描述包括对附图的参考，附图形成该详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。这些实施方式在本文中也称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还设想仅提供了示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还设想关于特定示例(或其一个或更多个方面)或者关于本文中示出或描述的其他示例(或其一个或更多个方面)使用示出或描述的那些元件的任何组合或置换的示例(或其一个或更多个方面)。

在本文献与通过引用并入的任何文献之间有不一致用法的情况下，以在本文献中的用法为准。

如在专利文献中常见的，在本文献中，术语“一(a或an)”用于包括一个或多于一个，其独立于“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法。在本文献中，除非另有说明，否则术语“或”用于表示非排他性的，使得“A或B”包括“A但无B”、“B但无A”以及“A和B”。在本文献中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包含(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英文等同物。此外，在所附权利要求书中，术语“包括(including)”和“包含(comprising)”是开放式的，也就是说，包括除了权利要求书中的在这种术语之后列出的元件之外的元件的系统、设备、物品、组合物、配方或工艺仍被认为处于该权利要求书的范围内。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。

本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令能够操作成配置电子器件以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级的语言代码等。此类代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在示例中，代码可以例如在执行期间或在其他时间被有形地存储在一个或更多个易失性非暂态或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移除磁盘、可移除光盘(例如、致密盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，以上描述的示例(或其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施方式，例如由本领域普通技术人员在浏览以上描述之后。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，以使读者能够快速确定技术公开的本质。以下述理解来提交摘要：摘要不用于解释或限制权利要求书的范围或含义。而且，在以上详细描述中，各种特征可以组合在一起以精简本公开内容。这不应被解释为意指未请求保护的公开的特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以在于少于特定公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求书作为示例或实施方式被并入到详细描述中，其中每个权利要求自身作为单独的实施方式，并且可以预期这些实施方式可以以各种组合或置换彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求书以及这样的权利要求书有权享有的等同物的全部范围来确定。