半影調演算法

Ⅰ MLC的多層單元

MLC（Multi-Level Cell多層單元）
簡介
要解釋MLC的話，必然要提到SLC。MLC和SLC屬於兩種不同類型的NAND FLASH存儲器，可以用來作為MP3播放器、移動存儲盤等產品的存儲介質。SLC全稱是Single-Level Cell，即單層單元快閃記憶體，而MLC全稱則是Multi-Level Cell，即為多層單元快閃記憶體。它們之間的區別，在於SLC每一個單元，只能存儲一位數據，MLC每一個單元可以存儲兩位數據，MLC的數據密度要比SLC 大一倍。
從名次解釋上來看，當然MLC密度要大，自然有其優勢，成本上來說，MLC也具有很大的優勢。據了解，不少晶元廠商開始從SLC製程轉向MLC製程，06年8月，三星正式從SLC轉向MLC，06年10月份，三星已經開始大批量的生產MLC快閃記憶體晶元。三星採用的晶元編號為K9G開頭 K9L開頭的晶元為MLC晶元，而現代採用編號為：HYUU開頭 HYUV開頭晶元也是MLC晶元。
特點
SLC的特點是成本高、容量小、速度快，而MLC的特點是容量大成本低，但是速度慢。MLC的每個單元是2bit的，相對SLC來說整整多了一倍。不過，由於每個MLC存儲單元中存放的資料較多，結構相對復雜，出錯的幾率會增加，必須進行錯誤修正，這個動作導致其性能大幅落後於結構簡單的SLC快閃記憶體。此外，SLC快閃記憶體的優點是復寫次數高達100000次，比MLC快閃記憶體高10倍。此外，為了保證MLC的壽命，控制晶元都校驗和智能磨損平衡技術演算法，使得每個存儲單元的寫入次數可以平均分攤，達到100萬小時故障間隔時間(MTBF)。
缺點
不過盡管MLC有其自身的優勢，但是也掩飾不了其缺點。
1、讀寫效能較差
相比SLC快閃記憶體，MLC的讀寫效能要差，SLC快閃記憶體約可以反復讀寫10萬次左右，而MLC則大約只能讀寫1萬次左右，甚至有部分產品只能達到5000次左右。
2、讀寫速度較慢
在相同條件下，MLC的讀寫速度要比SLC晶元慢，MLC晶元速度大約只有2M左右。
3、能耗較高
在相同使用條件下，MLC能耗比SLC高，要多15%左右的電流消耗。
這些原因，很大程度上是取決於MLC制式改變，需要新的控制晶元支持，而部分MP3、快閃記憶體檔等產品仍然延續老式的設計，MLC就會帶來各種問題，包括數據丟失、傳輸速度慢等缺陷。06年大批量SD卡被招回的風波，就是因為轉用MLC晶元，沒有新的主控晶元支持惹的禍，造成了很大的影響。
現狀
隨著三星、東芝的MLC快閃記憶體晶元開始量產，MLC晶元應用也越來約廣泛，由於全新的MLC晶元在存儲密度等方面加大，對主控晶元的要求也越來越高。讀寫頻繁的數碼播放器和快閃記憶體檔等數碼設備也加重了MLC快閃記憶體的出錯幾率，對於視頻和音頻這樣的應用來說，必需具備控制晶元和ECC校驗機制，目前有的主控晶元通過純軟體校驗，這樣，無形當中加重了主控晶元的負擔。也有部分主控通過硬體的4bitECC校驗和軟體校驗相結合，從而減輕了主控負擔，但是這只是在一定程度上減少出錯的幾率，MLC的晶元寫入次數限制和傳輸速度等缺點是無法克服的。
MLC在架構上取勝SLC，很多廠商都MLC做了很多的優化和開發，未來可能將是一個主流方向，技術還不是很成熟。而成本上來說，MLC要便宜SLC晶元，所以不少廠商在原有架構上選用了MLC晶元，但卻沒有增加控制晶元或者ECC校驗，使得不少問題則由此而生，使得不少行業人士也驚呼MLC為「黑芯」。所以大家在選購MP3、快閃記憶體檔等數碼產品的時候，不能一味的只看價格，而需要更多層面的去考慮。
MLC技術開始升溫應該說是從2003年2月東芝推出了第一款MLC架構NAND Flash開始，當時作為NAND Flash的主導企業三星電子對此架構很是不屑，依舊我行我素大力推行SLC架構。第二年也就是2004年4月東芝接續推出了採用MLC技術的4Gbit和8Gbit NAND Flash，顯然這對於本來就以容量見長的NAND快閃記憶體更是如虎添翼。三星電子長期以來一直倡導SLC架構，聲稱SLC優於MLC，但該公司於2004和2005年發表的關於MLC技術的ISSCC論文卻初步顯示它的看法發生了轉變。三星在其網站上仍未提供關於MLC快閃記憶體的任何營銷材料，但此時卻已經開發出了一款4Gbit的MLC NAND快閃記憶體。該產品的裸片面積是156mm2，比東芝的90nm工藝MLC NAND快閃記憶體大了18mm2。兩家主流NAND快閃記憶體廠商在MLC架構上的競爭就從這時開始正式打響了。除了這三星和東芝這兩家外，擁有了英特爾MLC技術的IM科技公司更是在工藝和MLC上都希望超越競爭對手，大有後來者居上的沖勁。MLC技術的競爭就這樣如火如荼地進行。 MLC，Multiple Lines Centre。北京地鐵在組織ACC（票務清分中心）和各條LC（線路中心）之間增加了一個特殊的線路共用中心，稱為MLC。MLC的功能和作用如下：
假設某地區有一個軌道交通票務清分中心ACC，和 n 條軌道交通線路LC。這些 n 條線路由 m 個不同的軌道交通運營商各自管理，其中 m < n。為了簡化清分模型，避免同一運營商內部多條線路的清分與其他運營商線路清分產生的誤差被放大，現由各個運營商各自成立自己所轄多條線路構成的一個小ACC，然後以運營商名義再接入大ACC。這種情況下ACC面對的是不同的運營商，不再面對具體的線路，減輕了清分負擔，降低了清分誤差。 多葉準直器（Multi-leaf Collimator）
是用來產生適形輻射野的機械運動部件，俗稱多葉光柵、多葉光闌等等，廣泛應用於醫學領域。
概念
英文名字：multi-leaf collimator （簡稱MLC）
2000年，IEC60976標准對IEC976、IEC977都進行了修正，主要就是增加了有關多葉準直器的內容。
類型
按照多葉準直器運動方式，多葉準直器有手動及電動兩類，後者的功用遠大於前者，是主要的形式；手動多葉準直器是通過手動驅動每個葉片，達達到到調整輻射野輪廓的目的；電動多葉準直器是通過計算機控制多個微型電機獨立驅動每個葉片單獨運動，達到射野動態或靜態成形的目的。
多葉準直器通常還需與輻射頭的次級準直器配合使用，因此按照多葉準直器的安裝方式分，有外置式與內置式兩種。
因為對於大部分不同形狀和大小的靶區，一般只有少部分葉片處於有效射野的范圍之內，而其餘的那些處於有效射野范圍之外的葉片應該是左右成對地合在一起，以防射線泄漏。但是，為避免成對葉片相對碰撞引起機械損傷等故障，通常留有少許間隙。這樣，就必須對加速器常規治療準直器規定一個相對有效射野的最小外接矩形野，使之既可屏蔽有效射野外各對未完全閉合葉片端面間歇的漏射線，又能遮擋相鄰葉片之間微小外接矩形野，並將相應的控制數據傳輸給對應的控制系統，從而實現最小矩形野和MLC有效射野的自動設置及跟隨。適形野外成對葉片間無漏射者則無需如此。
結構特點
從多葉準直器問世直到現在，多葉準直的結構設計就一直在改進、完善。為適應各種不同的功能和用途，世界各國先後推出多種結構形式的多葉準直器。縱觀其歷史發展，多葉準直器主要是圍繞著提高適形度、減小透射半影、降低漏射、適應動態與動態楔形板等高級功能展開的。例如葉片對數由少到多、葉片寬度由大到小；最大照射野按需要向大和小兩端發展；聚焦方式由無聚焦到單聚焦或雙聚焦；相鄰葉片之間由平面接觸到凹凸插合；對側葉片由不過中線到過中線且行程由小到大等。再加上獨立驅動機構硬體的快速開發，使得MLC系統功能大增，逐漸向滿足臨床應用要求、降低造價、便於加工、操作簡便、高可靠、低故障的方向迅速發展。
葉片的寬度直接決定了多葉準直器所組成的不規則野與計劃靶體積（PTV）形狀的幾何適合度（適形度）；葉片越薄，適形度越好，但加工也較困難，驅動電機等機構越多且復雜，造價相應提高，因此必須在適形度和造價之間作合理的折中選擇。
葉片的高度必須能將原射線和輻射強度削弱到點5%以下，即至少需4。5個半值厚度。由於需保持葉片間低阻力的相對動態移動，葉片間常有一些漏射線，會降低葉片對原射線的屏蔽效果，葉片高度需適當加厚，一般不少於5cm厚的鎢合金。如果將漏射線劑量降到2%以下，通常需7.5cm的鎢合金厚度。
葉片縱截面的設計需考慮兩個因素：
A． 要保證相鄰葉片間和相對葉片合攏時的漏射劑量最小，這就決定了葉片的側面多採用凹凸槽相互鑲嵌的結構。凹凸槽的位置可加工在葉片高度的中部，但由於這種結構要求加工精度高、技術難度大，使用中有時發現個別葉片因運動阻力大而發生故障，所以後來不少廠家生產的葉片採用了台階式結構。
B． 葉片的底面和頂面必須在與運動方向垂直的平面內會聚到X射線靶的位置，這就決定了葉片的橫截面應是梯形結構，即底面的寬度應大於頂面的寬度，使得任何一個葉片都與從源（靶）輻射出且通過此面的射線平行。加工使所有葉片都在以輻射源為圓心，以輻射源到葉片底面距離為半徑的圓周上運動，就可構成無穿射半影的雙聚焦結構。
為了減少葉片端面對射野半影的影響，葉片端面的設計尤其重要。通常有兩種設計類型；弧形端面和直立端面。採用弧形設計後，在葉片沿垂直於射線中心軸方向運動的任何位置，都能使原射線與端面相切。採用弧形端面可能使射野的半影增大，而且半影的大小會隨葉片離開射束中心軸的位置而變化，但如果合理地選擇端面的曲率半徑，可在葉片的全部直線運動行程中，使射線與端面的切弦長度近似保持不變，這樣就可使射野半影基本上不隨葉片位置變化而保持常數。
採用直立端面設計時，葉片可有兩種運動方式：
A． 葉片沿以X射線源（靶）為中心的圓弧形軌跡運動。這時無論處於任何位置，其端面總是與原射線相切。
B． 如果葉片沿垂直於射束中心軸方向的直線軌跡運動，則葉片在達到指定位置後必須自轉一個小角度，以便使其直立端面與原射線的擴散度相切。由於葉片多，這種轉角設計在技術上有一定的難度。
（1） 無聚焦結構
早期的MLC主要是用於頭部和病體小病變的微型MLC，大都是無聚焦的葉片平移結構。這種葉片上下左右等厚，葉片全部採用平移運動，葉片上下所組成的射野大小和形狀相同，不能消除穿射半影。對小野，因射線束的張角很小，影響不大；但對大野，會造成臨床不能接受的較大半影。
（2） 單聚焦結構
這種結構使所有葉片都在以輻射源為圓心，以輻射源到葉片底面距離為半徑的圓周上運動，使葉片的端面始終與射線束平行，消除了葉片運動方向上的穿射半影。但在垂直於葉片運動的方向上，因葉片上下等寬度，所以還是有穿射半影。1996年以前生產的用於體部的大型MLC（40cm×40cm為最大射野）大都是這種單聚焦結構。
（3） 雙聚焦結構
對於安裝在無聚焦二級準直器治療機上的MLC，有必要採取雙聚焦結構。雙聚焦結構是將單聚焦結構的MLC的每一個葉片在寬度方向加工成非等寬的發散狀，端面呈現梯形上小下大，每個端面的向上延長線都應相交於放射源點。換言之，必須使每個葉片的雙側面和端面在任何位置都始終與其相鄰的射線束平行。這種結構裝在任何治療機上都能消除穿射半影。當然，消除半影的聚焦設計與MLC的安裝高度有關，還要考慮電路連接、配重、結構空間、驅動控制等多種因素。由於加速器機頭的結構復雜，設計要求高，對已在用加速器機頭的改造會產生多種困難，所以，除中小型附加外掛式MLC之外，多葉準直器的雙聚焦和葉片結構國內外的大型MLC大都是由加速器廠家配套生產的。
（4） 防漏射結構
臨床應用要求每個葉片獨立運動靈活，磨擦力小，相鄰葉片之間不能擠靠太緊，但貼得太松又容易引起射線泄露。為解決這一矛盾，可將每個葉片加工成一面帶凹槽，另一面帶凸榫，使相鄰兩片之間以槽榫凹凸迭合，利用射線只能直線傳播的特點獲得很好的防漏射效果。這種槽榫凹凸結合既不必太緊，也不必太深。有的公司的MLC由40對鎢合金組成，葉片厚度7.5cm，在等中心平面上的投影寬度為1.1cm，相鄰葉片的槽榫凹凸重疊厚度在等中心平面投影只有0.1cm，所以相鄰葉片的投影中心距離為1.0cm。其漏射率可確保小於2%。
（5） 過中線設計
隨著MLC用途的進一步開發，動態非線性楔形野、動態調強及逆向設計為各種不同形狀和復雜劑量分布射野的高級應用技術越來越多，常常要求成對的葉片從最遠的一端一前一後以不同的變速度同向運動到另一端。因此，葉片運動的過中線行程是實現高性能適形強照射法的必要條件，並成為衡量現代MLC功能強弱的重要指標之一，要求葉片的過中線行程應盡可能大，一般不應小於12cm。
控制要點
為使每個葉片隨時分別到達准確的位置，各生產廠家採用了不同的葉片控制方式，但都必須包括三項內容：
A． 葉片位置的監測
包括使用機械限位開關監測葉片的開關狀態，光學攝像系統，線性編碼器等。
B． 葉片控制邏輯
包括控制葉片的開關狀態、葉片位置、葉片運動速度和劑量補償等。
C． 葉片運動到位機構
採用數字方式或模擬方式控制葉片的到位。
（1） 葉片位置的監測
為確保葉片安全、可靠地到位，必須定時監測葉片的位置。對於開關式準直器，是使用機械限位開關來監測葉片的開關（ON、OFF）狀態，另一種較常用的方法是用高精度的線性電位器作為線性編碼器，它具有很好的線性度和精度，但因為接線太多、占據空間較大，一旦電位器出現問題，在結構緊湊的MLC中較難查找故障，必須用高可靠、高質量的電位器；還有一種監測方法是用光學攝像法：它是在加速器治療頭內的原射野燈光系統中增設一個分光鏡，把MLC上端面反射回來的光線經分光鏡反射到MLC的位置接收器。較常用的接收器是CCD攝像機，它將視頻信號轉換成數字信號後，送給MLC控制器中的圖像處理器，即可監MLC的葉片位置。這種光學攝像系統的優點是：可實時顯示MLC的葉片位置、接線少、空間解析度高、位置線性度好。但CCD攝像機不耐輻射，需經常更換。
（2） 葉片位置的控制
葉片位置的確定和控制到位是實現MLC功能的先決條件。葉片位置應與它擬形成的射野的邊界相一致。線性編碼電位器或光學攝像系統所記錄或顯示的葉片位置應相當於燈光野的大小，也必須是實際射線野的大小。對直立端面的雙聚焦型MLC，因其端面總是與射線擴散相平行，所以其射擊野的校對方式與常規方法相同，但對弧形端面的MLC葉片，因為燈光指示的是端面切點的位置而不是原射線強度被削弱50%的位置，致使情況變得復雜。好在計算和實踐業已證明：在使用的射野范圍內，燈光野和射線野之間的最大差別不超過1mm。在有的MLC上，採用縮短光源到等到中心距離1cm（SAD=99cm）的措施，將燈光野的指示範圍稍加擴大，即可使之與射線野符合，但這時下葉準直器的燈光野會比射線野略大。為解決之，在下葉準直器的上端面附加一對薄鋁片消光器，是兩者相符。
以上方法解決了等中心層面燈光和射線野的不符合問題，但對非標稱源皮距的照射還是會有誤差，因此在有的設計中，是將射線野大小與MLC葉片的對應位置都列成表格存入MLC控制微機中，只要指導處方射野的大小，就可得到葉片應運動到的位置。葉片運動控制邏輯中還可根據治療需要（如是否調強）來控制葉片運動的速度、相對葉片和相鄰葉片之間的碰撞問題等。
（3） 葉片驅動機構
對於開關型MLC，通常採用活塞氣動式控制，可使葉片快速進入開、閉狀態；對於非開關型的標准MLC，一般都採用微型電機驅動，並通過絲杠將電機的旋轉運動變成葉片的直線運動。葉片的運動速度可設計在大約0.2-50mm/s范圍，常用的速度是1-2cm/s
（4） 葉片位置的校對
葉片位置的校對是保證葉片精確到位的重要措施。它是把來自CCD攝像機的像素信號或來自線性電位器的電壓信號與葉片的位置進行一對一的校對，並定期重復進行。各公司生產的MLC自校對系統也各不相同，有的MLC系統中，是預置一與MLC運動方向垂直的窄長的紅外線束。當驅動MLC時，葉片就自動跨越它，葉片截取紅外線的寬度後與葉片位置的編碼信息進行比較，按預先列出的幾何關系計算公式定標後存入MLC控制計算機的相應表格中；有的MLC是在治療頭內預置了4個固定參考反射器，構成一個固定的參考射野框架，校對時只需要用膠片對一組預置預設射野進行照射，用膠片法進行MLC射野的刻度。
（5） 治療準直器或後備準直器的自動跟隨
治療或後備準直器的自動跟隨是為了屏蔽相對葉片和相鄰葉片之間的泄漏射線。除用後備準直器跟隨外，有的採用標準的加速器治療準直器進行跟隨。跟隨準直器的位置應由相應MLC葉片的當前位置的編碼信號進行控制。
用途
多葉準直器開發的主要目的是實現適形放療。但由於其機械結構方面的優良性能和計算機自動化控制下精確運動的靈活多樣性，使其具備了多種潛在功能。
最簡單的例子是取代常規實心擋塊。事實上，在放射治療中。特別是有些大野、部分術後放療等，只需要少數加擋塊的固定野。例如，大面積斗篷野、鋤形野、面頸聯合野、品字野、表淺腫瘤的電子線單向固定野、規范放療中的對穿野和三野交角照射等。這種靜止固定野照射，對擋塊沒有動態控制的要求，用手動MLC和具有精確的位置控制功能的MLC都可容易地完成。
無論是經模擬定位獲得的定位膠片或是體表標志射野，只要按比例描出射野的形狀和等中心點（或坐標原點），用數字化儀或掃描儀輸入與MLC配合使用的三維治療計劃系統，該系統很快就可用編輯好的數據文件去驅動MLC的各個葉片，形成所需要的適形擋塊野形狀。