JP5702275B2 - 即発ガンマ線を用いてハドロンの標的の衝突における局所線量をリアルタイム測定する方法および装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ハドロンによる標的の衝突の際の局所線量を、リアルタイム測定する方法および装置に関する。本発明は、とりわけ、ハドロン治療と呼ばれる、ハドロンを用いた患者の処置に適用される。ハドロン治療は、１９４６年に、Ｒｏｂｅｒｔ Ｒ．Ｗｉｌｓｏｎによって提唱されたものであり、物質における荷電イオンのエネルギー付与特性に基づくものである。本発明は、具体的には、優れた弾道精度および最適な生物学的効果（健常組織においてはほぼ１、腫瘍性容積においてはほぼ２〜３程度である）に基づく、癌治療の改良を目的としている（放射線の生物学的効果は、一つの同一な生物学的影響が得られるように、Ｘ線の線量および関連放射線の線量の比として規定され、典型的には、生存率が細胞集団の１０％である）。

確かに、組織に運ばれる線量の側面が横断深さとともに徐々に減少する、光子（Ｘもしくはガンマ）または電子などの従来の放射線との対比において、イオンの側面では、飛跡の終わりにおいて高い線量付与（ブラッグピークと呼ばれている）が得られる一方、上流（いわゆるプラトー領域に相当）において付与される線量ははるかに小さい。荷電ハドロンビームの入射エネルギーによって制御される、ブラッグピークの深さ方向の位置は、変更され得る。それにより、局限した標的容積（具体的には、腫瘍）内に最大エネルギーを付与する一方で、上流および下流にある健常組織を見逃すことができるようになる。

それ自体が公知である様式において、イオン化ハドロンは、サイクロトロンまたはシンクロトロンによって加速される。加速器から出て行く粒子のエネルギーによって、浸透の深さ、および放射線治療の最大生物学的効果の位置が決定される。

これらの特性に基づいて、側方の弱い分散と結びつき、荷電したハドロンによって組織に付与される線量は、従来の放射線治療よりも、著しく正確に閉じ込められ得る。

ハドロンのうち、プロトンまたは炭素イオンなどの軽ハドロンが好ましく選択される。炭素イオンは、プロトンよりも相当優れた弾道を示し（側方の分散がより少ない）、また最適な生物学的効果を示すため、特に有利である。

入射粒子と標的核との間に非弾性衝突があると、ハドロンと組織との相互作用により、ハドロン崩壊現象が生じることがあり、具体的には、不安定核、ガンマ放射線および中性子が発生する。

言語を簡略化するために、用語「ガンマ」は、ガンマ線を示すために用いられ得る。

公知の方法によれば、ポジトンの放出（例えば、^１２Ｃ^６＋イオンのビームの場合には^１１Ｃ核から放出される）を用いて、ハドロンと標的との相互作用により生じる線量分布を測定および／または可視化する。この目的のために、ポジトン放出断層撮影（ＰＥＴ）技術が用いられる。しかしながら、この技術は、治療の間に受けた線量の放出を追うことができない、事後測定であるという欠点がある。

さらに、標的におけるポジトン−放出粒子の分布が、常に標的における線量の分布と確実に相互に関連があるというわけではないということが、知られている。

これらの欠点を多少とも解決するために、放射中のプロトンの飛跡を制御する、即発ガンマ線を測定する技術がＭｉｎらによって提案されている（Ｃｈｕｌ−Ｈｅｅ Ｍｉｎ ａｎｄ Ｃｈａｎ Ｈｙｅｏｎｇ Ｋｉｍ，Ｍｉｎ−Ｙｏｕｎｇ Ｙｏｕｎ，Ｊｏｎｇ−Ｗｏｎ Ｋｉｍ “Ｐｒｏｍｐｔ ｇａｍｍａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｏｓｅ ｆａｌｌｏｆｆ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８９，１８３５１７（２００６））。

この技術によれば、即発ガンマ線走査装置が用いられる。この装置は、核崩壊により生じる中性子に対する障壁を形成するために、検出器を覆う３つの遮蔽層を含んでいる。第１のパラフィンワックス層は、高エネルギー中性子を抑制し、次いで、Ｂ_４ Ｃ粉末層により、中性子の大部分を捕捉することができる。そして、検出器は最終的に鉛層の内側に配置されており、鉛層が不要なガンマ放射線を遮断している。このような走査装置の保護層の全長は、約７０ｃｍである。その結果、装置が大きくてかさばり、操作しづらく、かなり役に立たないものとなる。

本発明の目的は、上述の欠点を改善することである。そのため、本発明の目的は、リアルタイム局所測定が可能となり、用いられる手段の操作が確実に容易になる、とりわけハドロン治療のための、測定方法を提案することである。さらに、入射ハドロンビームによる標的の衝突の際に複数の標的領域が受けた、局所線量の空間分布（２次元または３次元）を測定するために用いられることが可能である。

この目的は、標的における核崩壊を引き起こし、少なくとも即発ガンマ線および中性子を発生させる入射ハドロンビームによる上記標的の衝突の際に、上記標的の領域が受ける局所線量をリアルタイム測定する方法であって、上記標的から放出される光子および粒子は、上記標的の上記領域をコリメートすることによって、かつ上記標的の測定される上記領域から距離Ｌの位置に検出器を配置することによって、測定され、上記検出器は、光子エネルギーおよび粒子エネルギーならびに光子飛行時間および粒子飛行時間を測定する手段を有しており、閾エネルギーＥ_Ｓ 以上であるエネルギーＥの粒子に対応する記録された事象を選択し、そのうえ、選択された該事象の中から、即発ガンマ線が上記距離Ｌを横断するのに要する移動時間の実質的に中心にあるタイムスパンｄｔに含まれる事象を選択することによって、上記検出器が受けた即発ガンマ線の数は決定され、上記距離Ｌは、伝播速度の相違に基づいて即発ガンマ線を中性子から区別できるように選択され、上記標的よりも前の入射ハドロンビーム中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムが、入射ハドロンの横断位置を取得するように実施される、方法によって達成される。

「エネルギーＥの粒子に対応する記録された事象」という表現は、検出器に付与されたエネルギーが、言及されるエネルギーＥを有している事象を意味していることが理解される。

「即発ガンマ線についての空間情報」という表現は、この即発ガンマ線の放出位置についての空間情報を意味していることが理解される。

入射ハドロンの横断位置を取得するように、標的より前の入射ハドロンのビーム中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムにより、即発ガンマ線についての空間情報を取得できるようになる。

粒子エネルギーおよび粒子飛行時間を測定する手段を備えている検出器は、上記検出器が受けたシグナルを処理する手段も備えている、即発ガンマ線を検出するシステムの一部を形成している。

飛行時間に基づいて即発ガンマ線および中性子を区別できるような、エネルギー領域の選択および検出器と標的の測定される領域との距離の選択を組み合わせた、エネルギーおよび飛行時間を測定する手段の使用のおかげで、Ｍｉｎらの技術において必要とされる保護層の大部分を省略することができる。そのため、扱いが非常にたやすい、小サイズのリアルタイム測定装置を得ることができる。本発明によれば、事実、閾エネルギーＥ_Ｓ を上回る記録事象を、飛行時間の観点で、区別することができ、即発ガンマ線の検出に関連する事象を同定することができ、これにより、標的が受ける線量の局所測定が可能になることが示されている。さらに、荷電粒子を検出する二方向性システムにより、空間的に粒子を捉えることが可能になり、とりわけ、入射ハドロンビームに対する横断位置を決定することが可能になる。それゆえ、記録事象について、２次元、実際には３次元の情報を得ることが可能になる。ビーム観測記録装置は、荷電粒子を検出する２方向性システムの中から選択され得る。

本発明は、標的より前の入射ハドロンビーム中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムの位置が、とりわけ有利であることを示すことができている。事実、標的中におけるイオンの横断位置は、入射ビーム中のイオンの位置と実質的に同一である。数ミリメートルの範囲内に収まる、横断位置のこの同一性により、二方向性検出システムを入射ビーム中へ容易に配置することができるようになり、それにより、標的中の即発ガンマ線の放出位置を突き止めることが可能な情報を推定することができるようになる。

別の実施形態によれば、入射ハドロンの横断位置を取得するように標的より前の入射ハドロンビーム中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムを用いて、標的または検出器をそれぞれ検出器または標的との関係で空間的に移動させることによって、ある標的における複数の領域が受ける局所線量の３次元空間分布をリアルタイムで測定される。

それゆえ、標的の容積の様々な点における標的が受けた線量の測定値が、有利に得られる。このような測定により、線量の分布と密接に関連している即発ガンマ線の放出の分布を３次元測定するおかげで、ハドロン治療処置の正確な制御が可能になる。本実施形態では、即発ガンマ線を検出するシステムは、荷電粒子検出器を備えており、標的よりも上流において、ビーム中に挿入されている。それゆえ、即発ガンマ線の放出点の３つの座標を得ることができる：ｘおよびｙ座標（ビームの方向に対する直角平面中）は、荷電粒子検出器によって提供され、ｚ座標は、即発ガンマ線を検出するシステムによって提供される。ここで、ｚは、入射ハドロンビームの方向に平行な方向である。

本発明の一実施形態によれば、ある標的の複数の領域が受ける局所線量の縦方向の分布は、標的または検出器を、それぞれ検出器または標的との関係で縦方向に移動させることによって、リアルタイムで測定される。

用語「縦方向」は、入射ハドロンビームの方向と平行な方向を意味することが意図される。それゆえ、標的が受ける線量を、標的への浸透の深さに応じて決定することができる。

本発明の一実施形態によれば、荷電粒子を検出するシステムは、入射ハドロンビーム中に配置されている。上記システムにより、入射ハドロンのリアルタイム標識化がもたらされ、対応するパラメータが、粒子飛行時間を測定する手段に導入される。それゆえ、計測が実行される最初の時間値が、飛行時間を測定する手段に与えられるように、即発ガンマ線を検出するシステムと標識化のための荷電粒子を検出するシステムとの間に、時間的相関が構築される。この構成は、ハドロンが、例えばシンクロトロンによりもたらされる、時間的に実質的に連続したビームの形態で放出される場合に、特に適している。標識化のための荷電粒子を検出するシステムは、例えば、シンチレーティングファイバーのホドスコープまたは多結晶ダイヤモンド検出器などであり得る。

荷電粒子を検出する二方向性システム（例えば、ホドスコープ）は、標識化システムとしての役割も果たし得る。

他の手段により、時間の初期化、例えば、とりわけ入射ハドロンビームがパルスされる場合における、入射ハドロンビームのビーム束変化量の利用が可能になることに注意する。

例示目的で、本測定に適しているイオンパケットの時間的構造が言及され得る。ここで、イオンパケットの放出期間は、およそ十ナノ秒〜数十ナノ秒ごとにほぼ１〜５ナノ秒程度である。

本発明の一実施形態によれば、標的は患者であり、該標的における測定領域は癌性腫瘍区画（または、上流もしくは下流に位置する健常組織）である。

本発明の一実施形態によれば、距離Ｌは、４０ｃｍ以上であり、例えば６０ｃｍ以上であり、また、例えば１００ｃｍ以下である。４０ｃｍ以上の距離では、実際、即発ガンマ線を中性子から時間的に分離できるようになるため、有利である。事実、即発ガンマ線の伝播速度は３０ｃｍ／ｎｓ（ナノ秒）であるのに対し、最も速い中性子の伝播速度は、一般に、入射ハドロンの伝播速度（最大で光速の２／３、すなわち、２０ｃｍ／ｎｓ）を超えない。このことから、中性子では、距離Ｌを進むのに、即発ガンマ線と比較して、最小でもさらに５０％の時間を要することになる。それゆえ、飛行時間を測定する手段により、局所線量を測定するために記録される粒子（即発ガンマ線）を、局所線量の測定とは精密には相関がないと思われる粒子（周囲の物質から散乱する中性子およびガンマ線）から分離できるようになる。このような時間的相違により、検討対象となる事象を良好に選択できるようになる。距離Ｌは増加され得、これにより、即発ガンマ線に関連付けられる事象と中性子に関連付けられる事象との間の時間的ずれを増やすことが可能になる。しかしながら、任意のコリメート手段に関して、検出される光子の数が一定に保たれるように要求される検出器の表面積は、距離Ｌに比例する。好ましくは、１ｍ以下の距離Ｌが用いられる。

共に組み合わせられ得る、本発明の他の実施形態によれば：
閾エネルギーＥ_Ｓ は、５００ｋｅＶ以上であり、好ましくは５ＭｅＶ以下であり、または実際には２ＭｅＶであり、例えばほぼ１ＭｅＶ程度である；
タイムスパンｄｔは、１〜１５ｎｓ（ナノ秒）であり、例えばほぼ７ｎｓ程度である；
検出器は、標的に対して縦方向に移動し、および／または標的に対して角変位する。

本発明の一実施形態によれば、スリットを有する物理的コリメータは、標的と、エネルギーおよび飛行時間を測定する手段を備えている検出器との間に配置されている。ここで、スリットの軸は入射ハドロンビームと垂直である。物理的コリメータは、例えば、鉛ブロックからなるものであり得る。コリメータは、例えば、標的から距離Ｄのところに配置され、幅ｄのスリットを提示する。これらパラメータＤおよびｄは、標的の測定される領域における空間分解能を規定する、標的の厚さの区域の範囲に及ぶように調節され得る。好ましくは、この空間分解能は、１ｃｍ以下である。

別の実施形態によれば、検出器は、電気的コリメート手段を備えている。電気的コリメーションを行う手段を備えている当該検出器は、例えば、コンプトンカメラの一部を形成し得る。

本発明は、上述の方法における１以上の実施形態を実施して、標的に沿って、および／または、標的の周囲に割り当てられている、エネルギーおよび飛行時間を測定する手段を備えている複数の検出器によって、ある標的の複数の領域が受ける複数の局所線量を、リアルタイムで測定する方法もまた目的としている。

本発明は、入射ハドロンビームによる標的の衝突の際に、上記標的の領域が受ける局所線量を、リアルタイム測定する装置であって：
粒子エネルギーおよび粒子飛行時間を測定する手段を有する検出器と；
上記標的の上記領域をコリメートする手段と；
上記検出器によって記録された、閾値Ｅ_Ｓ を超えるエネルギーＥの粒子に対応する事象を、選択可能にする手段と；
後者の事象の中から、所定のタイムスパンｄｔに含まれる事象を選択することが可能になる手段であって、上記検出器が、上記標的における測定される領域から、伝播速度の違いに基づいて即発ガンマ線を中性子から区別することが可能となるように選択される距離Ｌのところに配置されている、手段と；
入射ハドロンの横断位置を取得するように、標的よりも前の入射ハドロンビーム中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムと、を備えていることを特徴とする、装置にもまた関係している。

共に組み合わせられ得る、上記装置の各種実施形態によれば：
距離Ｌは、４０ｃｍ以上であり、例えば６０ｃｍ以上であり、また、例えば１００ｃｍ以下である；
コリメート手段は、スリットを有する物理的コリメータを含み、上記コリメータは、上記標的と、エネルギーおよび飛行時間を測定する上記手段を有する検出器との間に配置されている；
コリメート手段は、電気的コリメート手段を含む；
上記検出器、および上記コリメート手段、および／または、上記標的は、縦方向移動および／または角変位が可能になる移動手段上に配置されている。

本発明は、入射ハドロンビームによるある標的の衝突の際に、上記標的の複数の領域が受ける複数の局所線量をリアルタイム測定する装置であって、上述の１以上の実施形態における装置を複数備えており、該装置が、空間的に上記標的に沿って、および／または、上記標的の周囲に割り当てられていることを特徴とする装置もまた目的としている。

本発明は、添付した図面を参照するとともに、単に例示として挙げる以下の説明を読むことにより、より理解されるだろう：
図１は、本発明の装置を上からみた模式図である；
図２は、検出器に付与されたエネルギーに関するスペクトルを模式的に示す図である；
図３は、ＰＭＭＡ標的に入射する７３−ＭｅＶ／核子の炭素イオン当たり、かつ時間に応じて１ｎｓの間隔当たりの、検出事象の数の変動を示す図であり、本発明によって測定される；
図４は、本発明により標的の位置に応じて測定される粒子の数の変動を示す図である；
図５および図６は、種々の標的における即発ガンマ線の割合の変動を示す図である；
図７は、２９２−ＭｅＶ／核子の入射イオンにおける、即発ガンマ線の割合の変動を示す図である。

明確にするためにいえば、図１に表されている種々の要素は、必ずしも、一定の比率である必要はない。

図１は、本発明の装置を上部からみた概略図を図示している。

入射ハドロンビーム１０は、標的２０に衝突する。

標的２０の領域２５が受けた局所線量は、本発明の装置に基づいて測定される。標的の他の区間を測定するために、標的２０は矢印Ｆに沿って移動させることができる。

コリメータ３０は、標的２０から距離Ｄだけ前方に配置されている。示している例では、コリメータは、幅ｄのスリット３２を形成するように間隔を空けて離れている長さｌの２つの鉛ブロック３１から構成されている。

検出システム４０は、コリメータ３０の後方に設置されており、コリメータのスリット３２と一直線上に置かれた検出器４５を備えている。検出器は、検出器４５に面する開口４２を残すように間隔を空けて離れている複数の鉛ブロック４１によって、部分的に覆われている。

例として示す本発明の実施形態においては：
検出器４５は、高さ５ｃｍおよび直径５ｃｍである、ＮａＩ（Ｔｌ）の円筒状検出器であり、入射ハドロンビーム１０に対して９０°で置かれている；
コリメータ３０は、幅ｄ＝２ｍｍのスリットを形成するように、長さｌ＝２０ｃｍの２つの鉛ブロック３１によって構成されており、ハドロンビームの方向に対して直交しており、そして、標的から距離Ｄ＝１０ｃｍの位置に配置されている；
検出器４５と標的２０の測定される領域２５との距離は、Ｌ＝６０ｃｍである；
標的は、立方形のＰＭＭＡ（Ｃ_５ Ｈ_８ Ｏ_２ ）ブロックであり、一辺１０ｃｍである。

測定は、上記装置を用いて以下の条件に基づき行われた：
^１３Ｃ^６＋イオンの７３−ＭｅＶ／ｕビームを使用。ビームはパルスされる（８０ｎｓ毎に約１ｎｓ）；
標的上での強度は、約１ｎＡに固定させた；
総線量を検出するために、ＮａＩ（Ｔｌ）の第２の検出器を使用。第２の検出器は、コリメート手段を有していない。第２の検出器は、標的の位置に左右されずにビーム強度に比例した計数率を取得するために、標的から遠くに離されて設置されている。この検出器は、ファラデーケージによって較正されている；
時間測定は、加速器の高周波振動と同期している閾値ベースのディスクリミネータから供給される論理信号と、検出器からのアナログ信号によって始動するコンスタントフラクションディスクリミネータから供給される論理信号との時間の相違を測定する、時間−デジタル変換器を利用して、実施される。この検出器からのアナログ信号は、分光増幅器を利用してさらに増幅され、アナログ−デジタル変換器によって変換される。サイクロトロンを用いている本事例においては、飛行時間に関する、計数のための最初の時間に関する情報は、即発ガンマ線検出器４５によって識別され、最終時間に関する情報は、加速器からの高周波信号により供給される。

各事象に関連付くエネルギーＥおよび時間ｔは、試験中に第２のＮａＩ（Ｔｌ）検出器によって検出される事象の数ｎが測定されるのと同時に測定される。数ｎは、入射イオンの数に比例している。

図２は、このような試験中に得られる、典型的なエネルギースペクトル１００を表している。スペクトル形状は実質的に設定パラメータと無関係であることに注意する。シグナルピークが５１１ｋｅＶに現れている。これは、主に、ポジトンの消滅がその後に起こる、高エネルギー光子による対の生成に対応するものである。

図３は、入射イオン当たり、および１ｎｓの間隔当たり（ｎｓ^−１と表記）の事象数が、時間ｔ（ナノ秒（ｎｓ））の関数としてプロットされている、飛行時間スペクトルを示している。時間の始点は、イオンが標的に衝突した瞬間に対応する。

実線で示されている２つのスペクトル１１０，１３０は、コリメータが、入射ハドロンビームを受ける面の後方８ｍｍのところに定められた標的中の位置に向けられている場合の測定における、飛行時間スペクトルを示している。この位置は、実質的に、イオンの平均飛跡の中央に対応する。

ドットで記されている２つのスペクトル１２０，１４０は、コリメータが、入射ハドロンビームを受ける面の後方２６ｍｍのところに定められた標的中の位置に向けられている場合の測定における、飛行時間スペクトルを示している。この位置は、ブラッグピークの背後の実質１２ｍｍに位置する距離に対応する。

各位置について、検出されたエネルギーが１ＭｅＶよりも小さな事象（スペクトル１３０および１４０）、ならびに検出されたエネルギーが１ＭｅＶを超える事象（スペクトル１１０および１２０）について、記録した。

スペクトル１３０，１４０は、実質的に一致しており、これらの比較によっても、特定の事象を同定することはできないことに注意する。本実験条件の下では、エネルギーが１ＭｅＶよりも小さいときには、事象の分布は、全体としては、中性子が優性であると思われる。以前のスペクトルと対比すると、スペクトル１１０および１２０は、ｄｔで示される飛行時間区間で相違する。記録された事象の数は、スペクトル１２０と比較すると、スペクトル１１０でははるかに大きいことに確かに注意する。これらの事象は、曖昧な点なく、標的における即発ガンマ線を計測したことによるものである。事実、タイムスパンｄｔは、即発ガンマ線が距離Ｌ＝６０ｃｍを進むのに要する時間（すなわちほぼ２ｎｓ程度）の前後に広がっているタイムスパンに対応する。本測定により、タイムスパンｄｔに亘る事象の一切を考慮することによって卓越した精度でもって、即発ガンマ線の数を記録することが可能となること、およびシグナル−ノイズ比がほぼ１程度であることに注意する。これにより、エネルギーおよび飛行時間の両方に基づく選択を行うことにより、標的における局所線量を決定することが可能になる。

図４は、本明細書の上述の実験条件を用いて検出した事象の数の変動を、ハドロンビームを受ける標的の面からの距離の関数として示している。測定値は、標的を矢印Ｆに沿って移動させ、コリメータ、検出装置アセンブリを定位置に置いておくことによって得られる。位置「ｐｏｓ＝０」は、ハドロンビームに直交し、標的の前面を見ているコリメータの位置に対応する。負の位置の「ｐｏｓ」は、周囲のバックグラウンドノイズの測定に対応する。正の位置の「ｐｏｓ」は、前面から「ｐｏｓ」の距離にある標的における測定に対応する。ここで、コリメータは、ハドロンビームと直交する位置のままである。

２つの曲線１５０および１６０は、同様の取得条件のもと、エネルギーが１ＭｅＶを超える事象を選択した後に得られたものである。

曲線１５０は、飛行時間が２〜１０ｎｓに関する計測に対して、検出された事象を示している。曲線１６０は、飛行時間が１０ｎｓを超える計測に対して、検出された事象を示したものである。

曲線１６０が実質的に連続する変動であること、および、事象が、上述の実験条件のもと飛行時間が少なくとも約６ｎｓである中性子の存在によるものであることに、注意する。

曲線１５０が、実質的に０〜１５ｍｍにある位置を含む区間にピークを示していることに注意する。このピークは、厚さに応じて標的を横切る即発ガンマ線の計測によるものである。これらの結果は、ＰＭＭＡ標的の観測と完全に一致する。ＰＭＭＡ標的の観測では、１４ｍｍの深さを超えるとはっきりと弱まっている。曲線１５０のピークは、標的の前面から２〜１０ｍｍに位置する、数が緩やかに増加している事象の区間と、その後に続く、標的の前面から１２〜１３ｍｍ周囲に中心があるピークとに、分解することができることに注意する。このピークは、入射ハドロンの１４ｍｍのところにおけるブラッグピークに関連付けされ得る。

したがって、本発明の条件下、標的におけるブラッグピークの効果を同定すること、および付随する即発ガンマ線の量を測定することが可能となる。これにより、ある標的の任意の区間が受けるハドロンの量に関連付けできる測定値を得ることが可能になる。飛跡と付与エネルギーとの関連性は、文字どおり、非常によく知られている。そのため、即発ガンマ線の数および局所線量の関係を取得することが可能になる。

ここで報告されている結果および７３−ＭｅＶ／核子の入射イオンを用いて得られる結果により、計数率がリアルタイム測定システムと矛盾のないことを実証することが可能となる。さらには、選択したエネルギー範囲の測定結果および決められた飛行時間窓の測定結果を利用することによって、Ｍｉｎらに記載された手法により実現される大きくてかさばる防御装置の一部（特に中性子遮蔽）を、省くことができる。そのため、軽量かつコンパクトな装置であり、一連の検出器を構成として備えることができるようになり、ある標的のある区間から放出される即発ガンマ線の量を、優れた精度でもって空間的に測定し、局所的に受けるハドロン束を決定することができる装置を提供することが可能になる。

図５および図６は、異なる実験条件下における従来の装置により検出した事象の数の変動を示している：
入射イオンは、９５−ＭｅＶ／核子の^１２Ｃイオンである。飛行時間に基づき選択した事象は、エネルギーが２ＭｅＶを超える事象であり、９０°の角度およびコリメーションスリットの幅が２ｍｍにおいて、得られたものである。

図５に示す結果は、種々の物質の標的を用いて得られたものである。丸で示されるデータ（符号５１）は、ＰＭＭＡ標的から得られたものである。四角で示されるデータ（符号５２）は、テフロン（登録商標）標的（密度１．９ｇ／ｃｍ^３ 、骨の物質に近い）から得られたものである。十字で示されるデータ（符号５３）は、肺と同等の物質（密度０．３ｇ／ｃｍ^３ ）から得られたものである。

ＰＭＭＡ標的の前面は、ｐｏｓ＝０の位置にあり、ｐｏｓ＝３３ｍｍまで、広げられる。テフロン標的の前面は、ｐｏｓ＝１０ｍｍの位置にあり、ｐｏｓ＝１２．５ｍｍまで、広げられる。肺と同等の標的の前面は、ｐｏｓ＝６ｍｍの位置にあり、ｐｏｓ＝１２．５ｍｍまで、広げられる。

このように、即発ガンマ線の割合は観察した物質の密度によって変化すること、本発明の手法により、横断する標的中に異種物を見つけ出すことが可能となることが実証されている。

図６に示す結果は、様々なサイズおよび形状のＰＭＭＡ標的から得られたものである。丸で示されるデータ（符号６１）は、一辺５ｃｍの立方体である。四角で示されるデータ（符号６２）は、直径２ｃｍの円柱である。十字で示されるデータ（符号６３）は、一辺３０ｃｍの立方体である。

体積が大きな標的における光子の減衰は、シグナルの消失の原因とはならないことに注意する。さらに、標的が小さいと、シグナル−ノイズ比は減少するが、イオンの飛跡についてのリアルタイム情報を提供するには十分な高さを依然として維持している。

図７は、入射イオンが２９２−ＭｅＶ／核子の^１２Ｃイオンである条件のもとで得られた実験データを示している。これにより得られた飛跡は、深部の腫瘍に達するハドロン治療において用いられているものから得られる飛跡と類似している。飛行時間に基づき選択された事象は、エネルギーが２．５ＭｅＶを超えているものである。コリメーションスリットの幅は、１ｃｍであり、標的は水である。

ブラッグピークの予測位置は、破線で示されており、即発ガンマ線の計数率は、丸で示されている（符号７１）。このように観察された側面により、測定された収率がハドロン治療処置におけるオンラインかつリアルタイム制御に適合することが、確かめられた。

本発明にかかる測定方法および／または装置のおかげで、患者に付与される線量について、ｍｍのオーダーの分解能で、二方向性、または好ましくは３次元の分布を取得することによって、ハドロン治療のリアルタイム制御のための手段を取得することが可能になる。

時間的な制御は、秒のスケールで実施され得ると推定される。

そのため、例えば、線量の分布が治療計画よりも不十分である場合に、治療を中断することが可能になる。

本発明の実施にさまざまな検出器を用いることができ、また、すでに述べた装置の構造およびその使用方法について種々の変形が与えられえることに留意すべきである。

本発明は、実施の形態におけるこれらの形式に限定されるものではなく、非限定的な様式であり、いかなる等価な実施形態も含むものであると解釈すべきである。

図１は、本発明の装置を上からみた模式図である。 図２は、検出器に付与されたエネルギーに関するスペクトルを模式的に示す図である。 図３は、ＰＭＭＡ標的に入射する７３−ＭｅＶ／核子の炭素イオン当たり、かつ時間に応じて１ｎｓの間隔当たりの、検出事象の数の変動を示す図であり、本発明によって測定される。 図４は、本発明により標的の位置に応じて測定される粒子の数の変動を示す図である。 図５は、種々の標的における即発ガンマ線の割合の変動を示す図である。 図６は、種々の標的における即発ガンマ線の割合の変動を示す図である。 図７は、２９２−ＭｅＶ／核子の入射イオンにおける、即発ガンマ線の割合の変動を示す図である。

Claims (2)

1. 入射ハドロンビーム（１０）による標的（２０）の衝突の際に、上記標的（２０）の領域（２５）が受ける局所線量を、リアルタイム測定する装置であって、
   上記入射ハドロンビーム（１０）の方向に対する直角平面における入射ハドロン（１０）の横断位置（ｘ，ｙ）を取得するように、標的（２０）の前の上記入射ハドロンビーム（１０）中に配置されている、荷電粒子を検出する二方向性システムと、
   上記入射ハドロンビームの方向（ｚ）に対して垂直なスリット（３２）を有する物理的コリメータ（３０）を含み、上記入射ハドロンビームの方向に対して平行な方向における上記即発ガンマ線の放出点の位置（ｚ）を取得するために、上記即発ガンマ線の放出における上記領域（２５）をコリメートする手段（３０）と、
   粒子エネルギーおよび粒子飛行時間を測定する手段を有する検出器（４５）とを備え、
   上記コリメータは、上記標的（２０）と上記検出器（４５）との間に配置されており、
   上記検出器（４５）によって記録された、閾値Ｅ_Ｓを超えるエネルギーＥの粒子に対応する事象を、選択可能にする手段と、
   後者の事象の中から、所定のタイムスパンｄｔに含まれる事象を選択することが可能になる手段であって、上記検出器（４５）が、上記標的（２０）における測定される領域（２５）から、伝播速度の違いに基づいて即発ガンマ線を中性子から区別することが可能となるように選択される距離Ｌのところに配置されている、手段と、をさらに備えることにより、
   上記領域（２５）から放出される上記即発ガンマ線の数の測定値、および上記即発ガンマ線の放出の領域（２５）の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）の測定値を取得することで上記標的（２０）が受ける局所線量のリアルタイム測定値を得ることを特徴とする、装置。
2. 上記距離Ｌは、４０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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