具体实施方式

容易理解的是，可以以各种各样的不同配置来布置和设计如本文一般描述的以及在附图中示出的实施方式的组成部分。因此，如附图所示，下面对各种实施方式的更详细的描述并非旨在限制本公开的范围，而仅仅是各种实施方式的代表。尽管在附图中示出了实施方式的各个方面，但是除非特别指出，否则附图不必按比例绘制。

在不脱离本方案的精神或基本特征的情况下，本方案可以以其他特定形式来实现。所描述的实施方式在所有方面仅应被认为是说明性的而非限制性的。因此，本方案的范围由所附权利要求而不是由该详细描述指示。落入权利要求书的等同含义和范围之内的所有改变均应包含在其范围之内。

在本说明书中提及特征、优点或类似语言并不意味着：可用本方案实现的所有特征和优点应当在或处于本方案的单个实施方式中。而是，提及特征和优点的语言应理解为是指：结合实施方式描述的特定特征、优点或特性包括在本方案的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中对特征和优点的讨论以及类似的语言可以但不一定指代相同的实施方式。

此外，本解决方案的所描述的特征、优点和特性可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施方式中。根据本文的描述，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定实施方式的一个或多个特定特征或优点的情况下实践本解决方案。在其他情况下，在特定实施方式中可能认识到另外的特征和优点，该特定实施方式可能并不存在于本解决方案的所有实施方式中。

在整个说明书中提及“一个实施方式”，“实施方式”或类似语言意味着结合所指示的实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本解决方案的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中，短语“在一个实施方式中”，“在实施方式中”和类似的语言可以但并非必须全部指代相同的实施方式。

如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。如本文中所使用的，术语“包括”是指“包括但不限于”。

本解决方案总体上涉及为3D波束雕刻放射治疗系统专门设计的处理计划系统。该系统包括：直接从波束雕刻硬件结构和物理学中得出的计算算法，而不是通用的波束模拟器。该算法独特而精确地模拟由波束雕刻X射线源的特定硬件和物理学产生的粒子波束弹道。该处理计划系统和方法对于波束雕刻X射线源是唯一且专用的，其在本质上模拟并渲染X射线波束的起因和效果，以准确模拟波束雕刻的治疗交付系统。当前大多数系统对例如撞击钨原子的电子进行建模，从而产生各向同性的X射线光子释放。该算法计算出唯一的目标硬件结构和物理学，以模拟3D波束雕刻效果，作为例如电子波束撞击金刚石目标的位置带来的影响以及钼隔板的分段和准直效应。

本解决方案被配置为提供实时波束雕刻IORT处理计划。本解决方案在诸如图1所示的系统中实现。如图1所示，系统100包括经由网络104(例如，互联网或内联网)通信地耦合到服务器108和/或处理系统106的计算装置102。网络可以是有线网络或无线网络。计算装置102包括但不限于个人计算机、膝上型计算机、智能装置、平板装置(例如，iPhone，iPad，Surface^TM或装置)或任何其他便携式计算装置。服务器108和处理系统106也经由网络104彼此通信地耦合。下面将结合图2讨论处理系统106的说明性架构。下面将结合图3讨论用于计算装置102和/或服务器108的说明性架构。

在操作期间，计算装置102的用户为将要针对其癌症进行放射治疗的患者创建处理计划。用户使用本解决方案的新功能可以验证处理计划的预期效果。该新颖特征通常包括在GUI的控件上呈现并通过其控制的动态虚拟测量部件(例如，标尺)。GUI和动态虚拟测量部件将在下面结合图4-11进行讨论。值得注意的是，使用安装在计算装置102上的软件程序来提供GUI和动态虚拟测量部件，或者通过安装在服务器108上的软件程序来运行GUI和动态虚拟测量部件。

现在参考图2，提供了图1的说明性处理系统200的图示。图1的处理系统106可以与处理系统200相同或相似。处理系统200与美国专利申请第15/488071号、美国专利申请第15/649361号、美国专利申请第15/941547号、美国专利申请第16/038807号和/或美国专利申请第16/103241号中描述的相同或基本相似。这些列出的美国专利申请中的每一个均通过引用整体并入本文。

现在将关于图3-15讨论另一说明性处理系统300。图1的处理系统106可以与处理系统300相同或相似。处理系统300包括X射线设备。X射线设备在医学领域用于成像和治疗目的。这些任务的不同性质以及与此类设备相关联的技术要求中的相应差异使得：设计用于X射线成像的设备通常不用于执行治疗性处理。然而，机器人技术和X射线源的新进展有潜力促进可用于多种目的的X射线设备，该X射线设备可包括与断层合成成像和治疗性处理相关的任务。因此，本文公开的机器人X射线系统包括X射线产生系统，并且包括固定到机械臂的可移动端部的X射线处理头。当X射线产生系统被激活时，从处理头发出或放射X射线能量。在一些情况下，X射线处理头可以设置在细长的施加器主体的尖端，该细长的施加器主体通过基部固定到机械臂。通过控制一个或多个机械臂关节的位置，机械臂可以控制处理头相对于患者的位置。当与本文所述的X射线源的特殊特征结合时，精确且适应性强的机械臂允许这种系统用于执行医学成像。利用先进的控制系统，这种成像可以扩展为包括数字断层摄影(DT)。此外，在这种X射线系统中机械臂和X射线源的高度适应性可以允许同样的系统用于执行治疗性X射线处理，包括但不限于IORT。

如图3所示的X射线系统300包括：机械臂304附着到其上的便携式基座单元或手推车302(例如，脚轮上可移动手推车)。头部单元306固定到机械臂304的第一端，该第一端远离附接至便携式基座单元302的机械臂304的第二端。头部单元306包括X射线源，X射线源是生成X射线放射的X射线系统的一部分。用于X射线系统的电源和控制单元(包括机械臂)可集成在基座单元302内。

作为系统的一部分提供固态X射线成像阵列308。在一些情况下，固态X射线成像阵列308可以与基座单元302分离，如图3所示。但是，在其他情况下，固态X射线成像阵列308可以是可以从基座单元302延伸的基座单元302的整体部件(例如，在轮子上和/或具有机械手)。固态X射线成像阵列308通过有线或无线通信链路通信地耦合到X射线系统300。将在下面更详细地讨论成像阵列的目的。

基座单元302有利地是诸如具有30”×48”占地面积的紧凑单元，并且可以被安装在脚轮310上以便于操纵。基座单元302可以包括电源线(未示出)，用于为安装在基座单元102中或连接到基座单元102的所有部件可选地提供电力。就这一点而言，基座单元302可以包含X射线系统的一个或多个部件，以下参考图4对其进一步详细说明。例如，显示装置312被示为安装到基座单元302来方便用户界面。同样地，在基座单元中可包括用户接口装置(比如键盘、鼠标或触摸板)。在一些情况下，显示装置312可与计算机工作站(图3未示出)相关联。

刚性机械支架314设置在基座单元302上，用于将机械臂304安装在基座单元上的固定位置。在本文提出的解决方案中，机械臂304用于高精度地控制头部单元306的位置。对头部单元306位置的控制还用于控制在X射线会话期间从其发射X射线能量的处理头316的位置。该受控制的位置可以是在施加X射线放射的时间内处理头316不移动的静止位置。然而，机械臂304还可以便利在X射线会话期间处理头的预定运动或移动。在某些情况下，移动可与X射线放射的施加同时发生。在其他情况下，当机械臂重新定位处理头时，可以暂时中断X射线放射的施加。

在一些情况下，细长的X射线施加器主体318从头部单元306的一部分延伸到处理头316。在控制单元的控制下，机械臂304以适当的机械关节或铰接构件320铰接。尽管在图3中未示出，可以在机械臂304的不同点处设置更多或更少的铰接构件320。这种铰接构件320可以增加或减小用于放置、定向和移动X射线处理头316的多个自由度。此外，图3所示的铰接构件数目仅为了便于说明。本公开内容设想：可以根据关于患者动态地定位和定向X射线处理头316的需要，提供任意数量的铰接点，以便在机械臂304中提供任意数量的自由度。

在某些情况下，机械臂304是提供绕多个正交轴(例如，多达七个轴)运动的自由度的机器人系统，并且包括轻型力和扭矩传感器，以确保人的安全操作而无需安全围栏。这种说明性的机器人可从各种来源商购获得。例如，德国奥格斯堡的KUKA机器人有限公司(KUKA)制造了能够直接人机协作(HRC)的轻型机器人的生产线，该轻型机器人适用于直接人机交互。这些机器人包括KUKA生产的LBR iiwa模型和/或LBR iisy模型。这种机器人非常适合本文所述的精细操作，因为它们在所有六个轴中都包括高级关节扭矩传感器，该传感器可以检测由于与物体接触而产生的最小外力，并且可以通过立即降低与机器人运动有关的力和速度水平来做出响应。机械臂304将精确地保持X射线处理头相对于对象患者的位置。为了实现该结果，机械臂可以沿着多个运动轴(例如，多达七个运动轴)移动，以将X射线处理头的相对位置维持在特定位置和/或沿着预定运动路径。

在一些情况下，X射线产生系统分布在基座单元302和头部单元306之间。电力和/或控制信号管道(图3中未示出)可以便利电力和/或控制信号在基座单元302和头部单元306之间的通信。这些信号可用于控制和便利X射线产生系统的操作。在某些情况下，高压电缆、流体管道和控制电路可能不作为机械臂的一部分而包括在内，而是可包括简单附着到X射线处理头的分离的控制电缆束。

现在参考图4，图4示出了X射线系统300的高级框图表示，其用于理解本文呈现的方案的特定方面。框图示出了包括参考图3描述的基座单元302、机械臂304和头部单元306的主要子系统，且包括可分布在这些各种子系统之中的特定部件细节。例如，基座单元可以包括系统电源430、互联网协议(IP)照相机基座部件416和机械臂控制单元418。基座单元302包括与X射线产生系统关联的各种基座单元部件。例如，基座单元部件包括高压电源428、离子泵控制器422、波束转向线圈控制424和水冷却系统基座单元部分420。在某些情况下，水冷却系统使用水作为冷却剂将热量带离本文所述的X射线产生系统的某些部件。尽管在本文中被称为水冷却系统，但是应当理解，水仅仅是可以用于该目的的合适的冷却剂的一个例子。如本领域技术人员将理解的，其他类型的流体冷却剂也可以用于该目的。

提供系统控制器426来控制X射线系统300的整体操作。这样，系统控制器426通信连接到IP照相机基座部件416、机械臂控制单元418、水冷却系统基座单元部分420、离子泵控制器422、系统电源430和高压电源428中的一个或更多个。

头部单元306可包括与X射线产生系统相关联的各种头部单元部件，包括水冷却系统头部单元部分306和离子泵308。如以下进一步详细所述，离子泵可包括用于X射线源410的电子波束发生器(EBG)的一部分。X射线源410包括用于帮助成形X射线波束的电子波束转向线圈(图4未示出)。离子泵408在离子泵控制器422控制下操作，X射线源410在波束转向线圈控制单元424的控制下操作。在一些情况下，X射线源410被配置成使得从布置在机械臂304的可移动端上的处理头316发出X射线放射。此处描述的X射线产生系统可被配置成便利于根据现在已知或未来已知的各种处理方法(例如IORT和/或近距放射治疗)处理患者。

水冷却系统头部单元部分406与水冷却系统基座单元部分420协同操作，并在其控制下操作。例如，水冷却系统头部单元部分406可以被配置为便利冷却水(或任何其他合适的冷却剂)流到与X射线产生系统关联的一个或多个部件。头部单元306还包括IP照相机/传感器头部单元402、激光视场(FOV)投影仪部件404。IP照相机/传感器头部单元402被配置为捕获一个或多个图像，这些图像用于促进X射线成像和/或处理环节。IP照相机/传感器系统(402，416)的目的和功能将在下面更详细地描述。

布置在基座单元302中的X射线系统300的各个部件与头部单元306之间的数据、流体和/或控制信号的通信可以通过在机械臂403内部或外部布线的电缆和/或管道来得到便利。为了清楚起见，这些电缆和/或管道在图3中被示为在机械臂的外部，但是应当理解，解决方案不限于此。

机械臂304可包括多个机械臂致动器412，其在机械臂控制单元418的控制下确定铰接构件320的位置。尽管在图3中未示出，但是可以在机械臂304中设置更多或更少的机械臂致动器412，来便利关于每个铰接构件的运动。在一些情况下，机械臂包括多个关节位置传感器414。这些位置传感器有利地与机械臂关节320相关联。在一些情况下，系统控制器426可以使用该位置信息来确定机械臂的姿势。如下面进一步详细解释的，该信息可用于确定X射线放射处理头316相对于X射线检测器面板和/或正在接受治疗性放射处理的人的确切位置和朝向。机械臂304还可选地包括一个或多个力传感器415，用于确定或感测施加在机械臂304上的力。这些力传感器可用于便利位置跟踪，从而响应于在X射线处理疗程期间发生的患者移动(例如呼吸运动)自动调节机械臂的位置。

X射线系统300可以由计算机工作站434控制。为了便利这种控制，计算机工作站434被配置为借助于合适的高速数据连接与系统控制器426进行通信。该计算机工作站包括操作系统和合适的应用软件，来促成本文描述的各种系统和方法。计算机工作站在本领域中是众所周知的，因此这里将不再详细描述。然而，应注意，计算机工作站包括但不限于计算机处理器、存储器、可以是触摸屏的显示屏(诸如图3的显示屏312)、一个或多个用户接口部件(例如键盘和/或定点设备(例如鼠标))和网络接口部件，以便利与X射线系统300的通信。X射线系统300也可以可操作地耦合到放射治疗计划(Radiation Therapy Planning，RTP)计算机工作站436，其被配置为便利治疗性放射处理计划。X射线系统300与诸如工作站434和RTP工作站436之类的外部计算机系统之间的数据通信可通过网络路由器432来得到便利。

可以控制系统300中包括X射线产生系统的各种部件，以便针对治疗性放射处理和/或某些患者成像操作有选择地对其优化，如下文所述。在某些情况下，可以将浅表放射治疗(Superficial Radiation Therapy,SRT)类型的X射线源用于此目的。可以理解，SRT类型的X射线单元产生适合于此目的的低能量X射线。在其他情况下，治疗性处理可以涉及近距放射治疗。

在一些情况下，当患者暴露于由X射线源410产生的X射线时，固态X射线成像阵列308可用于捕获对象患者的2D X射线投影图像。这些2D X射线投影图像可以利用X射线源在相对于患者的多个不同位置处获得。在这种情况下，随着通过机械臂304在预定路径上移动X射线放射源(例如，X射线管)，利用位于多个不同角度(相对于患者)的X射线源410来捕获2D X射线投影图像。固态X射线成像阵列在本领域中是众所周知的，因此这里将不再详细描述。然而，应当理解，可以将捕获的2D X射线投影图像传送到机载处理元件(例如系统控制器426)、分离的图像处理计算机(例如，工作站434和/或RTP工作站436)和/或数据存储装置(未显示)以供以后处理。

X射线系统300由系统控制器426控制和操作。系统控制器426包括但不限于：具有运行操作的主板的中央计算机，允许系统控制426控制、通信和监视X射线系统300的各种子部件和模块的控制软件。这实现了包括X射线产生部件408、410、422、424的X射线系统300的主要临床部件和机械臂304之间的和谐功能性。

系统控制器426与机器可读介质通信，机器可读介质可以是静态存储器，其上存储有实现本文所述任何一个或多个方法或功能的一组或多组指令(例如软件)，包括在此所述的那些方法。在X射线系统300执行指令期间，指令还可以完全或至少部分地驻留在系统数据存储库、静态存储器或处理器内，或以上组合内。系统数据存储库、患者数据存储库和处理器也可以构成机器可读介质。

患者相关的数据和处理参数，例如患者记录、处理疗程详细信息以及疾病文档和照片，可以存储在一个或多个可通信地耦合到RTP工作站436的患者数据存储装置440中。诸如系统日志、X射线校准数据和系统诊断结果之类的系统相关数据和参数可以存储在与工作站434相关联的数据存储库438中。患者数据存储库和系统数据存储库可以是分立的装置或物理上组合。这两个数据存储库都可以被镜像并备份到安全且加密的符合HIPAA的云存储介质中。

现在参照图5，提供了说明性计算机系统500的图示，其可以用作控制如本文所述的机器人X射线系统300的系统控制器426。计算机系统500也足以理解与在此描述的一个或多个工作站相关联的说明性架构。计算机系统500可以包括但不限于：运行合适的操作系统(例如，Windows，Linux，macOS或现在已知或将来已知的其他类型的操作系统)的机器(或计算装置)。这样的机器(或计算装置)在本领域中是众所周知的，并且这里将不再详细描述。不过应理解，将这样的机器修改为实现本文描述的方法的全部或一部分。这样的修改可以包括软件修改、硬件修改或两者的组合。

计算机系统500可以包括比图5所示的部件更多或更少的部件。然而，所示的部件足以公开实现本解决方案的说明性实施方式。图5的硬件架构表示被配置为便利本文所述操作的一个代表性计算装置。

计算机系统500的一些或全部部件可以被实现为硬件、软件和/或硬件和软件的组合。硬件包括但不限于一个或多个电子电路。电子电路可以包括但不限于无源部件(例如，电阻器和电容器)和/或有源部件(例如，放大器和/或微处理器)。无源和/或有源部件可以适于布置到和/或编程为执行本文描述的方法、过程或功能中的一个或多个。

如图5所示，计算机系统500包括用户接口502、中央处理单元(CPU)506、系统总线510、通过系统总线510连接到计算装置500的其他部分并且可由计算装置500的其他部分访问的存储器512，以及连接到系统总线510的硬件实体514。用户界面包括但不限于输入装置和输出装置，其便利于用于控制计算装置500的操作的用户-软件交互。输入装置包括但不限于：物理和/或触摸键盘550。输入装置通过有线或无线连接(例如，连接)连接到计算装置500。输出装置包括但不限于扬声器552、显示器554和/或发光二极管556。

至少一些硬件实体514执行涉及访问和使用存储器512的动作，该存储器可以是随机存取存储器(RAM)、磁盘驱动器和/或光盘只读存储器(CD-ROM)。硬件实体514可以包括磁盘驱动单元516，该磁盘驱动单元516包括计算机可读存储介质518，其上存储有被配置为实现本文所述方法、过程或功能中的一个或多个的一组或多组指令520(例如，软件代码)。指令520还可以在由计算装置500执行期间完全或至少部分地驻留在存储器512内和/或CPU506内。存储器512和CPU 506也可以构成机器可读介质。如本文所用，术语“机器可读介质”是指存储一组或多组指令520的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。如本文所用，术语“机器可读介质”还指代能够存储、编码或携带一组指令520以供计算机系统500执行并且使计算机系统500执行任何一个或多个本公开方法的任何介质。

现在转向图6，示出了可以与本文描述的机器人X射线系统一起使用的说明性X射线源600。这种类型的X射线源在以下文件中有详细描述：2018年3月30日提交的名为“三维波束形成X射线源”的美国专利申请No.15/941,547。通过引用将其公开内容并入本文。简而言之，该系统包括EBG 602和漂移管604，其被支撑在机械臂的远离基座的一端上。EBG 602包括离子泵(例如，图4的离子泵408)。X射线产生元件622位于漂移管604的远离EBG的一端。在一些情况下，EBG 602位于如本文所述的头部单元(例如，图3的头部单元306)中。例如，EBG 602可以驻留在附接到机械臂(例如，图3的机械臂304)的头部单元中。细长的施加器主体(例如，图3的施加器主体318)包括漂移管604。处理头包括X射线产生元件622。本解决方案不限于该示例的细节。

漂移管604包括诸如不锈钢的导电材料。作为替代，漂移管604包括具有导电内衬的陶瓷材料，例如氧化铝或氮化铝。漂移管的中空内部保持在真空压力下(例如，本文所述系统的合适真空压力可以在低于约10-5托或具体在约10-9托至10-7托之间的范围内)。

在图6所示的X射线源中，由离子泵产生的电子e在被EBG朝X射线靶618加速时形成电子波束。这些电子到达漂移管的进入孔时具有明显的动量。漂移管的中空内部保持在真空压力，并且至少漂移管的内衬保持在地电位。因此，由EBG 602赋予电子的动量继续以非常高的速度(例如，接近光速的速度)如弹道发射一样将电子沿漂移管的长度带到X射线靶618。当电子沿着漂移管604的长度行进时，它们不再被静电加速。当电子撞击到X射线靶618上时，产生X射线。

图6中的X射线源的波束转向和雕刻方面的细节在本公开范围之外。然而，应当注意，可以通过使用电磁转向线圈605来雕刻或改变由X射线源600产生的X射线波束的方向和形状。转向线圈605在基座单元中所设置的波束转向线圈控制624的控制之下。转向线圈605被配置成改变X射线靶618的被包括电子波束的电子撞击的部分。该转向过程通过靠近X射线目标618放置的权杖元件619得到便利。例如，在某些情况下，X射线源600被动态配置或控制从而便利于针对X射线光子粒子的各向同性图案700，如图7所示。在其他情况下，X射线源600被选择性地控制以反而便利于定向X射线波束802，如图8所示。例如，可以使用以下文件中公开的X射线产生系统来便利于束控放射图案：2018年3月30日提交的美国专利申请No.15/941,547，名为“三维波束形成X-射线源”。该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

X射线靶618包括盘形元件，该盘形元件横向于电子波束行进方向布置。例如，盘形元件设置在与电子波束行进方向大致正交的平面中。在一些情况下，X射线靶618包围漂移管远离EBG 602的端部，以便利于维持漂移管内的真空压力。X射线靶618可以是几乎任何材料。然而，X射线靶618有利地包括具有高原子序数的材料例如钼、金或钨，以便当受到电子轰击时以相对较高的效率促进X射线的产生。在X射线靶618处产生X射线会产生大量的热量。因此，由水冷却系统406提供的冷却剂流通过冷却剂导管606被提供给处理头。包括X射线源600的各种部件(例如，EBG 602、漂移管604和处理头622)如图3和图4所示安装在机械臂304上。

如在下文中更详细地描述的，图3至图8中的X射线系统包括多功能X射线系统，其可以被适配或配置用于医疗设施中的多个不同任务。其中一项任务涉及医学成像，尤其是DT。现在参考图9至图12，机械臂304精确地控制用作X射线放射源的X射线处理头316的位置。X射线处理头316在图9中被示为相对于对象患者902被定位成使得X射线放射的波束904可通过要成像的患者的一部分来投影。X射线检测器面板308设置在患者的与X射线处理头相对的一侧，使得其被定位成当患者暴露于处理头316所产生的X射线时捕获对象患者902的2D X射线投影图像。

利用位于相对于患者的多个不同位置处的X射线处理头316捕获或获得2D X射线投影图像。参照图10至图12示出了该概念，其示出了X射线处理头316被机械臂304沿着患者周围空间中的预定路径1008移动。通过有选择地控制(例如，利用系统控制器426)与多个机械臂关节320相关联的多个关节位置，X射线处理头316沿着预定路径1008移动。如图13所示，预定路径1008在某些情况下可以限定圆弧，该圆弧的中心角β在15°和40°之间。

在本文描述的系统中，对X射线波束904进行成形或雕刻，以将X射线放射主要引向X射线检测器面板308。例如，以类似于图8所示的方式控制该波束，以产生其中X射线放射主要指向患者和X射线检测器面板308的锥形几何形状。此外，当将X射线系统300用于DT操作时，在处理头316上设置盖，以用于波束成形和波束硬化。在图14A和图14B中示出的盖1410包括屏蔽部分1414，该屏蔽部分1414围绕处理头316周向延伸，以确保不会在不希望的方向上发生X射线放射的透射。X射线窗口1412允许X射线放射的准直，使得能量在有限的角度范围内传输。该准直可被配置成便利于锥形波束几何形状，其中X射线放射被主要导向患者902和X射线检测器面板308。X射线窗口1412由适当的材料形成，比如铝，从而便利于波束滤波和硬化。盖1410包括配准槽或沟，其与处理头316的相应结构啮合，使得盖可仅在一个位置驻留在处理头上。因此，X射线窗口1412预先已知，且可与处理头316处产生的成形X射线波束配准。

为了执行本文所述的DT操作，选择性地控制X射线系统300以促成具有适当强度的X射线波束。这可以包括为了形成X射线波束而在X射线源内选择性地施加适当的加速电压。例如，系统控制器426为此目的施加120kV的能量水平——其在DT中通常使用。系统控制器426通过有选择地改变H.V.电源428的输出电压来控制与电子波束相关的能量。

激光FOV投影仪404布置在盖1410上。激光FOV投影仪404被配置为将可见激光1408的图案投射在患者902上。当投射到患者上时，激光1408的图案的位置将对应于将在DT操作期间暴露于由X射线系统产生的X射线波束的位置。因此，技术人员可以在DT过程中可视地验证将用X射线放射照射患者解剖结构的某些所需部分。

机械臂304控制X射线处理头316的位置，以使波束始终定向在朝向X射线检测器面板308的方向上。在某些情况下，波束904的主要方向与X射线处理头316的移动同时被动态控制。例如，当X射线处理头由机械臂沿预定路径移动时，波束的方向会发生变化。通过使用机械臂选择性地改变处理头的位置和/或朝向来控制X射线波束的方向。X射线波束的方向也可以使用本文参考图7和图8所述的波束成形方法来修改。

通过上述布置，当X射线处理头316沿着预定路径1008被放置于多个不同位置时，X射线检测器面板308在不同时间捕获2D投影图像。当X射线放射源(例如X射线管)通过机械臂304在预定路径1008上移动时，通过(相对于患者)布置在多个不同角度α的X射线源捕获2DX射线投影图像。

固态X射线成像阵列在本领域中是众所周知的，因此这里将不再详细描述。然而，应当理解，来自X射线检测器面板308的所捕获2D X射线投影图像被传送到机载处理元件(诸如图4的系统控制器426)。这些通信通过将X射线检测器面板308通信地耦合到X射线系统300的有线或无线链路来得到便利。在其他情况下，这些投影图像被传送到分离的图像处理计算机(未示出)和/或X射线系统300中设置的数据存储装置。

在获得每个2D投影图像的同时，系统控制器426在X射线源由机械臂沿预定路径移动时确定其相应位置。可以基于由系统控制器426(直接或间接)从与包括机械臂304的关节320相关联的多个关节位置传感器315接收的信息来确定位置信息。位置信息可以由系统控制器426用来确定X射线放射源相对于X射线检测器面板的特定角度α和确切位置。

一旦以这种方式获得了所有2D投影图像，就在计算机处理元件(例如，图4的系统控制器426)中处理多个2D投影图像和位置信息，以执行DT操作。作为DT操作的一部分，基于2D投影图像重建对象患者的剖面图像或切片图像。该重建可以以类似于常规DT系统中使用的方式进行。在某些情况下，使用称为FBP的常规技术执行图像重建。众所周知，FBP是一种逆Radon变换。

为了便于本文描述的X射线成像，X射线系统300能够确定X射线检测器面板308相对于X射线放射源(在这种情况下是图3的处理头316)的位置是有利的。该信息对于确定处理头的适当路径1008可以是有用的。该信息还便利了与对象的切片图像的重建相关联的FBP处理。在这方面，提供基准标记322以便利于X射线检测器面板308的位置感测。基准标记322还便利了配准由成像阵列获取的图像。为此目的选择的基准标记的确切类型将取决于所使用的配准系统。然而，在某些情况下，基准标记包括适合于检测成像装置的简单光学标记。

一个或多个基准标记322在允许其被IP照相机/成像传感器302成像的位置处有利地固定到X射线检测器面板308。这些基准标记322的光学成像位置可以用于确定适当的路径1008以及X射线检测器面板308相对于处理头316的位置。然后使用位置信息来便利于图像收集过程和图像重建过程。

就下面这一点来说，X射线系统300是多功能的：当不用于如本文所述的断层成像时，其可用于执行诸如IORT、近距放射治疗和外部波束放射治疗(External BeamRadiation Therapy，EBRT)之类的治疗性处理。例如，考虑执行了从患者身上移除癌性肿瘤的外科手术过程的IORT场景。在外科手术过程中，专业人员可以使用X射线系统执行本文所述的某些医学成像操作。外科医生可以基于2D投影图像来检查重建的图像，然后使用X射线系统300来启动IORT程序。该IORT程序在图15中示出，图15示出了外科医生可以使用机械臂304关于对象患者902重新定位X射线处理头316。特别地，可以将X射线源重新定位在移除的癌性肿瘤的肿瘤床内。此后，可以在将处理头316布置在处理位置的同时激活X射线源，以对对象患者进行治疗性X射线处理。在一些情况下，本文所述的DT成像是在手术期间在肿瘤被去除之后进行的。这种术中成像对帮助RTP尤其有用，因为它使专业人员可以正在发起IORT程序之前对切除肿瘤后要立即放射的组织成像。

通过使用图像融合技术，可以进一步增强本文所述的DT成像的有用性。在这种情况下，可以使用常规的成像方法对接受处理(例如，肿瘤去除)的患者进行术前体积成像。可以用于该目的的合适的体积成像方法的示例可以包括CT和MRI。然而，解决方案在这方面不受限制，并且任何其他合适的体积成像技术也可以用于此目的，无论是现在已知还是将来已知。然后，所获取的术前体积成像可以被存储在数据库中，诸如图4的患者数据存储装置440。此后，可以对患者进行外科手术过程，例如切除癌性肿瘤。该步骤之后可以进行本文所述的术中DT成像。然而，可以在可变形图像融合步骤中获得改进或提高的结果，而不是为了RTP的目的仅仅依赖于术中DT成像。该步骤可以涉及将较高质量的术前体积成像与使用DT获得的质量稍差的术中结果融合在一起。

将理解，作为涉及癌性肿瘤切除的外科手术过程的结果，正在接受处理的患者的内部解剖结构将必然有所改变。因此，本文所述的可变形图像融合步骤将利用解剖学标志来便利于图像配准，但是将有利地将术前体积成像与术中DT成像相匹配。作为结果获得的融合体积图像将结合较高质量的术前体积成像，与使用术中DT成像获得的质量较低但更新近的结果。可使用深度学习或其他人工智能技术来开发和指导这种可变形图像融合过程。此外，人工智能可以被应用于融合过程以确保可变形图像融合过程。一旦完成可变形融合过程，RTP过程就可以继续进行，以便利于进行任何IORT处理。这样的融合图像对于帮助RTP尤其有用，因为它使专业人员可以正在发起IORT程序之前对切除肿瘤之后要立即放射的组织成像。

值得注意的是，如本文所述适合于断层合成的X射线波束904可能不适合于进行诸如IORT的治疗性处理。但是，可以使用X射线源的波束成形能力来动态更改波束形状，使其适合于特定的治疗性处理。相应地，图4的控制系统424可用来选择性地控制X射线源以针对获得2D投影图像的目的生成具有第一波束形状的X射线波束904，且随后针对执行治疗性X射线处理的目的生成具有不同形状的X射线波束。类似地，控制系统424可以控制X射线波束强度。在这方面，应当理解，用于成像的波束强度可以由控制系统424控制，使得其与用于治疗目的(例如，在IORT过程中)的波束强度相比不同。可以控制X射线系统300以发射用于IORT的低能量X射线放射水平。在某些情况下，X射线系统300为此目的将X射线能量降低至约50kV或更低。

现在参考图16，提供了用于计算装置1600的说明性架构的图示。图1的计算装置102和/或服务器108与计算装置1600相同或相似。因此，对计算装置1600的讨论足以理解系统100的这些部件。

在某些情况下，本解决方案用在客户端-服务器架构中。因此，图16中所示的计算装置架构足以理解客户端计算装置和服务器的细节。

计算装置1600可以包括比图16所示更多或更少的部件。然而，所示的部件足以公开实现本解决方案的说明性解决方案。图16的硬件架构表示配置为提供如本文所述的实时波束雕刻IORT处理计划的代表性计算装置的一种实现。这样，图16的计算装置1600实现了本文描述的方法的至少一部分。计算装置1600可以包括电池(未示出)和/或连接到外部电源。

计算装置1600的一些或全部部件可以被实现为硬件、软件和/或硬件和软件的组合。硬件包括但不限于一个或多个电子电路。电子电路可以包括但不限于无源部件(例如，电阻器和电容器)和/或有源部件(例如，放大器和/或微处理器)。无源和/或有源部件可以适于、布置为和/或编程为执行本文描述的方法、过程或功能中的一个或多个。

如图16所示，计算装置1600包括用户接口1602、中央处理单元(CPU)1606、图形处理单元(GPU)1670、系统总线1610、通过系统总线1610连接到计算装置1600其他部分且可由其他部分访问的存储器1612、系统接口1660和连接到系统总线1610的硬件实体1614。用户接口可以包括输入装置和输出装置，这些输入装置和输出装置便利了用户-软件交互以控制计算装置1600的操作。输入装置包括但不限于物理和/或触摸键盘1650，和/或物理和/或触摸指向设备(图16中未示出)。输入装置可以经由有线或无线连接(例如，连接)连接到计算装置1600。输出装置包括但不限于扬声器1652、显示器1654和/或发光二极管1656。系统接口1660被配置为便利于与外部装置(例如，诸如接入点之类的网络节点)的有线或无线通信。

至少一些硬件实体1614执行涉及访问和使用存储器1612的动作，该存储器可以是随机存取存储器(RAM)、固态或磁盘驱动器和/或压缩光盘只读存储器(CD-ROM)。硬件实体1614可以包括磁盘驱动器单元1616，磁盘驱动器单元1616包括计算机可读存储介质1618，计算机可读存储介质1618上存储有被配置为实现本文所述方法、过程或功能中的一个或多个的一组或多组指令1620(例如，软件代码)。在由计算装置1600执行指令1620的过程中，指令1620也可以全部或至少部分地驻留在存储器1612内和/或CPU 1606内。存储器1612和CPU1606也可以构成机器可读介质。这里使用的术语“机器可读介质”是指存储一组或多组指令1620的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或关联的高速缓存和服务器)。如本文中所使用的，术语“机器可读介质”还指代能够存储、编码或携带一组指令1620以供计算装置1600执行并且使得计算装置1600执行任何一个或多个本公开方法的任何介质。

GPU 1670用于但不限于2D图像渲染、3D等球体渲染、增强现实对象渲染和并行数学处理任务。如关于CPU所述，GPU具有自身的指令集。

计算装置1600实施处理计划创建技术。在这方面，计算装置1600运行一个或多个软件应用程序1622，以便利于实时波束雕刻IORT处理计划。随着讨论的进行，软件应用程序1622的操作将变得明显。

现在参考图17，图17提供了由软件应用程序1622提供的说明性GUI 1700的屏幕截图。GUI 1700被设计为便利于针对要对癌症进行放射治疗的患者创建处理计划。在这方面，GUI包括示出一般成像模态的第一部分1702。一般的成像模态包括但不限于CT扫描、MRI、PET或断层合成。第一部分1702具有三个部分：原始平面图像集(例如，轴向平面)和两个重建的平面图像集(例如，冠状平面和矢状平面)。这样，图4的第一部分1702示出了医学图像模态的主要平面图(例如轴向平面)和辅助平面图(例如冠状平面和矢状平面)。值得注意的是，可以在使用处理头内部的源切除肿瘤后，使用图1的处理系统106来获取成像。包含在处理头上或指定模型比如在球囊施加器和套管上(然而不限于此)的多个位置中的每个基准标记的位置由一个或更多个十字记号1704示出。这些标记使用户能够知道处理头在患者体内的位置和朝向。处理头的形状通常是圆形的，显示在图像上并且位于虚线1706所包围的区域中。基准标记、球囊施加器的半径以及三个平面之间的交点的位置可以如部分1720所示使用控制面板中的按钮来选择和标记。

处理头具有可从其发射放射波束的多个孔。在GUI 1700的第二部分1708中提供了处理头及其孔的示意图。如部分1708所示，处理头包括由多个区域表示的多个孔，每个区域具有唯一的标记。例如，如部分1708所示，这些区域标记为A1-A3、B 1-B3、C1-C3、D1-D3、E1-E3和F1-F3。相邻组的孔通过穿过部分1708中央1722的线1710表示的向外突出的板彼此分离。这些板辅助于放射受控地仅施加到患者(例如图9的患者902)的选定区域。GUI 1700的用户可以选择在部分1708中标记为A1-A3、B 1-B3、C1-C3、D 1-D3、E1-E3和F1-F3的区域。GUI 1700还包括允许用户选择要施加给患者的放射强度、以及应该向患者施加放射的持续时间的控件1712。用户可以通过使用部分1712中所示的选择器来选择部分1708中每个处理项目的电压和时间。当用户按下按钮1716时，将处理项目添加到处理计划中并显示在GUI1700的部分1718中。可以使用部分的1724中的控制面板来调整每个处理计划项目。用户可以使用部分1724中所示的相关器来调整剂量水平和等剂量百分比之间的相关性。一旦创建了处理计划，就可以使用控制面板中的按钮1726、1728来批准或拒绝该处理计划。一旦处理计划被批准，图1的处理系统106被编程为根据该处理计划向患者施加放射。该编程可以通过图1的服务器108来实现。图18-20示出了由图1的处理系统106实施的各种处理计划的放射图案。

在用处理计划对处理系统106编程之前，计算装置102的用户可以使用软件应用程序1622的工具来验证处理计划的预期有效性。该工具包括在GUI 1700中呈现的动态虚拟测量部件，以便叠加在原始平面图像区域1702中所示的医学图像模态扫描的顶部。在图21-14中提供了示出叠加在医学图像模态扫描顶部上的动态虚拟测量部件的图示。

现在参考图21，提供了叠加在医学模态扫描图像2102顶部上的虚拟测量部件2100的图示。虚拟测量部件2100包括中心线2104，该中心线2104具有沿其细长长度分布的等间隔的标记。标记包括垂直于中心线2104的相对较小的线性标记(例如，线)2106。在每个小线2106的左侧和右侧提供数字。在中心线2104左侧的数字2108表示中心线2104和小线性标记2106之间的交点处的以灰度(Gy)表示的放射剂量。中心线2104右侧的数字2110表示从图17的目标中心(以球囊中心十字记号表示)1704至中心线2104和小线性标记2106之间的交点以毫米(mm)测量的距离值。因此，虚拟测量部件具有双重目的：允许用户测量距离并允许用户测量放射剂量。距离测量和放射剂量测量可以同时或并行进行。随着虚拟测量部件通过控件2116在方向2112、2114上水平移动，数字2108和2110的值动态变化。虚拟测量部件2100可以是垂直中心线2104、水平中心线或两者的组合的形式。控件2116被示为滑动标尺。本解决方案在这方面不受限制。可以使用其他类型的控件来在GUI内水平移动虚拟测量部件2100。图22-24提供了虚拟测量部件2100的放大图。

如图21-24所示，数字2108可基于(1)垂直和/或水平中心线2104相对于基准市场点2118的位置和(2)处理计划的参数而具有不同的值。可以使用本地存储在图1的计算装置102上或远离图1的计算装置102存储的查找表(LUT)和/或使用至少一个预先定义的数学算法来确定数字2108的值。

现在参照图25，图25提供了用于处理患有癌症的患者的说明性方法2500的流程图。方法2500从2502开始，并继续至2504，在2504中，执行医疗过程以从患者身上去除肿瘤。

接下来在2506中，使用处理系统(例如，图1的处理系统106)获取处理区域的医学图像模态扫描。随后，在2508中使用计算装置(例如，图1的计算装置102)和服务器(例如，图2的服务器108)来创建用于放射治疗的处理计划。使用安装在计算装置上的软件应用程序来创建该处理计划，和/或可通过安装在服务器(例如，图1的服务器108)上的软件应用程序(例如，图16的软件应用程序1622)访问该处理计划。软件应用程序提供了GUI(例如，图17的GUI 1700)，在其中显示医学图像模态扫描以及用于定义处理计划的参数的多个控件。在2510中使用动态虚拟测量部件(例如，图21-24的虚拟测量部件2100)来验证处理计划的预期有效性。如果验证结果不足，则用户可以返回2508并修改处理计划。如果进行了这样的验证，则在2512中对处理系统进行编程，使得其可以根据处理计划执行操作。可以通过以下方式实现该编程：将处理计划从计算装置传送到服务器；服务器根据处理系统上的处理计划执行操作以设置操作参数和其他值。

此后，如2514所示，向患者(例如，图9的患者902)施加放射。随后，执行2516，其中方法2500结束或执行其他处理(例如，返回2502)。

本解决方案还涉及一种用于雕刻波束处理计划应用的系统。这样的系统与图1的系统100相同或相似。该系统在本文中也称为“处理计划系统(TPS)”。TPS提供专用的方法和系统来为图3-15的机器人雕刻波束IORT系统300创建实时处理计划。TPS包括在移动计算装置(例如，图1的计算装置102)或其他计算装置上运行的软件应用程序。

在某些情况下，TPS 100包括充当主用户界面的移动计算装置102，实现并行计算平台(例如或其他并行处理平台)的服务器108，以及处理系统106。处理系统106包括但不限于图3-15的机器人雕刻波束IORT系统300。所有这些列出的装置均在专用的安全闭环千兆位或更快的网络上运行。TPS 100能够为设施中的多个机器人雕刻波束IORT系统创建多个实时雕刻波束处理计划。此外，TPS 100允许多个用户同时在同一处理计划上工作。

现在参考图26，提供了用于操作TPS(例如，图1的系统100)的说明性方法2600的流程图。方法2600以2602开始，并继续至2604，在2604用户使用计算装置(例如，图1的计算装置102)登录到TPS。登录到系统中的技术在本领域中是众所周知的，因此本文不再描述。在此可以使用任何已知或将已知的登录技术。在某些情况下，可使用用户标识符和/或密码以用于登录目的。附加地或可替代地，使用生物统计学来用于登录目的(例如，触摸ID和/或面部ID)。

一旦用户成功登录到TPS，用户访问电子患者名册，如2606所示。电子患者名册在本领域中是众所周知的，因此本文不再描述。在此可以不受限制地使用任何已知的或将已知的电子患者名册。电子患者名册可以存储在远离用户计算装置的数据存储区中。在这种情况下，服务器(例如，图1的服务器108)可以便利于对电子患者名册的访问。在图27中提供了用于访问患者名册2700的说明性GUI的屏幕截图。

用户通过从电子患者名册中选择患者名字，并从多个成像模态(例如DT扫描、CT扫描、MRI或PET扫描)选择成像模态，来在2608中开始处理计划过程。图27还示出了从患者名册2700中选择患者(例如，Evan Pasley)的说明性方式。例如，通过将鼠标移到名字上方并按下鼠标按钮来选择患者。可替代地，如果显示器是触摸屏显示器，则可以做出手势来选择患者。一旦选择了患者，则如图28所示，按下加载文件虚拟按钮2800(例如，使用鼠标或通过手势)。按下按钮2800使成像文件从远程服务器(例如，图1的服务器108或医院中的PACS)被加载到TPS。图28还示出了加载的成像文件(例如，1_4.sen，1_3.sen，1.2_sen，1_1.sen)的说明性列表2800。接下来，用户将成像模态分配给所选择的患者。如图29所示，该分配是通过以下方式实现的：选择一个加载的成像文件(例如1_1.sen)(例如，通过单击鼠标或通过手势)；按下分配虚拟按钮2900以将所选择的成像文件分配给处理计划。此后，用户选择关联的成像模态。如图30所示，通过选择先前选择的成像文件中包含的一个或多个成像子集3000来进行该选择。

接下来，在2610中，用户通过按下虚拟按钮(例如，图30的虚拟按钮3002)来发起新的处理计划的创建。如图31所示，还可以提示用户输入新处理计划的名称。本解决方案在这方面不受限制。在其他情况下，选择预先创建的处理计划(例如，从先前创建的处理计划的列表中)，而不是发起新的处理计划创建。预先创建的处理计划可以是预先批准的处理计划或仍然需要批准(例如，通过使用图17所示的GUI 1700的虚拟按钮1726)的待决的处理计划。如果预先创建的处理计划包括预先批准的处理计划，则用户无法编辑该预先创建的处理计划，并且将其设置为进行处理(即，发送到机器人雕刻波束IORT系统)。如果预先创建的处理计划包括待决的处理计划，则该预先创建的处理计划可由用户编辑，并在受到用户批准后被设置为进行处理。

当用户发起新处理计划的创建时，处理计划软件(例如，图16的应用程序1622)由用户的计算装置(例如，图1的计算装置102)启动，如2612所示。处理计划软件在2614中向用户提供GUI(例如，图17的GUI 1700或图32的GUI 3200)，GUI在从电子患者名册中选择的患者的各种解剖成像模态视图中显示图像(例如，图18的图像1800-1806或图32的图像3202-3206)。

解剖成像模态视图可以包括但不限于矢状图像视图、轴向图像视图和/或冠状图像视图。所显示的图像可以包括但不限于矢状图像(例如，图18的图像1804或图32的图像3206)、轴向图像(例如，图18的图像1800或图32的图像3202)和冠状图像(例如，图18的图像1806或图32的3204)。这些图像的第一图像(例如，图18的图像1804或图32的图像3202)显示在GUI(例如，图17的GUI 1700或图32的GUI 3200)的图像显示部分(例如，图27的部分1702或图32的部分3208)的中央，而其他两个图像(例如，图18的图像1800和1806或图32的图像3204和3206)显示在图像显示部分中第一图像的侧部。用户能够在这些图像之间切换显示焦点，从而例如识别最佳处理交付位置。使用图像中可见的基准标记位置来标识最佳处理交付位置。与其他两个图像相比，以更大尺寸显示焦点已切换到的图像。一旦标识了最佳处理交付位置，则用户例如通过点击或触摸图像中所示的基准标记位置来设置该最佳处理交付位置。在图33中提供了说明性的GUI，该GUI用于理解如何设置基准标记位置。

用户还能够改变GUI和/或在GUI窗口(例如，图16的显示器1654)中显示的图像的一个或多个特性。GUI特性包括但不限于窗口大小和/或窗口宽度。图像特性包括但不限于尺寸、对比度和/或亮度。可以调整GUI/图像特性以优化图像中所示的对象的视觉外观。

用户还能够滚动浏览成像数据的切片。用户还可以针对任何所选成像数据切片放大和缩小任何显示的平面。

用户可以通过选择患者解剖结构的特定区域来对解剖结构显示进行三角剖分。然后，在GUI窗口中显示患者解剖结构中所选区域的相应观看平面的图像。

用户还可以调整GUI中所示的球囊的体积。在一些情况下，执行该球囊体积调节以使球囊充满肿瘤床组织的轮廓。在图34中提供了示出球囊体积调节的图示。在图34中，球囊由虚线3400表示。本解决方案在这方面不受限制。

在一些情况下，最佳处理交付位置由TPS自动确定，而不是如上所述由用户手动确定。例如，TPS执行以下操作：将3D术前图像(例如CT图像)与实时X射线图像(例如断层合成图像)融合，以在3D术前图像中登记基准标记位置；使用基准标记位置来标识指定的处理解剖位置。指定的处理解剖位置用于进行如下确定：X射线源将如何相对于患者身体定位。

在2614中，在GUI内也显示解剖图像参数(例如，图18的参数1808)和/或剂量率谱(例如，图18的剂量率谱1810)。解剖图像参数包括但不限于体素宽度、体素高度、体素深度、以像素为单位的图像尺寸和公制单位(每像素尺寸)、缩放率、选定的三角测量点的位置、选定的切片索引数量和/或患者解剖结构中的相对视图深度。作为用于用户的参考指南和基线显示剂量率谱。

在2618中，用户通过GUI选择患者的解剖结构区域和观看模式(例如，轴向、冠状或矢状)。接下来在2620中，在GUI中呈现表示处理头(例如图3的处理头316)和处理头中包含的基准标记的符号(例如图17的源泉702和/或十字标记1704)，从而覆盖在所关注的图像(例如图18的图像1800)的顶部。这些符号使用户可以可视化和/或知道处理头相对于由所显示图像表示的患者身体的位置和朝向。

GUI被设计成允许用户手动调整处理头相对于患者身体的位置和/或朝向(例如，通过在GUI窗口中指向并双击所需的位置)。相应地，方法2600包括可选的2620，其中用户通过操纵GUI中各个符号的位置和/或朝向来调整处理头相对于患者身体的位置。

在2622中，TPS接收用于标识一个或多个处理区域的用户输入。接下来在2624中，TPS或者执行操作以自动标记所标识的处理区域的等剂量线轮廓，或者接收用于标记所标识的处理区域的等剂量线轮廓的用户输入。可以使用输入装置(例如，触控笔、轨迹球和/或鼠标)和/或手势来便利于用户输入。针对要接收最小强度的放射剂量的患者身体区域由TPS或用户标记第一轮廓。针对要接收最大强度的放射剂量的患者身体区域，由TPS或用户标记第二轮廓。还可以针对要接收任何期望强度的放射剂量的患者身体区域，标记第三轮廓或任何另外的轮廓。

TPS执行的自动计算和显示等剂量线轮廓的操作包括：绘制将要沉积放射的区域；以及使用一种或多种波束定义算法来计算波束特性。波束定义算法在本领域中是众所周知的，因此本文不再描述。在此可以使用任何已知的或将已知的波束定义算法。例如，在此采用如下波束形成算法，其包括基于GEANT4仿真工具包的蒙特卡洛算法的组合实现。蒙特卡洛算法和GEANT4仿真工具包在本领域中是众所周知的，本文不再描述。

由用户执行的用于计算和显示等剂量线轮廓的操作可以涉及使用GUI的控件(例如，图17的控件1712和/或1714或图35的控件3500-3506)调整最小强度水平和最大强度水平。例如，用户执行以下动作来定义如图35-36所示的波束特性：使用图35的控件3500选择以千伏为单位的能量；使用图35的控件3502选择驻留时间；并从图35的区域3506中的多个驻留点3508中选择驻留点(例如，A(3))。响应于这些用户操作，TPS根据选定的能量、驻留时间和驻留点计算波束的体积放射或体积。TPS还提供波束结构的可视指示以及图像上的配准。例如，TPS在GUI上显示线3600、3602。线3600代表50％剂量边界，而线3602代表100％剂量边界。本解决方案不限于该示例的细节。可以关于任意数量的驻留点(例如，驻留点A(3)、A(5)、A(7)、B(3)、B(5)、B(7)、C(3)、C(5)、C(7)、D(3)、D(5)、D(7)、E(3)、E(5)、E(7)、F(3)、F(5)和/或F(7))重复这些动作。在图37中示出了从执行这些动作的第二次迭代得到的说明性结果。用户不必对每个切片重复此操作。用户可以跳过切片，而TPS通过不同的算法对丢失的切片进行插值。系统贯穿所有解剖平面将每个轮廓动作和其他用户动作登记在主要显示切片上。

值得注意的是，等剂量线轮廓(例如，由图37的线3600、3602、3700、3702表示)可以被打开和关闭。在图37中提供了示出等剂量线轮廓被打开的图示，而在图38中提供了示出等剂量线轮廓被关闭的图示。另外或可替代地，可以使用图39的控件3900来打开和关闭色洗，可以使用图35的控件3504来打开和关闭附加的剂量边界，和/或可以使用图41的控件4100来打开和关闭轮廓尺工具。在图39中提供了示出打开的说明性色洗的图示。色洗表示放射波束谱。在图40中提供了示出附加中间剂量边界(例如80％、40％、20％剂量边界)的图示。在图41中提供了示出被打开的轮廓尺的图示。可以滚动轮廓尺以查看任何特定点的放射剂量。在图42和43中提供了示出轮廓尺被滚动到不同位置的图示。

用户还可以为100％的等剂量线设定灰度值。在图44中提供了用于理解如何设置灰度值的图示。可以基于在特定百分比处理剂量下要实现什么来设置灰度值从而调节阈值。在设置100％等剂量线的灰度值之后，自动计算针对其余等剂量线百分比的所有其他灰度值。

用户还可以测量任意两点之间的距离。例如，测量工具可用于确定解剖结构中的距离，以确保放射不会被提供至身体的某些区域(例如，处于危险中的器官)。在图45中提供了用于理解如何进行这种距离测量的图示。

随后，通过选择表示等剂量线的颜色并通过在GUI上绘制轮廓(例如，通过手势，鼠标操作或其他指向装置操作)来标记轮廓。在图46-49中提供了示出所标记轮廓的图示。接下来，呈现重建的冠状和矢状平面图像。在图50中提供了示出这种重建的图像的图示。

在完成2624之后，用户在2626中执行用户-软件交互，以发起波束雕刻引擎并行处理器(BSEPP)仿真器。在2628年，BSEPP执行操作以针对待处理患者指定解剖结构的选定几何形状和拓扑结构，生成最佳处理计划。最佳处理计划是从2624中标记的轮廓得出的。例如，在某些情况下，BSEPP执行以下操作：运行迭代计算周期，以最准确的方式优化所计划雕刻波束的几何形状和体积，以符合用户所需的最小和最大标记放射剂量轮廓和解剖体积；并生成最终的处理计划和波束发射序列，以包括能量、驻留时间和目标分段索引/位置。在2630，BSEPP执行操作以计算和显示X射线源在施加器内的给定物理位置中的总驻留时间。

在完成2630时，方法2600继续图26B的2632。如图26B所示，2632涉及在患者解剖结构的三个平面视图中渲染最佳处理计划。这三个平面视图可以包括但不限于轴向视图、冠状视图和矢状视图。在2634，在GUI中将具有优化几何形状的雕刻波束示为以等剂量线轮廓和/或色洗嵌入患者的解剖体积中。与由用户标记的轮廓所定义的目标体积相比，等剂量线轮廓和/或色洗显示出最佳的实际剂量成形。用户能够在色洗视图、等剂量曲线轮廓视图和不呈现色洗或等剂量曲线轮廓的清晰视图之间切换。

在2636中，用户在2636中使用GUI查看处理计划。可以在2638中由用户可选地编辑处理计划。例如，用户可以修改X射线源410的电子波束的发射顺序，更改目标雕刻因子(TSF)和X-射线源的翻译率。TSF包括目标分段索引、分段内的命中位置、能量水平(例如，以kV为单位)和驻留时间(例如，以秒为单位)。本解决方案不限于该示例的细节。

此后，在2640中，开始处理计划验证过程。该系统在2642中向用户提供一个或多个专用工具，以辅助处理计划验证过程。

一种这样的工具包括虚拟测量部件(例如，图21的虚拟测量部件2100)。用户可以使用指向装置(例如，触控笔、轨迹球或鼠标)或者通过手势来移动该工具，以垂直或水平地扫描患者的解剖结构以及所渲染的雕刻波束几何形状。一旦工具穿过解剖图像像素，该工具就会显示距目标中心的参考距离测量值以及每个解剖图像像素中的吸收剂量。一旦工具到达雕刻波束区域，该工具便开始显示在其位置实际沉积的剂量，给定解剖视图的像素大小的比例，以及所查看的雕刻波束区域的等剂量线阈值。虚拟测量部件还测量并显示图像主视图上两个点之间的距离，以便为用户提供有关雕刻波束与患者解剖结构的附加参考和比例验证。

另一个这样的工具包括3D雕刻波束工具。3D雕刻波束工具专门为机器人雕刻波束IORT系统设计，可以通过按下GUI上呈现的虚拟按钮1812进行初始化。3D雕刻波束工具必须能够创建全形波束几何形状。可以使用波束形成算法来创建全形波束几何形状。例如，使用包含蒙特卡洛算法和GEANT4仿真工具包的组合式实施的算法来创建全形波束几何形状。蒙特卡洛算法和GEANT4仿真工具包在本领域中是众所周知的，本文不再描述。3D雕刻波束工具在3D(等球体)中渲染计算出的雕刻波束，并通过三个解剖平面横截面显示对其进行融合。然后，3D雕刻波束工具通过X射线源和目标体积的等角点与三个视图平面(轴向、冠状和矢状)相交，并通过三个平面视图渲染雕刻波束体积几何形状。这为用户提供了关于波束如何穿透接受处理的目标解剖结构以及如何在每个体素中沉积剂量的最终视图，所有这些都参考了用户可能要避免或防止任何处理性剂量沉积的相邻器官和组织。3D雕刻波束工具还包括并渲染用户绘制的轮廓，这些轮廓融合在患者解剖结构中雕刻波束的同一3D视图中。在运行3D雕刻波束工具时，用户可以移动每个解剖平面轴并查看相应的横截面雕刻波束轮廓和剂量沉积。

在图51-59中提供了用于理解3D雕刻波束工具的图示。在图51中，用户执行用于打开3D查看器的用户-软件交互。响应于用户-软件交互，3D雕刻波束工具呈现3D图像，该3D图像显示相对于患者的3D解剖结构的放射源。接下来，3D雕刻波束工具准备模型并渲染3D等球体，3D等球体显示患者解剖结构内部的波束形状。所渲染的3D等球体使用户可以看到剂量或波束将如何在患者或其他解剖结构处理目标内部分布。在图52中提供了示出所渲染的3D等球体5200的图示。可以旋转3D视图，以便用户可以相对于GUI内的患者解剖结构从不同的视角查看所渲染的3D等球体5200。在图53-56中提供了示出所渲染的3D等球体5200的不同视图的图示。用户还可以打开和关闭所渲染的3D等球体。在图57中提供了图示，该图示显示出处于关闭状态的针对50％剂量的所渲染的3D等球体。实际上，在图57中可以更清楚地看到针对100％剂量的所渲染的3D等球体。

用户还可以在GUI中相对于人的解剖结构移动源。在图58中提供了用于理解如何在GUI内移动源的图示。可以进行源移动，以对在解剖结构内如何放置源进行调整，从而在处理期间微调源的实际位置。用户还可以如图59所示移动轴向、冠状和矢状图像。

另一种这样的工具包括增强现实(AR)工具。可以使用具有照相机和/或AR眼镜的便携式装置来实现AR工具。AR眼镜可以包括但不限于在2018年4月5日提交的美国专利申请No.15/946,667中描述的AR眼镜。在图60-68中提供了示出使用AR工具的说明性GUI。

系统不需要用户在计划过程的同时手动保存处理计划的数据。系统会在用户创建和处理的每个步骤中自动执行该操作。数据将被自动记录并保存到系统的关系数据库引擎(可以由 或市场上其他可用的关系数据库引擎驱动)。该系统可以与关系数据库引擎或非关系数据库引擎一起运行。

一旦使用者验证并批准了处理计划，就在2644中用处理计划对处理系统(例如，图1的处理系统106)进行编程。然后，处理系统可以执行操作以根据编程的处理计划对患者施加放射。随后，执行2646，其中方法2600结束或执行其他处理。

尽管已经关于一个或多个实施方式示出和描述了本解决方案，但是本领域技术人员在阅读和理解了本说明书和附图之后能够想到等同的变更和修改。另外，虽然可能已经针对若干实施方式中的仅一个实施方式公开了本解决方案的特定特征，然而该特征可与其他实施方式中的一个或多个其他特征相结合，这对于任何给定或特定应用来说可能是合乎期望且有利的。因此，本解决方案的广度和范围不应受到任何上述实施方式的限制。而是：本解决方案的范围应根据所附权利要求及其等同物来定义。