CN105324684A

CN105324684A - 用于放射治疗处置引导和验证的探测器

Info

Publication number: CN105324684A
Application number: CN201480033376.0A
Authority: CN
Inventors: P·J·达席尔瓦罗德里格斯; A·M·A·T·罗德里格斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: EP3008490B1; EP3008490A1; CN105324684B; JP2016526665A; JP6310551B2; US9770603B2; US20160121139A1; WO2014198644A1

Abstract

本发明涉及一种用于探测兆伏级X射线辐射(3)的探测器(11)，包括：闪烁体(2)，其包括多条重闪烁纤维(13)，所述多条重闪烁纤维用于响应于入射兆伏级X射线辐射(3)而发出闪烁光子；支撑结构(15)，其用于支撑所述多条重闪烁纤维(13)并将所述多条重闪烁纤维固持到位；以及光探测器(17)，其用于探测所发出的闪烁光子的空间强度分布。本发明还涉及一种用于辐射治疗的装置(35)，所述装置包括粒子加速器(37)和用于探测兆伏级辐射的探测器(11)。又另外，本发明涉及用于探测X射线辐射和用于辐射治疗的方法。

Description

用于放射治疗处置引导和验证的探测器

技术领域

本发明涉及一种用于探测兆伏级X射线辐射的探测器和对应的方法，并且涉及一种用于辐射治疗的装置和对应的方法。本发明尤其涉及对由医学线性粒子加速器生成的X射线辐射的探测并且涉及图像引导的辐射治疗。

背景技术

用于癌症处置的一种途径是外部射束放射治疗或辐射治疗，其涉及利用高强度电子、光子、质子或强子射束的处置。在图像引导的辐射治疗(IGRT)中，通过从不同成像模态提取并被馈送到处置规划和验证工作流中的信息实现了使被递送到肿瘤的剂量最大化同时使对周围组织的剂量最小化的目标。

通常，全部新诊断出的癌症患者中超过50％要求外部射束治疗作为对他们的处置的主要部分。常规的外部放射治疗依赖于利用医学线性粒子加速器(LINAC)生成的辐射，所述LINAC借助于高强度电子射束产生电子或光子处置射束。线性加速器技术与控制的进步已经允许新的处置策略的出现，例如，强度调制辐射治疗(IMRT)或体积调制电弧治疗(VMAT)，它们被设计为使肿瘤控制最大化并使对关键区和健康组织的损伤最小化。然而，由新的处置途径提供的潜在的临床增益能够因不充分的患者固定、在处置递送时的设置误差和验证而受损。运动或有关于周围组织的肿瘤迁移的发生使得有必要包括用于在处置之前紧接的处置验证和处置规划的步骤。

在利用常规光子射束的图像引导的辐射治疗中，已经引入了用于射束监测和患者定位的两个主要技术：使用相同的或改动的处置射束(即，由LINAC生成的辐射)的兆伏级(MV)成像，或者使用额外的X射线射束的千伏级(kV)成像。LINAC能谱范围从千伏级直到兆伏级能量范围段(约6-18MeV的端点区域)。尽管光子中的大多数实际上的能量小于1MeV，但是通常在指该类型的辐射时使用术语“兆伏级辐射”。在本申请的上下文中，兆伏级X射线辐射因此指的是在kV和MV范围段内的能量。

许多年来，使用电子射野设备(electronicportaldevice)(EPDI)的兆伏级成像(或者基于电影或者基于有源矩阵平板成像器(AMFPI))传统上是用于对现场放置(fieldplacement)的几何验证以及剂量测定验证的主要技术。然而，利用兆伏级能量光子验证软组织靶体积的位置是有挑战性的，这归因于在这些能量处的光子衰减系数的非常小的差异。与常规的2D成像并行的是，用于基于锥形射束CT(CBCT)的3D成像的技术也得以实施。过去已经提出了借助于也与聚焦配置并行的经分割的重闪烁体面板来改进AMFPI的探测效率的解决方案。然而，这些解决方案常常归因于射束发散而以劣化的空间分辨率为代价。

作为对MV电子射野成像的备选方案，机载(on-board)kV成像近年来已经作为改进软组织与骨的对比度的方式而出现，并且是当前针对IGRT的主要选项中的一个，这归因于对靶体积和邻近的风险器官的增强的局部化的前景。大多数商业实施方式依赖于kVX射线源和相对的非晶硅平板成像器，所述非晶硅平板成像器成90°安装到处置头以用于对kVX射线投影图像的采集，从而用于放射照相和荧光透视。来自kVCBCT的剂量低于来自宽场MV射野成像的剂量，特别是针对对比度常常为低的、要求利用MV射束的额外暴露时间的解剖位点。针对这样的探测器的一个范例被使用在Elekta协同系统中，并且依赖于由非晶硅平板(RID1604，Perkin-ElmerOptoelectronics)读出的Gd₂O₂S:Tb(GOS)屏。其具有41×41cm²的有效面积，被称作1024×1024像素、400微米间距的阵列。该面板被定位为距旋转轴大约半米处，并且以2.7Hz的固定帧率捕获图像。较新的系统是被安装具有CsI面板的，以较高的帧率提供改进的数据采集。

在西门子健康护理白皮书“In-LinekViewImaging–ThenewstandardinImage-GuidedRadiationTherapy”中，提出了一种IGRT途径，所述IGRT途径利用改动的处置射束以用于成像。现有的处置射束被改动并被优化以用于成像，以便使用被安装在LINAC机架上的机载MVAMFPI设备来提供具有高的2D和3D软组织对比度的kV样图像。出于处置的目的，均整器(flatteningfilter)用于实现跨射野的均匀剂量。该均整器吸收对高对比度图像所必要的低能量光子。通过出于成像的目的而移除该均整器，该途径允许恰好利用射束中的那些低能量分量。通常使用约4MV的射束。另外，用于成像的特殊碳靶还使能谱朝向更适合于成像的kV范围移位。能够利用经常使用的平板探测器来探测经改动的射束。然而，其要求改动用于成像的射束。

在WO2010/057500A1中，公开了一种掺杂有光导(opticalguide)的辐射探测器。该探测器适合于与粒子治疗应用结合使用，并且包括至少一组闪烁光导，所述至少一组闪烁光导在暴露于入射辐射后生成闪烁光。该光导被布置在阵列中，例如被布置在所谓的harp构型中，以用于探测横向辐射束轮廓。

在US2012/0292517A1中，公开了一种辐射治疗系统，所述辐射治疗系统包括被配置为发出辐射的射束的线性加速器和被配置为实时探测由线性加速器发出的辐射的射束的剂量计。该剂量计包括闪烁纤维的至少一个线性阵列和探测系统，其中，所述闪烁纤维的至少一个线性阵列被配置为以多个独立的角取向来捕获来自射束的辐射，所述探测系统被耦合到所述至少一个线性阵列，该探测系统被配置为通过测量闪烁纤维的输出来探测辐射的射束。

在US2012/0205530A1中，公开了一种注量监测探测器，所述注量监测探测器用于与具有X射线辐射源的放射治疗机上的多叶准直器一起使用。该注量监测探测器包括多条闪烁光纤、被耦合到闪烁光线的相反两端的多个收集光纤，以及被耦合到收集光纤的光探测器。

在US2007/0164225A1中，公开了一种用于射野成像的切伦科夫X射线探测器。该探测器包括由大量光纤制成的光纤锥(OFT)。该光纤锥为具有由例如硅石制成的芯材料并涂覆有包层玻璃或聚合物的光纤的矩阵。光纤锥中的每条光纤都与入射X射线源完全对齐，使得进入纤维顶部的X射线直接朝同一纤维的底部行进。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于探测兆伏级X射线辐射的、具有改进的探测效率的探测器和对应的方法，尤其是用于MV电子射野成像的探测器和对应的方法。本发明另外的目标是提供一种用于IGRT的装置。

根据本发明的第一方面，提出了一种用于探测兆伏级X射线辐射的探测器，包括：闪烁体，其包括用于响应于入射兆伏级X射线辐射而发出闪烁光子的多条重闪烁纤维，所述多条重闪烁纤维指向发出所述兆伏级X射线辐射的辐射源的方向；支撑结构，其用于支撑所述多条重闪烁纤维并将所述多条重闪烁纤维固持到位；以及光探测器，其用于探测所发出的闪烁光子的空间强度分布。

根据本发明的另一方面，提出了一种用于辐射治疗的装置，包括：粒子加速器，其用于生成兆伏级X射线辐射；对象支撑体，其用于支撑经受利用辐射治疗的处置的患者或目标，所述辐射治疗使用所述兆伏级X射线辐射；以及如在本文中所描述的用于探测兆伏级X射线辐射的探测器。

根据本发明的另外的方面，提出了对应的方法。本发明的优选实施例被定义在从属权利要求中。应当理解，要求保护的装置和方法具有与要求保护的探测器以及如从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。

与主要针对对千伏级X射线辐射的探测进行优化的其他探测器相比，根据本发明的探测器尤其适合于对兆伏级X射线辐射的探测。在该上下文中，兆伏级X射线辐射指的是由LINAC生成的辐射，所述由LINAC生成的辐射能够包括具有在keV和MeV范围段内的能量的光子。对这样的辐射的探测的一个特征在于，探测器包括包含多条重闪烁纤维的闪烁体。在所述闪烁体中，即，在闪烁体材料中，闪烁光子是响应于入射电离辐射，尤其是X射线辐射、兆伏级辐射或兆伏级X射线辐射而被发出的。被使用在探测X射线辐射，尤其是被使用在医学成像中的传统闪烁体利用闪烁晶体，通常是无机晶体，所述闪烁晶体可以被布置为片层结构(即，平面的)，晶体的阵列或矩阵。不同于这样的片层结构的晶体，根据本发明，重闪烁纤维被包括在闪烁体中。该构型的一个优点在于，构建较厚的闪烁结构变得有可能了。因此，如果入射X射线辐射是高能量的，即，兆伏级X射线辐射，则能够增大被吸收的辐射的量。如果吸收了较高量的辐射，则能够实现关于入射辐射的较高探测效率。

在本发明的上下文中，重闪烁纤维优选指的是无机纤维。然而，也可能通过利用塑料闪烁纤维(即，包括掺杂有荧光掺杂物的塑料芯材料的纤维)来实施本发明的优点中的至少一些，所述塑料闪烁纤维为例如BCF-10、BCF-12、BCF-20(参见例如“ComparisonofBCF-10,BCF-12,andBCF-20ScintillatingFibersforUseina1-DimensionalLinearSensor”(Chichester、DavidL.，IEEE2012NuclearScienceSymposium，2012年))。

为了将闪烁纤维保持在有关于彼此以及有关于所述光探测器的合适位置，所述探测器包括支撑结构，所述支撑结构允许将所述纤维布置为有序的阵列或表面结构，所述有序的阵列或表面结构准许入射X射线辐射进入到所述纤维中。

另外，所述探测器包括光探测器，所述光探测器允许探测由所述重闪烁纤维发出的闪烁光子，并从所述闪烁光子导出这些闪烁光子的强度分布(空间强度分布)。如果例如所述纤维被支撑在阵列或矩阵结构中，则每条纤维都能够被耦合到所述光探测器中的光敏元件，并且由所述光探测器探测到的所述强度分布等价于所述入射X射线辐射的强度分布。

在实施例中，所述支撑结构包括用于插入所述重闪烁纤维的至少一端的开口。因此，所述纤维被固持到位并且不能相对于彼此、相对于所述支撑结构或相对于所述光探测器移动。这些开口或孔优选具有与重闪烁纤维或重闪烁纤维的捆束的直径相同范围的直径。优选地，片层支撑结构包括为所述支撑结构中的圆柱体形状的孔的形式并且具有相对于所述支撑结构的变化的角度的开口的矩阵阵列，使得每个孔(以及因此所插入的闪烁纤维)指向所述辐射源的方向。所述纤维相对于所述辐射源的直接或几乎直接的取向允许捕获最大量的辐射。所述闪烁纤维的另一侧朝向所述光探测器，在所述光探测器中能够探测到闪烁事件(即，入射X射线到闪烁光子的转换)发生在哪个位置。所述开口能够有各种长度(或深度)，例如像整条闪烁纤维那么长。

所述支撑结构能够被设计成不同的形式。一种可能性是将所述支撑结构设计为使得其允许将所述闪烁纤维直接连接或附接到所述光探测器，例如通过在支撑结构与光探测器之间提供机械耦合部件。所述支撑结构的一种可能的形式是大平面或片层结构，例如400×400mm²，其能够被适当的2D光传感器读出。例如，如果使用2D光探测器阵列，则每条闪烁纤维都能够被连接到单个光探测器元件。备选地，光共享是可能的，即，来自一条纤维的闪烁光子能够到达多个光探测器元件。其他形式也是可能的，例如，聚焦形式，所述聚焦形式将开口提供为使得被插入到所述开口中的重闪烁纤维为聚焦布置，同时所述支撑结构的另一侧是平的并且能够被容易地耦合到光探测器(例如，光探测器阵列)或被耦合到允许确定哪条闪烁纤维是闪烁光子的源的另一光学结构。也有可能使用额外的连接器件以用于将所述光探测器连接到所述纤维。

与闪烁晶体相比，重闪烁纤维能够被容易地布置为聚焦布置，使得全部纤维都被定向为朝向单个聚焦点。该聚焦点例如能够是X射线辐射源。通过利用提供用于对指向聚焦点的纤维进行固定的开口的支撑结构，每条重闪烁纤维或纤维的每条捆束的该个体取向是可能的。因此，被插入这些开口中的单条纤维、纤维的阵列或纤维的捆束被定向为朝向该聚焦点。该实施例允许使用比较长的闪烁纤维并且从而获得高探测效率。闪烁纤维中的任一捆束都能够被所述支撑结构共同地保持在合适位置处，或者每条闪烁纤维都能够被所述支撑结构单独固持并被布置在阵列中。这两种可能性都允许将单条纤维或纤维捆束聚焦到一个聚焦点，然而所述一个聚焦点不仅能够是单点源而且还能够是距所述闪烁体一距离的球形体积。将所述闪烁纤维布置在捆束或阵列中的一个优点在于，能够做出对特定闪烁纤维到光探测器位置或光探测器元件的较清楚的分配。

根据本发明的一个实施例，所述重闪烁纤维包括为单晶或陶瓷配方并且装载或不装载有如镥的稀土材料的无机Z有效材料(inorganicZ-effectivematerial)，尤其是铈掺杂的正硅酸钇镥LSO/LYSO、铈掺杂或镨掺杂的镥铝石榴石LuAG:Ce/LuAG:Pr、铈掺杂的钇铝钙钛矿YAP:Ce、铈掺杂的正硅酸钇YSO:Ce、铊掺杂的碘化铯CsI:Tl、锗酸铋、PWO、BGO或GAGG:Ce。

Z有效材料或高Z材料在该上下文中优选指的是包括具有高Z数(>50)的原子的高密度材料(>5g/cm3)。无机Z有效材料尤其适合于以微下拉法来制作，所述微下拉法允许对纤维的高效制作。用于制作这样的无机闪烁纤维的备选选项是陶瓷模塑，一种非常适合于陶瓷石榴石闪烁体(如GAGG)和镥掺杂的衍生物的技术。使用这样的材料的另一优点在于，这些晶体中的若干能够承受来自处置光子射束(即，兆伏级射束或高能射束)的辐射剂量，而没有因诱发的辐射损伤而造成的在较长时期内透光率或其他性质的损失。该时期能够长达十年。当前，微下拉技术允许生长具有长达200mm的有效长度和在0.3至3mm之间的直径的Z有效闪烁纤维，即，由具有高Z数的材料组成的闪烁纤维。

在另一实施例中，所述支撑结构也包括在所述重闪烁纤维之间和/或在所述开口的内表面上的反射材料。该反射材料具有将在闪烁纤维中生成的闪烁光子保持在该纤维中并且不泄露到相邻纤维的作用。也防止所发出的闪烁光子离开所述纤维并且不到达所述光探测器。这样的泄漏可以造成光收集效率的损失。

一种可能性是根据反射材料构建所述支撑结构并将所述闪烁纤维嵌入该反射材料中，使得所述闪烁光子被反射回到生成所述闪烁光子的所述纤维中。另一可能性是仅在将所述闪烁纤维固持到位的所述支撑结构中的所述开口的内表面上沉积反射材料，或者甚至在所述闪烁纤维自身上沉积反射材料。

在另一实施例中，所述探测器还包括覆盖所述重闪烁纤维的反射体，尤其是被沉积在所述重闪烁纤维上的反射材料或被放置在在其上沉积反射材料的所述纤维上的塑料板或金属板。该反射材料覆盖所述闪烁纤维的指向所述辐射源的一侧。除了如上所述的在所述重闪烁纤维之间的所述反射材料以外，利用反射材料覆盖所述重闪烁纤维也是有利的，以防止闪烁光子在所述入射X射线辐射的入口侧上漏出所述闪烁纤维。如果X射线击中所述闪烁纤维并触发闪烁光子的发出，则该闪烁光子不仅能在径向方向上漏出所述纤维，即，迁移到相邻纤维，而且还能在所述闪烁纤维指向所述入射X射线辐射的一侧上的轴向方向上漏出所述纤维。这通过额外地使用被沉积在所述闪烁纤维上的反射层来得以预防。为了获得高探测效率，期望有尽可能多的闪烁光子在所述光探测器的一侧上离开所述闪烁纤维。为此的一种可能性是在所述纤维的径向侧上使用反射材料，连同在所述重闪烁纤维的指向所述X射线辐射源的轴向侧上覆盖所述重闪烁纤维的反射体。如果该反射体或反射材料尽可能地对所述入射X射线辐射透明，则这是有利的。

根据另一实施例，所述探测器还包括被布置在所述重闪烁纤维与所述光探测器之间的光学层，以用于将所发出的闪烁光子从所述重闪烁纤维引导到所述光探测器。该额外的光学层的主要目的是允许使用具有所述闪烁纤维的不同形状的光探测器。通过提供光学层，各种形式的闪烁纤维和/或支撑结构能够与各种形式的光探测器组合。尤其地，能够补偿大小上的差异。

在一个实施例中，该光学层包括光纤或光学级透明纤维。这些纤维能够是柔性的，以用于允许所述重闪烁纤维与所述光探测器的柔性连接。备选地，其他类型的光纤也是可能的，例如，不装载有闪烁体化合物但装载有波长移位化合物的硬质纤维或塑料波长移位纤维，所述波长移位化合物吸收所述闪烁光子并再次发出为谱中更适合于光传感器的谱响应(量子效率)的另一部分的光(通常吸收蓝光并再次发出绿光)。尤其有利的是，借助于导光胶水将所述重闪烁纤维中的每条与单条光纤或柔性光学级透明纤维相连接。利用导光胶水将每条闪烁纤维都光学耦合到柔性光纤的这样的混合构造具有便于与所述光探测器的连接的额外优点。

在本发明的另一方面中，提出了一种如以上已经提及的用于辐射治疗，尤其是用于图像引导的辐射治疗的装置。优选地，相同的辐射用于成像和治疗，即，对目标或患者的处置，使得在成像与处置之间不需要改动或者甚至更换所述辐射源。

另外的可能是所述装置额外地包括射束形成器件，以用于扩展或聚焦所生成的兆伏级X射线辐射，以便穿过所述对象支撑体上的所述患者或所述目标的更大或更小的区。又另外，所述装置可以允许将高Z韧致辐射靶更换为低Z靶(例如，碳)并且从而基于相同的粒子加速器来生成经优化的成像射束。该射束然后能够由根据本发明的所述探测器探测到，但通常归因于太低的能量而不适合于治疗。

在根据本发明的装置的一个实施例中，所述装置被配置用于通过使用相同的兆伏级X射线辐射来同时进行处置和探测。在通过兆伏级X射线辐射的射束执行对所述对象支撑体上的患者或目标的处置时，所述探测器能够同时探测所述兆伏级X射线辐射中透射通过所述患者或所述目标并到达所述探测器的部分。因此，与使用单独的成像模态(例如，机载X射线成像器)或改变所述X射线源以执行处置或探测的其他设备相比，根据本发明的所述装置允许同时处置所述患者并根据探测到的辐射生成图像，以便证实所述处置射束被引导到所述患者中的期望的区或体积并在必要时校正设定(setting)。该实施例的一个优点在于，除了被使用在处置自身中的辐射剂量以外，不必使用额外的辐射剂量。

在所述装置的另一实施例中，所述粒子加速器被配置为生成兆伏级X射线辐射的(短)脉冲，所述(短)脉冲向所述对象支撑体上的患者或目标递送低于处置剂量的辐射剂量，并且所述探测器被配置为探测兆伏级X射线辐射的所述(短)脉冲。例如，如果不期望同时处置所述患者或所述目标并且生成图像，而是期望仅生成图像，则所述装置允许基于短脉冲来生成图像，所述短脉冲也是由相同的辐射源(即，所述粒子加速器)生成的，但具有比常用的处置射束更低的能量。需要图像的一种可能情境例如能够是针对所述患者或所述目标在所述对象支撑体上的初始定位。在确立并验证了正确的位置后，即能够启动处置。在处置期间，能够通过同时根据探测到的兆伏级X射线辐射生成图像来观察到所述患者或所述目标的位置变化。另一优点在于，不必为了图像生成而中断处置，例如，在所述患者或所述目标已经改变其位置的情况中。另外，安全原因可以要求周期性地保证所述处置仍被施加到所述患者或所述目标中的期望体积。最后，所述辐射源不需要被改动或被更换，虽然针对所述患者的辐射剂量被减少。

另外的优点在于，通过将相同的辐射用于成像和处置，不需要额外的粒子加速器或其他的辐射生成设备。因此，能够减少这样的装置的总体成本。

所述兆伏级X射线辐射，尤其是被使用在医学辐射治疗中的兆伏级X射线辐射，优选地是由粒子加速器，尤其是由医学线性粒子加速器(LINAC)生成的。所生成的X射线辐射穿过正经受利用辐射治疗的处置的患者或目标。为此，该患者或目标由对象支撑体支撑，所述对象支撑体允许将所述患者或所述目标固持在某个位置，即，处置位置中。如上所述，在穿过所述患者或所述目标之后，所述辐射被探测器探测到。在辐射治疗中，特别是在图像引导的辐射治疗中，重要的是在处置的整个持续时间期间，将处置辐射(即，处置射束)指向到正经受处置的所述目标或所述患者中的特定区或体积。所述对象支撑体的一个任务是保持所述患者或所述目标在整个处置期间处于相同的位置。与用于辐射治疗的其他装置相比，根据本发明的所述装置允许在所述对象支撑体上的所述患者或所述目标正经受处置的同时生成所述患者或所述目标的图像。

所述兆伏级X射线辐射可以是以扩展的射束的形式发出的，即，穿过所述对象支撑体上的所述患者或所述目标的较大体积的射束，使得能够生成较大区的图像。所述兆伏级X射线辐射可以备选地是以聚焦的射束的形式发出的，使得能够增大被递送到经受辐射治疗的所述患者或所述目标中的特定区或体积的剂量。

附图说明

参考在后文中描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是明显的并且得到阐明。在附图中

图1示出了用于MV成像的不同的晶体闪烁体布置，

图2示出了根据本发明的探测器的实施例的图示，

图3示出了混合型闪烁光纤的示意性图示，

图4示出了根据本发明的探测器的另一实施例的图示，

图5示出了根据本发明的探测器的立体简化图示，

图6示出了根据本发明的用于图像引导的辐射治疗的装置的实施例，并且

图7图示了根据本发明的用于探测X射线辐射的方法。

具体实施方式

涉及IGRT技术的主要关心问题中的一个是由于对kV、MVCBCT或射野成像的重复或连续使用导致的患者经受的额外剂量。当前，CT成像流程要求采集若干图像序列以用于放射治疗规划。与相关联的MV验证成像流程一起，这涉及到针对CT成像阶段在各个关键结构中吸收到的为1-40mGy的剂量，以及针对验证阶段为10-20mGy的剂量。另一方面，IGRT中的CBCT允许获得患者在每一个片段处的图像，以便支持靶/风险器官的设置和可视化。该途径的问题中的一个在于，典型的kVCBCT成像协议(例如在骨盆区域中)能够引起每次扫描30mGy的患者表面剂量。在在线校正协议或要求每天成像的临床研究/治疗(40个片段)的情况中，总表面剂量能够超过2Gy，即，已经在针对皮肤水平的辐射诱发病变的阈值以上。

因此并且归因于在利用kV和MV机载成像的IGRT流程中涉及到的额外剂量的关心问题，需要用于以低剂量降低针对软组织可视化所要求的总剂量的技术。然而，在MV范围段内，常规的MVAMFPI提供为辐射射束强度的百分之几(2-3％)的非常低的量子效率(DQE)。这是X射线探测器在MV能量(例如，6MV)处的有限的X射线衰减的结果。这样的探测器通常由1mm厚的铜板和Gd2O2S:Tb或CsI屏组成。在较高的光子射束能量(直到15-20MV)处，DQE还要进一步降低。

改进MVMFPI中的非常低的量子效率因此能够引起成像性能、剂量减少上的重大改进，以及利用以临床可接受的剂量执行的MV锥形射束计算机断层摄影(MVCT)的改进的软组织可视化。

图1图示了解决该问题的可能途径。如图1a所示，经分割的闪烁体1能够用于探测来自辐射源5的入射X射线辐射3。闪烁体1包括为闪烁晶体7的形式的高纵横比的元件的二维阵列，所述闪烁晶体7被间壁材料分开，所述间壁材料限制闪烁的光学铺展。这样的改进能够实现以非常低的剂量(低至每幅图像一个射束脉冲)对高质量射野图像的采集。然而，如图1b中所图示的，该技术具有以下缺点：即，仅能通过增大经分割的闪烁体1中每个像素7的厚度来增大DQE，这归因于入射光子射束的发散性而能够引入严重的模糊。

两种解决方案能够有助于绕开该限制。如图1c中所图示的，闪烁体像素7能够被放置在被定向为朝向发出点的柔性结构9上。备选地，如图1d中所图示的，能够使用不同大小的梯形闪烁晶体7。主要缺点在于，需要有效的光学耦合策略以将光学信号从晶体元件传输到光传感器阵列，或者需要大量不同形状的晶体，以便维持入射射束聚焦到探测器。因此，这两种途径通常都会导致传感器的高制作成本。

对根据本发明提出的这些问题的解决方案是对被布置为平面布置或聚焦布置的重(即，高Z材料)闪烁纤维的使用。该途径的一个优点在于，能够减少被递送到患者的辐射剂量，这是因为能够使用具有DQE＞10％的长纤维而不受焦点光行差效应(focalaberrationeffect)影响，所述焦点光行差效应影响如在图1b中示出的那种的解决方案。

图2示出了根据本发明的探测器11a的第一实施例的示意性图示。探测器11a包括闪烁体12。在闪烁体12中，使用重闪烁纤维13(即，高Z无机纤维)。能够以合适的制作工艺来生产这样的纤维13，如微下拉法或陶瓷模塑工艺。纤维13能够被分组成捆束并且被布置，以便建立与单个固定场辐照相容的大面积探测器(例如，40×40cm²)，同时保持图像平面上高的像素粒度(例如，从几百微米到几毫米)。能够利用不同的纤维直径定制闪烁体平面粒度，允许取决于特定应用对不同2D光传感器阵列的使用。

借助于支撑结构15将重闪烁纤维13固持到位。该支撑结构15优选包括开口16，所述开口16用于插入重闪烁纤维13的至少一端。支撑结构15中的开口16(即，孔)能够指向辐射源，使得其一端被插入开口中的纤维13(或在探测器的另一实施例中为纤维的捆束)被定向在辐射源的方向上(未示出，但通过入射辐射3指示)。因此，除了将闪烁纤维13固持到位以外，该支撑结构15也允许向每条闪烁纤维13给予个体取向。该个体取向允许例如将闪烁体12构建在聚焦布置中，即，在其中单个闪烁元件(晶体、纤维等)全部朝向一点或聚焦点(例如，辐射源)的闪烁体12。可能的是不需要独立地将每个闪烁晶体制作为梯形形式。开口16或反射体齿槽(alveoli)为纤维13提供机械支撑并将它们保持为与射束源(尤其是点源)对齐。支撑结构15的厚度以及开口16的长度/深度能够是可变的，例如，容纳纤维13的整体长度或仅其部分。优选地，重闪烁纤维13被布置在阵列，即，2D片层布置中，其中，每条纤维13独立地指向点源。

探测器11a还包括光探测器17，所述光探测器17用于探测所发出的闪烁光子的空间强度分布。该光探测器17优选包括光敏元件19的1D或2D阵列，所述光敏元件19的1D或2D阵列允许入射光子到电荷分布的转换。图2还示出了电气互联21以及数据控制与支持电子器件23，它们能够用于读出和进一步处理由光探测器17探测到的电荷分布。

支撑结构15优选包括在重闪烁纤维13之间和/或在开口16的内表面上的反射材料，以用于提供在相邻纤维之间的光学隔离。该反射材料能够被包括在支撑结构15中(即，支撑体15自身由反射材料制成)、被沉积在开口16的内表面上，在所述开口16中，重闪烁纤维13被插入或也被沉积在重闪烁纤维13自身上。该反射材料的一个作用在于，能够增加在重闪烁纤维13中生成并被引导到光探测器17的闪烁光子的百分数。如果没有反射材料，则在一条闪烁纤维中的生成的闪烁光子能够在被探测到之前迁移到相邻纤维，或者也离开闪烁体12而根本未被探测到。通过在纤维13之间提供反射表面将闪烁光子约束到纤维能够因此提高探测效率和/或得到较高的准确度，这是因为较高量的闪烁光子在该闪烁光子被生成的于其中的闪烁纤维的端部中或处被探测到。

还可能的是，探测器11a任选地包括反射体25，所述反射体25在指向入射X射线辐射3的一侧上覆盖重闪烁纤维13。该反射体25能够例如由被沉积在纤维的顶部上的反射材料来表示，或者由被附接到探测器11(尤其是被附接到闪烁体1的支撑结构15)的金属板(包括例如铜或铝)来表示。反射体25具有与闪烁纤维13之间的反射材料相似的功能。一条纤维中的生成的光子被防止在进入辐射的方向上离开该纤维。因此，反射体25优选对入射兆伏级X射线辐射3透明，但针对所生成的闪烁光子是反射性的。针对一些应用，反射体25能够通过金属板来实现，所述金属板吸收散射辐射并充当积累层此外还充当光学反射体。借助于在闪烁纤维与纤维的顶部上的反射体25之间的反射材料，纤维13中生成的高百分数的闪烁光子能够被约束到纤维13，并且适当地被光探测器探测到。

又另外，任选地能够包括在闪烁体12与光探测器17之间的光学层27。该光学层27将所发出的闪烁光子从重闪烁纤维13引导到光探测器17，尤其是引导到光敏元件19。

在根据本发明的探测器的优选实施例中，400或800μm直径的重闪烁纤维被映射到单个固态AMFPI设备，所述单个固态AMFPI设备包括一百或几百平方μm的光敏元件并且以特定的采集帧率以光子计数或积分模式工作，即，对每个元件和时间间隔的闪烁光子进行计数。典型的AMFPI设备例如能够具有大约40×40cm²的面积，并且例如能够包括1024×1024阵列的光敏元件(像素)，每个像素覆盖400μm×400μm的面积，或者512×512阵列，在所述512×512阵列中，每个像素覆盖800μm×800μm的面积。其他像素大小、像素的数目或面积也是可能的。数据控制与支持电子器件23可以包括提供数据读出、串行格式化、数据传输与控制的辐射硬FPGA。

备选地，光学层27可以包括光纤(如图4中所图示的)，尤其是用于将闪烁光子从闪烁体12引导到光探测器17的柔性光纤(标准光纤)。

图3图示了混合型闪烁光纤29，所述混合型闪烁光纤29包括借助于一层导光胶水33而被胶合到光纤31的重闪烁纤维13。也可能将混合型闪烁光纤29插入到支撑结构15中的开口16中。在该实施例中，图示了被沉积在开口16的内表面上的反射材料18。备选地，将可能根据反射材料来构建支撑结构15自身。因此，在所图示的实施例中，光纤31连同导光胶水33一起表示光学层27。与针对光学层27的其他可能性相比，利用光纤31的一个优点在于，能够提供重闪烁纤维13与光探测器17之间的柔性连接。如图3所示，如果一条光纤31例如借助于导光胶水33而被直接连接到闪烁纤维13，则变得尤其易于将闪烁纤维13耦合到2D光传感器阵列，即，光探测器17。

图4示出了根据本发明的包括这样的混合型光学闪烁纤维29的探测器11b的另外的实施例。纤维被插入到支撑结构15中的开口中，从而被固持到位。纤维29以聚焦布置被布置在阵列中，其中，全部纤维29指向虚拟(virtual)点源(辐射源，在图4中未示出)。也可能将重闪烁纤维13或混合型闪烁光纤29布置在纤维捆束(未示出)中，允许(例如归因于较少的组装部分而)更高效的制作工艺。然后，每条纤维捆束指向源点，即，辐射源。

每条混合型闪烁光纤29都包括例如借助于一层光学(导光)胶水33而被耦合到柔性光纤31的重闪烁纤维13。例如也通过使用一层光学胶水34，每条光纤31都能够被耦合到光探测器17中的单个光敏元件19。备选地，也可能借助于若干光敏元件(即，利用为光共享配置的光探测器17)来探测一条光纤31中的闪烁光子。

这样的混合型光学闪烁纤维29的主要优点在于，闪烁体12与光探测器17的耦合是柔性的。该柔性能够例如允许使用不同大小的闪烁体12和光探测器17。而且，也可能调节闪烁纤维13的取向，而不需要更改光探测器17的设计。这在纤维13指向单个点源(即，被布置为聚焦布置)的情况下尤其有用。如以上所概述的，这允许利用较厚的闪烁结构来提高对高能量(即，兆伏级)X射线辐射的探测效率。

在图5中，示出了这样的用于探测兆伏级X射线辐射的探测器11的实施例的简化立体图示。能够看出，重闪烁纤维13的一侧对来自辐射源的入射X射线辐射是开放的。其中的重闪烁纤维13优选为聚焦布置。任选地，反射体(在图5中未示出)能够用于在指向辐射源的一侧上覆盖重闪烁纤维13，以便反射在该侧上离开纤维13而未被光探测器17探测到的发出的闪烁光子。读出和支持电子器件23通常被附接到探测器11c的不指向辐射源的一侧。

在图6中，示意性地图示了根据本发明的用于辐射治疗的装置35。最显著地，该装置包括用于生成兆伏级X射线辐射的粒子加速器37。该粒子加速器优选为医学线性粒子加速器(LINAC)，所述LINAC通过使带电粒子经受沿着线性射束线的一系列振荡电势来增大所述带电粒子的速度。利用LINAC37生成的X射线辐射3(即，处置射束)然后被发出并指向正经受处置的对象或目标中的处置区域。由对象支撑体上的患者或目标观察到的辐射3的特定发出点能够被称作辐射源5。

该装置还包括对象支撑体39，所述对象支撑体39用于支撑经受利用辐射治疗的处置的患者或目标，所述辐射治疗使用该兆伏级X射线辐射。另外，包括了根据本发明的用于探测兆伏级X射线辐射的探测器11。尤其地，该探测器11允许探测在辐射治疗中用于对患者或目标的处置的高能量(即，兆伏级)X射线辐射。

该装置也可以包括射束形成器件41，所述射束形成器件41用于扩展或聚焦所生成的兆伏级X射线辐射3，以便穿过对象支撑体39上的患者或目标的更大区或更小区。这些射束形成器件41能够用于影响X射线辐射射束的形状，以便针对成像或针对处置而被优化。

如以上所解释的，辐射治疗常常被使用在癌症治疗中。通常，用于辐射治疗的装置35允许以特定角度旋转辐射源5，以允许对正经受处置的患者或目标中的不同区或体积施加处置射束。将相同的辐射用于处置并用于成像的一个优点在于，不需要额外的辐射源(即，第二辐射源)并且能够降低设备成本。另外，由于仅需要包括一个辐射生成设备，因此能够便于用于辐射治疗的装置35的构造。又另外，与包括正交于处置射束的方向的单独的成像模态的用于辐射治疗的装置相比，如果成像方向平行于处置方向的话，所提供的正经受处置的患者或目标中的处置片段的图像的分辨率通常更高。

在图7中图示了根据本发明的用于辐射治疗的方法的实施例。在步骤S12中，由粒子加速器(通常根据基于患者的解剖信息先前计算的处置计划)生成兆伏级X射线辐射。在步骤S14中，支撑经受利用辐射治疗的处置的患者或目标，所述辐射治疗使用兆伏级X射线辐射。在步骤S16中，兆伏级X射线辐射诱发在包括多条重闪烁纤维的闪烁体中的闪烁光子的发出。在步骤S18中，在辐射侵入期间将这些纤维固持到位。然后，在步骤S20中，利用光探测器探测所发出的闪烁光子的空间强度分布。所重建的图像或投影能够被用作对重建软件的输入，所述重建软件创建如由来自LINAC的辐照场看到的对人体的表示。然后能够将该表示与处置计划进行比较，并且能够识别在患者设置期间引入的偏差，并在偏差超过某个阈值的情况下校正所述偏差。

根据本发明的另外的方面，也可能仅利用上述方法的步骤的子集。

尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种用于探测兆伏级X射线辐射(3)的探测器(11)，包括：

-闪烁体(12)，其包括用于响应于入射兆伏级X射线辐射(3)而发出闪烁光子的多条重闪烁纤维(13)，所述多条重闪烁纤维(13)指向发出所述兆伏级X射线辐射(3)的辐射源的方向；

-支撑结构(15)，其用于支撑所述多条重闪烁纤维(13)并将所述多条重闪烁纤维固持到位；以及

-光探测器(17)，其用于探测所发出的闪烁光子的空间强度分布。

2.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述支撑结构(15)包括用于插入所述重闪烁纤维(13)的至少一端的开口(16)。

3.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述支撑结构(15)将所述重闪烁纤维(13)固持在被定向为朝向聚焦点的一条或多条捆束和/或阵列中。

4.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述重闪烁纤维(13)包括为单晶或陶瓷配方并且装载有或不装载有如镥的稀土材料的无机Z有效材料，尤其是铈掺杂的正硅酸钇镥LSO/LYSO、铈掺杂的或镨掺杂的镥铝石榴石LuAG:Ce/LuAG:Pr、铈掺杂的钇铝钙钛矿YAP:Ce、铈掺杂的正硅酸钇YSO:Ce、锗酸铋、PWO、BGO或GAGG:Ce。

5.根据权利要求1所述的探测器，其中，所述支撑结构(15)包括在所述重闪烁纤维(13)之间和/或在所述开口(16)的内表面上的反射材料。

6.根据权利要求1所述的探测器，还包括覆盖所述重闪烁纤维(13)的反射体(25)，尤其是被沉积在所述重闪烁纤维(13)上的反射材料。

7.根据权利要求1所述的探测器，还包括被布置在所述重闪烁纤维(13)与所述光探测器(17)之间的光学层(27)，所述光学层用于将所发出的闪烁光子从所述重闪烁纤维(13)引导到所述光探测器(17)。

8.根据权利要求1所述的探测器，还包括被布置在所述重闪烁纤维(13)与所述光探测器(17)之间的光纤(31)，所述光纤用于将所发出的闪烁光子从所述重闪烁纤维(13)引导到所述光探测器(17)。

9.根据权利要求8所述的探测器，其中，所述光纤(31)为柔性的，以用于允许所述重闪烁纤维(13)与所述光探测器(17)的柔性连接。

10.根据权利要求8所述的探测器，其中，每条重闪烁纤维(13)都借助于导光胶水(33)而被连接到光纤(31)。

11.一种用于辐射治疗的装置(35)，包括：

-粒子加速器(37)，其用于生成兆伏级X射线辐射；

-对象支撑体(39)，其用于支撑经受利用辐射治疗的处置的患者或目标，所述辐射治疗使用所述兆伏级X射线辐射；以及

-根据权利要求1所述的用于探测兆伏级X射线辐射的探测器(11)。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置被配置用于通过使用相同的兆伏级X射线辐射同时进行的处置和探测。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述粒子加速器(37)被配置为生成兆伏级X射线辐射的脉冲，所述脉冲向所述对象支撑体(39)上的患者或目标递送低于处置剂量的辐射剂量，并且所述探测器(11)被配置为探测兆伏级X射线辐射的所述脉冲。

14.一种用于探测兆伏级X射线辐射的方法，包括：

-响应于入射兆伏级X射线辐射而利用包括多条重闪烁纤维(13)的闪烁体(12)发出(S16)闪烁光子，所述多条重闪烁纤维(13)指向发出所述兆伏级X射线辐射(3)的辐射源的方向；

-支撑(S18)所述多条重闪烁纤维并将所述多条重闪烁纤维固持到位；并且

-利用光探测器(17)来探测(S20)所发出的闪烁光子的空间强度分布。

15.一种用于辐射治疗的方法，包括：

-发出(S12)由粒子加速器(37)生成的兆伏级X射线辐射；

-支撑(S14)经受利用辐射治疗的处置的患者或目标，所述辐射治疗使用所述兆伏级X射线辐射；并且

-利用根据权利要求14所述的方法来探测所述兆伏级X射线辐射。