JP2015520362A - ハドロンビーム検証用の装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハドロンビーム検証用の装置及び方法に関する。本装置は、短期間で複数の特性を検証することを可能にする。本装置は、少なくとも一つの主ディグレーダ素子と、それに関連した多重厚さディグレーダ素子とを備える。多重厚さディグレーダ素子は、ビームディグレーディング物質製の複数のパッチを備え得て、パッチは、一定ではあるがパッチ間で相互に異なる厚さを有する。代わりに、多重厚さディグレーダ素子は、楔形素子であり得る。多様な厚さ部分にペンシルビームを向けることによって、ビーム範囲の推定を可能にするデータ点を得ることができる。これに加えて、本装置は、ディグレーダ物質が存在しない領域を備え、装置を移動又は交換せずに、スポットサイズの測定結果を得ることができる。

Description

本発明は、荷電ハドロンビーム治療の分野に関する。特に、本発明は、ペンシルビーム走査法で使用されるハドロンビームの検証に関する。

現状のプロトンビーム施設におけるペンシルビーム走査法（ＰＢＳ，ｐｅｎｃｉｌ ｂｅａｍ ｓｃａｎｎｉｎｇ）はターゲットの個別のスポットの照射を含み、各スポットは、所定の位置及び深度を有し、所定の線量が各スポットに規定される。施設の各処置室では、伝送されるビームの多様な特性が、日々の検証作業を受けている。こうした特性として以下のものがある：
‐ ビーム範囲： 所定のターゲットにおける所定のビームエネルギーでのブラッグピークの位置であり、通常は、水ファントム又は多層電離箱で測定される；
‐ スポット位置及びスポットサイズ： 通常は、適切な２Ｄ検出器、例えば、ＣＣＤカメラを備えたシンチレータスクリーンや、電離箱のアレイによって測定される；
‐ 付与線量（蓄積線量）： 照射設備の出力率を調べるために、通常は、絶対電離箱によって測定される。
これら各特性は、個別の測定デバイスによって、多数の異なるビームエネルギー準位において一般的には測定される。従って、検証作業を完了させるのに必要な時間は、少なくとも６０分間となる。こうした長い検証時間は、一日に行うことができる処置数に関して、処置施設の効率を低下させる。

特許文献１は、標準的な原体照射治療、特にＩＭＲＴ（ＩｎｔｅｎｓｉｔｙＭｏｄｕｌａｔｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｔｅｒａｐｙ，強度変調放射線治療）における照射ビームの検証用の線量測定デバイスに関する。そのデバイスは、放射線検出器のラインを備えた活性領域と、厚さの異なる複数のディグレーダを備えたビルドアッププレートとを備える。このデバイスは、粒子ビームのビーム範囲を測定するのには適していない。何故ならば、ビルドアッププレートの厚さが、所定のエネルギーのハドロンビームによって生じるブラッグピークの位置に適応しないからである。

欧州特許出願公開第２４２２８４７号明細書

本発明は、添付の特許請求の範囲に記載されるハドロンビーム検証用の装置に関する。本発明の装置は、装置を交換したり、その位置を変更したりせずに、少なくともビーム範囲並びにスポットサイズ及びスポット位置の検証を可能にする。本装置の特定の実施形態は、略１５分間の期間内に上述の全ての検証を行うことができる。更に、本装置は、高分解能のデータ点についてのビーム範囲を推定することを可能にし、その推定はそれらデータ点に基づくものである。

第一に、本発明は、ハドロンビーム照射設備によって生成されるペンシルビームの特性を検証するための装置に関し、その装置は、
・ 相互に平行な二つの表面を備えた主ディグレーダ素子（それら表面間の距離が主ディグレーダ素子の厚さを定める）と、
・ 主ディグレーダ素子に関連して、厚さの異なる複数のディグレーダ部分を備えた多重厚さディグレーダ素子（“関連”とは、前記複数のディグレーダ部分の各々が、前記相互に平行な二つの表面のうち一方の断面の異なる部分と向き合っていることを意味する）と、
・ 付与線量（蓄積線量）、又はそれを表す又はそれに比例する信号を検出するのに適した二次元検出手段であって、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子に関連する第一部分を有する二次元検出手段（“関連”とは、第一部分が、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子を通過したペンシルビームを検出するように構成されていることを意味する）と、
を備え、
‐ 主ディグレーダ素子の厚さ及び多重厚さディグレーダ素子のディグレーダ部分の厚さが、所定のビームエネルギーに対して設計されていて、そのビームエネルギーを有するビームが主ディグレーダ素子を通過する際に現れるブラッグピーク近傍の複数のデータ得点が検出手段の第一部分を介して得られるようになっていて、
‐ 二次元検出手段が、ディグレーダ素子を通過していないペンシルビームを検出するように構成された第二部分を備える。

一実施形態によると、ディグレーダ部分は、厚さの異なる複数のディグレーダパッチによって形成され、各パッチは一定の厚さを有し、パッチは、主ディグレーダ素子の相互に平行な二つの表面に平行に配置される。多重厚さディグレーダ素子は、ディグレーダパッチが存在していない少なくとも一つの領域を更に備え得る。

一実施形態によると、全てのディグレーダパッチ（第一表面及び第二表面を有し、それら表面間の距離が厚さとなる）は、各パッチの第一表面が単一平面に存在し且つ各パッチの第二表面が全てその単一平面から離れて延在しているように配置される。

一実施形態によると、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子は、前記相互に平行な二つの表面の方向に沿って同一の矩形断面を有し、パッチは、その方向に沿った矩形の断面を有する。

他の実施形態によると、多重厚さディグレーダ素子は楔形ディグレーダ素子であり、そのディグレーダ部分は、楔形素子の異なる厚さを有する断面によって形成される。

本発明に係る装置は、厚さの異なる複数の主ディグレーダ素子を備え得て、各主ディグレーダ素子は、一つの多重厚さディグレーダ素子に関連していて、二次元検出手段が、複数の主ディグレーダ素子の各々に関連する部分を備え、更に、いずれのディグレーダ素子も通過していないペンシルビームを検出するように構成された第二部分を更に備え、各主ディグレーダ素子の厚さは、異なる所定のビームエネルギーに関連している。

一実施形態によると、一つの主ディグレーダ素子、又は複数の主ディグレーダ素子のうち少なくとも一つは、検出器に向けられたペンシルビームによって付与される絶対線量を決定するのに適した検出器を取り付けることができる領域を備え、その検出器は、主ディグレーダ素子で生じるブラッグピークのプラトー領域に位置決めされる。

本発明に係る装置は、装置の参照位置（基準位置）を定めるのに適した複数のＸ線ターゲットを更に備え得る。

他の実施形態によると、本発明の装置は、２Ｄ検出器から得られる信号を受信及び処理して、それらの信号に基づいて、少なくとも以下のデータを導出及び表示するのに適したデータ処理手段及びデータ表示手段を備える：
・ ビーム範囲、及び、
・ スポットサイズ、又はそのサイズを表すパラメータ。

一実施形態によると、主ディグレーダ素子（一又は複数）は、適切な組み立て手段で互いに組み立てられた複数の個別層から形成される。これらの層のうちいくつかの層は、複数の主ディグレーダ素子のうち二つ以上に共通となり得る。

一実施形態によると、主ディグレーダ素子（一又は複数）は、複数の個別層であるか、又はそれらから構築され、つまり、主ディグレーダ素子（一又は複数）がモジュールで構築されて、複数の配置構成へと簡単に組み立てることができるようになる。複数の主ディグレーダ素子に共通の層は、一体部分として形成可能である。これらの層のうち一層は、検出器に向けられたペンシルビームによって付与される絶対線量を決定するのに適した検出器を取り付けることができる領域を備え得る。

また、本発明は、ハドロンペンシルビームを対象に照射するためのハドロン治療システムにも関し、そのハドロン治療システムは以下の三つを備える：
・ ハドロンペンシルビームを発生させるためのハドロンビーム発生器；
・ ハドロンペンシルビームで対象を走査するための走査デバイスであって、その走査デバイスは、以下の二つを備える：
○ Ｘ‐Ｙ走査平面にわたってハドロンペンシルビームを走査させるように構成された一つ又は複数の走査磁石であって、Ｘ‐Ｙ走査平面は中心ビーム経路に対応するＺ軸に垂直であり、その中心ビーム経路は、一つ又は複数の走査磁石が全て活性化されていない際におけるハドロンペンシルビームの軌跡である、一つ又は複数の走査磁石；
○ Ｘ‐Ｙ走査平面に位置する複数の走査位置に粒子ビームを逐次的に移動させることによってハドロンペンシルビームを走査させるように構成された走査制御手段；
・ 本発明に係るペンシルビームの特性を検証するための装置、その装置は、主ディグレーダ素子の平行な二つの表面がＺ軸に実質的に垂直になるように配置される。

一実施形態によると、複数の走査位置の各々は、複数のディグレーダ部分のうち一つと相関するか、又は、二次元検出器の第二部分の位置と相関する。

また、本発明は、ペンシルビーム照射手順の特性を評価するための方法にも関し、本方法は以下のステップを備える：
・ ペンシルビームを主ディグレーダ素子の相互に平行な二つの表面に向けることができるように、ハドロンビーム照射ノズルに対して所定の位置に本発明の装置を位置決めするステップ；
・ 所定のエネルギー（主ディグレーダ素子の厚さ及びディグレーダ部分の厚さはその所定のエネルギーに対して設計される）に対応するエネルギーを有するペンシルビームを伝送するようにハドロンビーム照射設備を設定するステップ；
・ ペンシルビームを生成するステップ；
・ 厚さの異なる複数のディグレーダ部分のうち少なくとも二つの方向にペンシルビームを送り、ビームが主ディグレーダ素子を通過する結果として現れるブラッグピーク近傍の複数のデータ点を二次元検出手段で検出するステップ；
・ 二次元検出手段の第二部分の一つ以上の所定のスポット位置の方向にペンシルビームを送るステップ；
・ 得られたデータから少なくとも以下の二つを導出するステップ；
・ ビーム範囲
・ スポットサイズ、又はそのサイズを表すパラメータ。
好ましくは、ビーム範囲は、十分多数のデータ点に基づいたブラッグピークの形状の推定によって得られる。

本発明の方法では、装置を位置決めするステップは、ハドロン治療処置室の患者診療台（カウチ）の所定の位置に装置を配置して、患者診療台を位置決めすることを含み得る。

本発明の方法は、装置のＸ線画像を撮って、そのＸ線画像におけるＸ線ターゲットの位置を参照画像と比較することによって、装置を位置決めするステップを更に含み得る。

本発明の装置の第一実施形態における基本的構成要素の概略図である。 第二実施形態を示す。 本発明の装置における一つの特定の構成要素、多重厚さディグレーダ素子の一実施形態を示す。 ビーム範囲を決定するために本発明の装置を用いて測定されたデータ点を示し、また、如何にしてこれらのデータ点がビーム範囲を決定することを可能にするのかを示す。 三つの異なるビームエネルギー準位におけるビーム特性を検証するように構成された本発明に係る装置を示す。 図４の装置を用いて得られたブラッグピーク及びデータ点のグラフである。 追加検出器を取り付けるための領域を備えた装置の一実施形態を示す。 照射デバイスに対する装置の位置のＸ線較正用の目印を備えた装置の一実施形態を示す。 本発明の装置の構造の変形例を示す。 本発明の装置の構造の変形例を示す。 本発明の装置の構造の変形例を示す。 三つの個別の主ディグレーダ素子を備えた本発明の装置の具体的な実施形態を示す。 図１１の実施形態において使用される多重厚さディグレーダ素子を三つ全て備えた一つの素子を示す。 図１１の実施形態の絶対線量検出器の取り付けを示す。 本発明に係るハドロンペンシルビームをターゲットに照射するためのハドロン治療システムを示す。

以下の説明は、プロトンビーム検証用のデバイスに関する。しかしながら、本デバイスは、他のタイプのハドロンビーム（例えば、イオンビーム）の検証にも適している。図１は、本発明の第一実施形態に係るデバイスの概略図である。本デバイスは、以下の三つの基本的構成要素を備える：
‐ 主ディグレーダ素子１： これは、既知のプロトンビームディグレーディング特性を有する或る体積の物質である。主ディグレーダ素子は、相互に平行な表面２及び３を有する。主ディグレーダ素子は、ペンシルビーム照射設備に対して配置するのに適していて、ペンシルビームを平行な表面２及び３に向けることができるようになる（つまり、ビームは、一方の表面から他方へとディグレーダ素子を通過し、また、ビームが両表面に垂直となり得る）。主ディグレーダ素子１は、所定の厚さＤを有する。好ましくは、ディグレーダ素子１は、ＰＭＭＡ又は既知の水等価厚さを有する他の適切な物質製の矩形のブロックである。代わりに、ディグレーダ素子は或る体積の水である；
‐ 多重厚さディグレーダ素子５： 図１の具体的な実施形態では、これは、厚さの異なる複数のディグレーダパッチを備えた素子であり、好ましくは、主ディグレーダ素子１と同じ物質製であり、各パッチは、主ディグレーダ素子の表面３の異なる部分と向き合うように配置される。言い換えると、パッチは、表面２及び３に平行な平面内において互いに重ならない。好ましい実施形態によると、パッチは、主ディグレーダ素子の平行な表面２及び３に平行な単一平面に配置される；
‐ 二次元検出手段６（以下、“２Ｄ検出器”と称する）であり、主ディグレーダ素子１及び多重厚さディグレーダ素子５を通過するペンシルビーム４の付与線量又はその線量を表す若しくはその線量に比例した信号を検出するように構成された第一部分７と、ディグレーダ素子１及び５を通過しないペンシルビーム４’のビーム特性を検出するように構成された第二部分８とを備える。２Ｄ検出器は、当該分野において既知であるように、電離箱のアレイ、シンチレータスクリーン、又は、液体シンチレータであり、ＣＣＤカメラが備わっている。本発明の装置は、２Ｄ検出器から得られた信号を受信及び処理するのに適したデータ処理手段及びデータ表示手段を備えるか、又はこれらに接続されていて、また、それら信号に基づいて、少なくとも以下のデータを導出及び表示する：
‐ ビーム範囲の推定（２Ｄ検出器の部分７を介して得られる）；
‐ スポットサイズ、場合によってはスポット位置及び／又はスポットフルエンス、又はそれらを表すパラメータ（２Ｄ検出器の部分８を介して得られる）の表示。

第二実施形態によると、多重厚さディグレーダ素子は、図１ｂに示されるように楔形ディグレーダ素子１００である。楔形素子は、一方の側から他方へと連続的に変化する厚さを有する。従って、楔形素子は、特許請求の範囲に記載される多重厚さディグレーダ素子の他の例となる。楔形素子では、特許請求の範囲に記載されるディグレーダ部分は、厚さの異なる断面によって形成される。

主ディグレーダ素子１は、所定のプロトンビームエネルギーに対して設計された厚さＤを有する。このエネルギーに対して、ブラッグピークの予測最大値（ビームエネルギー及びディグレーダ物質の特性に基づく）は、主ディグレーダ１のほぼ端面にあり、好ましくは、端面の下流にある（ビーム方向で見て）。多重厚さ素子５又は楔形素子１００は、主ディグレーダ素子の後、好ましくは、その素子に接触して配置され、つまり、その素子の延長部を形成し、多様なパッチ１０、又は多様な厚さを有する楔１００の部分に向けられるペンシルビームによって付与される線量の測定は、実際のブラッグピークの形状を測定することを可能にする。主ディグレーダ素子の存在によって、パッチ１０又は楔形素子の部分が、ブラッグピークの最大値近くのデータ点を得ることを可能にする。従って、本発明の装置は、その最大値近傍において多数のデータ点、つまりは高分解能のデータ点を得ることを可能にして、高精度の推定ビーム範囲をもたらす。

多重厚さパッチ素子５及び楔形素子１００は、特許請求の範囲に記載された多重厚さディグレーダ素子の代表的なものである。このような素子の他の代表的なものとして、例えば、非線形に変化する厚さを有する楔や、一つの多重厚さディグレーダ素子内において楔形の領域と厚さ一定の領域とを組み合わせたものが挙げられる。いずれの場合においても、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子は、装置に向けられたペンシルビームが主素子の平行な表面（２、３）を通過して、相互に異なる厚さを有する多重厚さ素子のディグレーダ部分を通過することができるように構成される。後述のように、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子は、物理的に別々の素子である必要はなく、主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子の両方の機能を果たす一つ以上のディグレーダ素子として一体形成され得る。また、本発明に係るデバイスの特徴は、主ディグレーダ素子の厚さが、多重厚さディグレーダ素子の最大厚さ（例えば、多重パッチの実施形態における最も厚いパッチの厚さや、楔形素子の実施形態における最も厚い断面）よりも顕著に大きいという点にもある。これは、多重ディグレーダ素子の最大厚さに対する主ディグレーダ素子の比率で表すことができる。この比率は、このましくは５よりも大きい。他の実施形態では、この比率は、１０又は１５よりも大きい。他の実施形態では、この比率は、上述のいずれかの値と３０という最大値との間である。これらの実施形態は、ハドロンビームエネルギーの最も有用な範囲をカバーしている。

多重厚さディグレーダ素子５の好ましい実施形態が図２に示されていて、多様な厚さの複数の正方形パッチ１０を備え、これらパッチは同一の平坦なシート６に取り付けられているが、シートの複数の領域１０’をパッチが占有していない。パッチ１０は、ディグレーダ素子１と同じ物質製であり、例えばＰＭＭＡである。シート６は、ディグレーダ素子の機能という点に関して、パッチと比較すると無視可能な厚さを有する。例えば、シートは、ＰＭＭＡの薄層製であり得る。代わりに、主ディグレーダ１及び多重厚さディグレーダ素子５（つまり、パッチ１０）は、単一ピースの材料製（一体形成）であり得る。図３の例では、デバイスは、３×３ｃｍ^２の正方形の領域を２５個備え、５個の１２ｍｍパッチ、２個の１０ｍｍパッチ、２個の８ｍｍパッチ、２個の６ｍｍパッチ、２個の２ｍｍパッチで占有されている。残りの９個の正方形は空である。

図３は、主ディグレーダ素子１の厚さＤ＝２７５ｍｍ、正方形の断面積１５×１５ｃｍ^２、２１０ＭｅＶのペンシルビームで照射、図２の多重厚さディグレーダ素子５が主ディグレーダ素子１の真後ろに配置された場合についてのシステムのシミュレーション結果を示す。曲線２０は、“実際の”ブラッグピークである。この例のビームエネルギーは、ブラッグピークの１０％の線量レベルが本発明の装置の最大水等価厚さに対応する深度に位置するように選択されている。この例では、最大水等価厚さは２８７ｍｍであり、これは、２７５ｍｍの主ディグレーダの水等価厚さに、最大の厚さを有するパッチの水等価厚さ（つまり、１２ｍｍ）を足したものである。上記で使用されている“水等価厚さ”との用語は、実際の厚さと必ずしも同じではない。主ディグレーダ素子及びパッチがＰＭＭＡ製の場合、水等価厚さは、実際の厚さと実質的に同じである。シミュレーションで使用される対応ビームエネルギーは２１０ＭｅＶであった。データ点ａからｅは、ペンシルビームを多様な厚さのパッチに向けた場合における、図１のデバイスで測定したとしての測定線量のシミュレーションである。これらのデータ点ａからｅは、以下のパッチに向き合う２Ｄ検出器６の検出器によって測定される：
点ａ： ２ｍｍパッチ
点ｂ： ６ｍｍパッチ
点ｃ： ８ｍｍパッチ
点ｄ： １０ｍｍパッチ
点ｅ： １２ｍｍパッチ
好ましくは、他のデータ点ｆが、空の領域１０’のうち一つにおける線量を測定することによって得られる。点ａからｅの測定のみで、実際のブラッグピークを再構築して、そこからビーム範囲（最も一般的には、線量が最大線量レベルの９０％に達する位置として定義されるが、他の定義も本発明において使用可能である）の推定を導出することができることは明らかである。楔形素子１００では、２ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍの厚さを有する楔の部分にペンシルビームを逐次的に向けることによって、同じデータａからｅを得ることができる。楔形素子は、データ点ｆを得るための厚さゼロの領域も備えることができる。

図２に示される多重厚さディグレーダ素子は、同じ厚さのパッチの組を複数有する。これは、断面に対する多様な位置における同じパッチ厚さの測定を繰り返すことを可能にする。このようにして、測定を統計的に最適化することができる。しかしながら、多重厚さディグレーダ素子が、同じ厚さのパッチを一つよりも多く有することは必須ではなく、また、図２の例に示されるように多数の異なる厚さを有することも必須ではない。ビーム範囲を推定することを可能にするのに必要な厚さの異なるパッチの最小数は２種類であり、この場合、少なくとも１つの空の領域１０’も存在する。空の領域が存在しない場合、パッチの最小数は３種類である。

図１ａ及び図１ｂに戻ると、２Ｄ検出器６は、多重厚さディグレーダ素子５を超えて、又は楔形素子１００を超えて延伸する領域８を備え、つまり、２Ｄ検出器６の表面は、主ディグレーダ素子の表面３よりも大きい。本発明の装置のこの構造上の特徴によって、ディグレーダ素子を通過しないペンシルビームの測定結果を得ることが可能になる。このことは、一つの測定設定で（つまり、装置を他のものに交換する必要なく）、上述のように、ペンシルビームを主ディグレーダ素子１に向けることによって、ビーム範囲の検証を行うことが可能になり、また、ペンシルビームを領域８に向けることによって、スポットサイズ、場合によってはスポット位置及び／又はスポットフルエンスの検証も行うことが可能になることを意味する。スポットサイズは、測定スポットを規定のスポットサイズ（当該分野において既知の値によって定義される、例えば、スポットに対応するガウス分布曲線の標準偏差（σ））と比較することによって、検証可能である。照射装置のビーム位置の精度を検証するため、ビームを、一又は複数の規定の位置に位置決めする。実際に測定された位置と規定の位置とを比較することによって、位置決め精度（“スポット位置”とも称される）及び照射装置の再現性を検証することができる。領域８にはディグレーダ物質が存在していないので、２Ｄ検出器を用いて、その領域に向けられたペンシルビームのスポットフルエンス、又はスポットフルエンスに比例する信号を決定することもできる。

図４は、本発明の装置の好ましい実施形態を示し、その装置は、三つの主ディグレーダ素子３０／３１／３２を備え、それら各々は、１５×１５ｃｍ^２の同じ正方形の断面積を有し、また、それら各々は、図２に示されるタイプの多重厚さディグレーダ素子５と接触している。各主ディグレーダ素子の厚さは、特定のビームエネルギーについて選択されていて、例えば、ディグレーダ３０について２７５ｍｍ（上記例のように）、ディグレーダ３１について１９０ｍｍ、ディグレーダ３２について８０ｍｍである。三つの主ディグレーダ素子及びそれら各々の多重厚さディグレーダ素子は、３０×３０ｃｍ^２の正方形の象限のうち三つに配置され、一つの象限は空にされる。図４に示される構成要素と共に、２Ｄ検出器（図示せず）が、三つの多重厚さディグレーダ素子及び空の象限の下方に延在して配置される。従って、この装置は、同一の検証設定を用いることによって、三つの異なるビームエネルギーについてのビーム範囲、スポットサイズ、及びスポット位置の検証を可能にする。図４の装置において、楔形素子１００が、多重厚さパッチディグレーダ素子５の代わりになることができる。

三つのビームエネルギーのうち最も高いものにおいて、図４の装置は、複数の追加的なデータ点を、点ａからｅに加えて得ることができる（図５を参照）：
・ 点ｇ： 主ディグレーダ３２の下方の多重厚さディグレーダ素子の領域１０’（パッチなし）の下方の検出器によって測定される；
・ 点ｈ： 主ディグレーダ３１の下方の多重厚さディグレーダ素子の領域１０’（パッチなし）の下方の２Ｄ検出器によって測定される。
点ｉは、空の象限の下方に存在する検出器によって測定される。

特定の実施形態によると、主ディグレーダ素子３０／３１／３２のうち少なくとも一つ、又はそのような素子が一つしか存在しない場合にはその主ディグレーダ素子（図１ａ及び図１ｂのような）に、孔４０が設けられ、その孔の中に、検出器４１を配置して、検出器の位置における絶対付与線量を測定することができる。これは、一つの主ディグレーダ素子を備える装置について図６に示されている。絶対線量検出器４１は好ましくは電離箱である。孔は、ディグレーダ素子で生じるブラッグピークの所謂“プラトー領域”に検出器を配置することができるように設けられる。このプラトー領域は、図５に領域４５として示してある。この位置における絶対線量の測定は、日々の点検作業における照射設備の出力率の検証を可能にする。出力率は、ターゲットの所定の領域に実際に到達する線量に対する照射装置の出口ノズルに取り付けられた電離箱によって測定される伝送線量の比率である。絶対線量測定デバイスの存在によって、装置を移動させたり交換したりせずに、本発明の装置による出力率を検証することが、上述のビーム範囲検証、スポットサイズ／スポット位置検証と共に可能となる。

好ましくは、本発明の装置は、ビームが生成される照射設備のノズルに対して固定された位置において、処置室に取り付けられるように構成された適切なフレーム等に取り付けられる。装置の位置が日々の検証毎に再現されることを保証するため、フレームには、機械的クランプ手段が設けられ、その機械的クランプ手段は、例えば、患者の診療台（カウチ）上の整合クランプ手段と共に機能して、フレームを、各検証作業において同じ位置に固定することができるようにする。機械的取り付け機構に加えて、図７に示されるように、装置に一つ以上のＸ線識別可能ターゲットが設けられている場合には、装置の位置を較正することができる。図７に示される実施形態では、ターゲットは、装置の三箇所（例えば、側辺）に取り付けられた小型の目印（フィデューシャル）５０である。これらの目印は、参照条件下で装置のＸ線画像を撮って、装置の日々のＸ線をその参照画像と比較することによって、装置の位置を較正することを可能にする。

本発明の装置の使用は、装置の寸法にあわせた特定の照射スケジュールを必要とする。例えば、図４の装置の場合、照射スケジュールは、３０×３０ｃｍ^２の正方形の装置の各象限における異なる位置又はスポットにビームを送るための所定の走査パターンを有し得る。一実施形態によると、ビームは、多重厚さディグレーダ素子５のパッチ１０及び空の領域１０’の各々の中心に向けられる。他の実施形態によると、ビームは、パッチ１０及び空の領域１０’に位置する複数のスポットに向けられて、各スポットは５ｍｍの間隔で配置される。後者の場合、シミュレーションによると、記録された線量が、縁を除いて、パッチの表面にわたって実質的に一定のままであることを示されている。従って、縁から略１０ｍｍの境界以内のスポットを照射しないことが推奨される。本発明に係る装置を用いると、朝のチェックを１０〜１５分間で行うことができ、略１０分間が、装置の位置決め及び固定、場合によっては、Ｘ線較正画像を介した位置の微調整に必要とされる。照射プランの実行は、１分間という短い時間で可能であるが、そのプランに含まれるスポットの数に依存し得る。適切なデータ処理スキームが、瞬時に必要なデータ（ビーム範囲、スポットサイズ、スポット位置、出力率）を出力することを可能にする。従って、この手順を実行するのに必要とされる時間が、既存の方法と比較して効果的に短縮される。

ディグレーダ素子の形状は、図面に示される形状に限定されるものではない。正方形の断面の代わりに円形の断面を有する主ディグレーダ素子を使用することができ、円形又は正方形の断面のパッチ１０と組み合わせられる。

主ディグレーダ素子及び多重厚さディグレーダ素子５又は楔形素子１００を照射装置に対して配置する順序は、図面に示されるとおりである必要はない。多重厚さディグレーダ素子又は楔１００を、主ディグレーダ素子１の前にも後ろにも配置し得る。これは、楔の場合について図８に示されている。また、楔形素子は、図９に示されるように、主ディグレーダ素子と一体となり得る。この実施形態では、非平行な壁を備えた単一のディグレーダ素子１’が用いられる。他の実施形態（図１０）は、平行な壁を備えた第一ディグレーダ素子２００と、非平行な壁を備えた第二ディグレーダ素子２０１との組み合わせを有する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載されている“相互に平行な二つの表面（２、３）を備えた主ディグレーダ素子”が、個別素子となり得るか、又は、“主ディグレーダ素子”及び“多重厚さディグレーダ素子”（厚さの異なる部分を備える）の機能を果たすより大きな素子の一部分となり得ることを示している。

図１１〜図１３は、厚さの異なる三つの主ディグレーダ素子を有する装置のより具体的な実施形態を示す。装置がモジュールで構築されていることが見て取れ、主ディグレーダ素子３０から３２が、個別の層３００、３００’から構築される。二つ又は三つの主ディグレーダ素子に共通の層は、一体部分として形成され得る（例えば、矩形の層３００’がディグレーダ素子３０及び３１に共通である）。この構造は、構造に対して層を追加又は除去することによって、主ディグレーダ素子の厚さを容易に変更することを可能にする。一定厚さのパッチ１０を備えた多重厚さディグレーダ素子５も見て取れる。この実施形態では、三つの多重厚さディグレーダ素子５が、図１２に示される一つの一体部分３０１によって形成されている。その構造の多様な構成要素を、多様な層３００の連続する開口部を貫通するロッド３０３によって、キャリアフレーム３０２に対して組み立てる。ロッドは、フレームにネジ留め又は他の方法で取り付けられ、フレームは、２Ｄ検出器（図示せず）の頂部に取り付けられ、２Ｄ検出器は、位置決めボルト３０４によってフレームに取り付けられる。フレームに対する層３００の正確な位置決めは、フレームに取り付けられた位置決めピン（図示せず）と、多重厚さディグレーダ素子部分３０１の対応する位置決め孔とによって達成される。

図１３は、この実施形態における好ましい絶対線量検出器４１の取り付け方法を示す。層のうち一層に、凹部４００が形成されて、その中に検出器４１を配置することができる。検出器からの出力コネクタ４０２を収容するためにトレンチ４０２が更に設けられ、また、閉鎖素子４０４／４０５が、検出器及びその出力コネクタの上に配置される。検出器を取り付けるための開口部４００は、層３００のうちの一層の部分であり、層の順序を再構成することによって、検出器の位置を簡単に変更することができる。また、図１３は、上述のような、装置のＸ線に基づいた較正用の目印５０も示す。

以下、多数の構成要素の機能性についてより具体的に言及しながら、本発明の装置を他の説明方法で更に説明する：
ハドロンビーム照射設備によって生成される所定のビームエネルギーのペンシルビームの特性を評価するための装置であって、ペンシルビームが対象を通過すると或る線量を付与し、その線量は、線量付与が最大となるブラッグピークを有する特徴的ブラッグ曲線に従い、そのピークの位置が、ペンシルビームのビーム範囲を決定し、
該装置は、
・ ペンシルビームのビーム範囲を低減するための主ディグレーダ素子（１）であって、相互に平行な二つの表面（２、３）を備え、二つの表面間の距離が、主ディグレーダ素子（１）の厚さを定める、主ディグレーダ素子（１）と、
・ 主ディグレーダ素子に関連する多重厚さディグレーダ素子（５）であって、ペンシルビームのビーム範囲を更に低減するための厚さの異なる複数のディグレーダ部分を備え、各部分が、相互に平行な表面（２、３）のうち一方の断面の異なる部分に向き合う、多重厚さディグレーダ素子（５）と、
・ ペンシルビームによって付与される線量、又はその線量を表す若しくはその線量に比例する信号を検出するのに適した二次元検出手段（６）と、
を備え、
・ 検出手段が、主ディグレーダ素子（１）及び多重厚さディグレーダ素子（５）に関連している第一部分（７）を有し、その第一部分が、ビームが主ディグレーダ素子（１）及び多重厚さディグレーダ素子（５）のディグレーダ部分を通過する際におけるペンシルビームの線量信号を検出するように構成されていて、
・ 主ディグレーダ素子の厚さ及び複数のディグレーダ部分の厚さが、ブラッグピークの多数のデータ点を測定することを可能にすることによって、ブラッグピークの形状及び位置を定めるように構成されていて、
・ 検出手段が、ディグレーダ素子を通過していないペンシルビーム（４’）を検出するように構成された第二部分（８）を更に有する、
装置。

また、本発明は、ハドロンペンシルビームをターゲットに照射するためのハドロン治療システムにも関する。本発明に係るシステムは、図１４に示されていて、
・ ハドロンペンシルビームを発生させるためのハドロンビーム発生器５００と、
・ ハドロンペンシルビームでターゲットを走査するための走査デバイスと、を備え、該走査デバイスが、
○ Ｘ‐Ｙ走査平面にわたってハドロンペンシルビームを走査させるように構成された一つ又は複数の走査磁石５０２であって、ＸＹ走査平面が、中心ビーム経路に対応するＺ軸に垂直であり、中心ビーム経路は、一つ又は複数の走査磁石の全てが活性化されていない際におけるハドロンペンシルビームの軌跡である、一つ又は複数の走査磁石５０２と、
○ Ｘ‐Ｙ走査平面に位置する多数の走査位置に粒子ビームを逐次的に移動させることによって、ハドロンペンシルビームを走査させるように構成された走査制御手段５０３と、を備え、
・該システムが、本発明に係るペンシルビームの特性を評価するための装置を更に備え、該装置が、主ディグレーダ素子１と、多重厚さディグレーダ素子５と、２Ｄ検出器６とを備え、該装置は、主ディグレーダ素子１の平行な表面２、３がＺ軸に実質的に垂直になるように配置される。

本発明に係るハドロン治療システムの好ましい実施形態では、各走査位置を、複数のディグレーダ部分のうち一つと相関させるか、又は、二次元検出器の第二部分の位置と相関させる。部分又は位置と相関させるとは、ペンシルビームをその部分又は位置に向けることを意味する。

図面及び上記説明において本発明を例示して説明してきたが、こうした例示及び説明は、例示的なものであって、限定的なものではない。開示される実施形態の他の修正が、図面、明細書及び特許請求の範囲を参照することによって、当業者によって理解され、特許請求の範囲内において実現され得る。特許請求の範囲において、“備える”との用語は、他の要素やステップを排除するものではなく、単数形での表記は、複数であることを排除するものではない。具体的な手段が異なる従属項に記載されていることは、それらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。特許請求の範囲における参照符号は、その範囲を限定するものではない。

１ 主ディグレーダ素子
２、３ 主ディグレーダ素子の相互に平行な表面
４ ペンシルビーム
５ 多重厚さディグレーダ素子
６ 二次元検出手段
７ 二次元検出手段の第一部分
８ 二次元検出手段の第二部分
１０ ディグレーダパッチ
１００ 楔形ディグレーダ素子

Claims (19)

1. ハドロンビーム照射設備によって生成されるペンシルビームの特性を評価するための装置であって、
   相互に平行な二つの表面（２、３）を備えた主ディグレーダ素子（１）であって、前記二つの表面間の距離が該主ディグレーダ素子（１）の厚さを定める、主ディグレーダ素子（１）と、
   前記主ディグレーダ素子に関連して、厚さの異なる複数のディグレーダ部分を備えた多重厚さディグレーダ素子（５）であって、前記複数のディグレーダ部分の各々が、前記相互に平行な二つの表面（２、３）のうち一方の断面の異なる部分と向き合う、多重厚さディグレーダ素子（５）と、
   付与線量、又は該付与線量を表す若しくは該付与線量に比例する信号を検出するのに適した二次元検出手段（６）であって、前記主ディグレーダ素子（１）及び前記多重厚さディグレーダ素子（５）に関係した第一部分（７）を有し、前記第一部分が、前記主ディグレーダ素子（１）及び前記多重厚さディグレーダ素子（５）を通過したペンシルビーム（４）を検出するように構成されている、二次元検出手段（６）と、
   を備え、
   前記主ディグレーダ素子（１）の厚さ及び前記多重厚さディグレーダ素子のディグレーダ部分の厚さが、所定のビームエネルギーに対して設定されていて、前記所定のビームエネルギーを有するビームが前記主ディグレーダ素子を通過する際に現れるブラッグピーク近傍の複数のデータ点が前記二次元検出手段の第一部分を介して得られ、
   前記二次元検出手段（６）が、前記ディグレーダ素子を通過していないペンシルビーム（４’）を検出するように構成された第二部分（８）を備える、装置。
2. 前記ディグレーダ部分が、厚さの異なる複数のディグレーダパッチ（１０）によって形成されていて、各パッチが一定の厚さを有し、前記パッチが、前記主ディグレーダ素子（１）の相互に平行な二つの表面（２、３）に平行に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記多重厚さディグレーダ素子（５）が、ディグレーダパッチが存在しない少なくとも一つの領域（１０’）を更に備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記ディグレーダパッチ（１０）の全てが第一表面及び第二表面を有し、前記第一表面と前記第二表面との間の距離が厚さであり、前記ディグレーダパッチ（１０）の全てが、各パッチの第一表面が全て単一平面に存在するように且つ各パッチの第二表面が全て前記単一平面から離れて延在するように配置されている、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記主ディグレーダ素子（１）及び前記多重厚さディグレーダ素子（５）が、前記相互に平行な二つの表面（２，３）の方向に沿った同一の矩形断面を有し、前記パッチ（１０）が、該方向に沿った矩形断面を有する、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記多重厚さディグレーダ素子が楔形ディグレーダ素子（１００）であり、前記ディグレーダ部分が、異なる厚さを有する楔形素子の断面によって形成されている、請求項１に記載の装置。
7. 厚さの異なる複数の主ディグレーダ素子（３０、３１、３２）を備え、各主ディグレーダ素子が請求項１に規定されるように多重厚さディグレーダ素子（５、１００）と関連していて、前記二次元検出手段が、請求項１に規定されるように各主ディグレーダ素子に関連する部分を備え、前記ディグレーダ素子をいずれも通過していないペンシルビーム（４’）を検出するように構成された第二部分を更に備え、各主ディグレーダ素子の厚さが、異なる所定のビームエネルギーに関連している、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記主ディグレーダ素子（１）、又は前記複数の主ディグレーダ素子（３０、３１、３２）の少なくとも一つが、ペンシルビームを向けることによって付与される絶対線量を決定するのに適した検出器（４１）が取り付けられる領域（４０）を備え、該検出器が、前記主ディグレーダ素子で生じるブラッグピークのプラトー領域（４５）に配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記装置の参照位置を定めるのに適した複数のＸ線ターゲット（５０）を更に備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記二次元検出手段から得られた信号を受信及び処理して、該信号に基づいて、少なくとも、
    ビーム範囲と
    スポットサイズ、又は該スポットサイズを表すパラメータと
    のデータを導出及び表示するのに適したデータ処理手段及びデータ表示手段を更に備えた請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記主ディグレーダ素子が、複数の個別の層（３００、３００’）であるか、又は該複数の個別の層（３００、３００’）から構築されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 複数の主ディグレーダ素子に共通の層が、一体部分として形成されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記層のうち一つ又は複数が、ペンシルビームを向けることによって付与される絶対線量を決定するのに適した検出器が取り付けられる領域（４００）を備える、請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 前記多重厚さディグレーダ素子の最も厚い厚さに対する前記主ディグレーダ素子の厚さの比率が５よりも大きい、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. ハドロンペンシルビームを対象に照射するためのハドロン治療システムであって、
    ハドロンペンシルビームを発生させるためのハドロンビーム発生器と、
    前記ハドロンペンシルビームで前記対象を走査するための走査デバイスであって、
    Ｘ‐Ｙ走査平面にわたって前記ハドロンペンシルビームを走査させるように構成された一つ又は複数の走査磁石であって、前記Ｘ‐Ｙ走査平面が中心ビーム経路に対応するＺ軸に垂直であり、前記中心ビーム経路が、該一つ又は複数の走査磁石を全て活性化させていない際における前記ハドロンペンシルビームの軌跡である、一つ又は複数の走査磁石、及び、
    前記Ｘ‐Ｙ走査平面に位置する複数の走査位置に粒子ビームを逐次的に移動させることによって前記ハドロンペンシルビームを走査させるように構成された走査制御手段、
    を備えた走査デバイスと、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載のペンシルビームの特性を評価するための装置であって、前記主ディグレーダ素子の平行な二つの表面が前記Ｚ軸に実質的に垂直になるように配置される装置と、
    を備えたハドロン治療システム。
16. 前記複数の走査位置の各々が、前記複数のディグレーダ部分のうち一つと相関しているか、又は前記二次元検出手段の第二部分の位置と相関している、請求項１５に記載のハドロン治療システム。
17. ハドロンビーム照射設備によって生成されるペンシルビームの特性を評価するための方法であって、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置を、ペンシルビームが前記主ディグレーダ素子（１）の相互に平行な二つの表面（２、３）に向けられるようにハドロンビーム照射ノズルに対して所定の位置に位置決めするステップと、
    所定のエネルギーに対応するエネルギーを有するペンシルビームを伝送するように前記ハドロンビーム照射設備を設定するステップであって、前記主ディグレーダ素子の厚さ及び前記ディグレーダ部分の厚さが前記所定のエネルギーに対して設計されている、ステップと、
    前記ペンシルビームを生成するステップと、
    前記厚さの異なる複数のディグレーダ部分のうち少なくとも二つの方向に前記ペンシルビームを送り、前記ビームが前記主ディグレーダ素子を通過する結果として現れるブラッグピーク近傍の複数のデータ点を、前記二次元検出手段（６）の第一部分で検出するステップと、
    前記二次元検出手段（６）の第二部分（８）の一つ以上の所定のスポット位置の方向に前記ペンシルビームを送るステップと、
    得られたデータから、少なくとも、
    ビーム範囲と、
    スポットサイズ、又は該スポットサイズを表すパラメータと
    を導出するステップと、を備える方法。
18. 前記装置を位置決めするステップが、ハドロン治療処置室の患者診療台の所定の位置に前記装置を配置して、前記患者診療台を位置決めすることを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記装置のＸ線画像を撮って、該Ｘ線画像におけるＸ線ターゲット（５０）の位置を参照画像と比較することによって前記装置を位置決めするステップを更に備えた請求項１７又は１８に記載の方法。

Images