JP6177245B2 - ハドロン放射線設備および検証方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハドロン放射線療法の分野に関する。

放射線療法の分野において、たとえば、腫瘍の治療のために、（特に、陽子またはイオン、たとえば炭素イオン療法による）ハドロン放射線療法がＸ線またはガンマ線療法よりも顕著な利点を提供することが理解される。一般的に、ハドロン放射線療法は、ハドロンビームが照射のために使用される、次世代の癌治療である。主に陽子放射線療法設備を備える、ハドロン放射線療法センターの数は急増しており、世界中で５０，０００人を超える患者がこれまでに治療されている。

陽子および他のハドロンが組織中にエネルギーを堆積させる支配的なプロセスは、原子のイオン化および励起である。運動エネルギーのほとんどは、行路の最終端におけるブラッグピーク（ＢＰ）において堆積する。ハドロン放射線療法は、魅力的な線量構造を実現することによって、腫瘍周辺の健康な組織を温存する可能性を有する。これは、低酸素性腫瘍のための線量の段階的増加と近くの器官を危険にさらす副作用の低減のいずれをも可能にする。これらは、たとえば目の近くの、脳のような、身体の重要な部分に位置する腫瘍の治療における主要な利点である。

最近使用が開始された多くのハドロン放射線療法システムは、放射線ビームを所望の方向にステアリングするために磁場が使用される、スポットスキャニング技法を使用する。ペンシルビームが、腫瘍の各微小体積における線量が最適化され得るようにエネルギーおよび強度を変えられて、腫瘍または対象の定義された他の治療照射野にわたって何度もステップまたはスキャンされる。ビーム強度は、連続的に制御される。腫瘍全体が同一の時間に照射されるのではなく、照射は、スポットに次ぐスポットで、スライスに次ぐスライスで、行われる。

患者のＣＴ画像を作成すること、計算を行うこと（以前のファントム実験に基づくことが多い）、等によって、放射線セッションを慎重に計画することが知られている。しかしながら、実際の患者内のブラッグピークの実際の位置はとりわけ、患者および照射位置によって異なり得る、中間組織の特性に依存する。また、解剖学的な差、たとえば、患者の解剖学的構造、組織組成、等の局部的な変化が、療法的放射線セッションの計画と実際の実行との間の時間期間中に生じ得る。したがって、治療計画と実際に適用される放射線療法との間にずれが存在することは共通の理解である。特に、人間の脳へのビームの貫入深度に関し、ブラッグピークの実際の位置は、計画された位置から、著しく、たとえば１０〜１５ｍｍ、ずれて観察される。治療される腫瘍の近くに位置する重要な組織が過剰な線量を受け得るか、さもなければ腫瘍が、結果として過少な線量を受け得る。

したがって、線量が計画通り確実に与えられるように、好ましくはハドロン放射線療法セッション中でさえ、ブラッグピークの位置を検証することが、非常に重要である。

ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）が現在、線量検証のためにこの分野で有効に使用される唯一の方法である。ポジトロンの放出によって崩壊する同位元素が、陽子行路における核反応によって形成され、ＰＥＴ撮像のために使用されることができ、投与された線量プロファイルをチェックすることを可能にする。しかしながら、適切な同位元素の半減期はおおよそ、ほんのわずかの、またはより長い、持続時間のものである。したがって、一般的に０．１ｓ未満のスポットステップの時間持続時間内の、ＰＥＴによる線量プロファイルモニタリングは、好ましくないようである。

ハドロンビーム貫入検証、モニタリングのための、およびことによるとまた、対象の照射中のビームのリアルタイムの制御のための、即発ガンマ線の使用についての研究も、現在行われている。核破砕反応が、対象における行路に沿って生じ、多数の中性子および即発ガンマ線の放出を結果として生じる。これらのガンマ線は、核の結合エネルギー（８ＭｅＶ）を下回るエネルギーで励起された核の統計的崩壊から生じる。即発ガンマ線は、それらの数がＰＥＴ同位元素の数よりもはるかに多いので、線量モニタリングの候補となりそうである。ＰＥＴによって見られるウォッシュアウト効果が存在しないこと、およびビーム貫入深度範囲と即発ガンマ線製造位置との間の密接な相関は、重要な追加の利点である。言及した相関は、ハドロンエネルギーがクーロンバリアしきい値を下回る行路の最後の数ｍｍまで核反応が生じるという事実の結果である。

特許文献１には、即発ガンマ線の使用のいくつかのアプローチが、主に、対象中の空間的な線量分布のリアルタイムの測定に対して働くことを目的として、説明されている。

一実施形態では、コリメータが、平板状の検出水晶と検出水晶の後部のＰＭＴアレイとの上方に直接的に置かれる、アンガー型ガンマカメラが提案される。コリメータは、ガンマ線ブロック材料の、たとえば鉛の、厚板によって構成され、それを通る多数の隣接する穴を有する。カメラは、ビーム軸に直角にその光軸を有するように設置される。ＰＭＴは、二次元アレイで配列されることができ、２つのそのようなカメラの使用により即発ガンマ線の分布の三次元画像が得られうることが想定される。

別の実施形態において、特許文献１は、単一のピンホールコリメータが、単一のシンチレーション素子タイプの検出器の前に、ある距離を隔てて配列される、ピンホールガンマカメラを提案している。ピンホールが対象内の陽子ビームの行路全体を含むカメラの視野を提供するように構成および配列されるので、行路に沿って即発ガンマ分布を観察するためにカメラを移動させる必要がない。ＰＭＴの線形アレイが使用されるか二次元アレイが使用されるかに依存して、即発ガンマ分布の一次元または二次元画像が得られる。

本願の発明者は、特許文献１において提案されたアンガー型カメラおよび単一のピンホールガンマカメラは、コリメータが入射ガンマフォトンのほとんどを減衰させるがゆえにカメラの感度を大きく制限するので、不適切であると考える。したがって、陽子ビーム貫入深度のリアルタイムの測定の可能性は、厳しく制限される。

最近の提案では、ビーム軸に略直角に配列された縦長のスリットアパーチャを有するスリットコリメータと２Ｄ検出器とを有するガンマカメラを、ハドロン放射線設備において使用することが、提言されている。この検出器は、平板状の検出水晶として具体化された単一のシンチレーション素子と、水晶の後ろ側の光検出器の２Ｄアレイと、を有する。スリットは、固定幅を有するナイフエッジタイプのスリットとして構成される。コリメータおよびそのスリットは、対象に対し、カメラが対象内のビームの行路全体を含む視野を有するように、配列されるので、行路に沿って即発ガンマ分布を観察するためにカメラを移動させる必要がない。スリットアパーチャは、横断面で単一のピンホールよりも大きく、また、アンガー型カメラにおけるコリメータよりも少ない減衰を提供するので、上述した問題は潜在的に解決可能である。

国際公開第２０１０／０００８５７号公報

即発ガンマに基づいたセンサを有する陽子放射線療法設備に対するさらなる改良を提案することが本発明の目的である。

放射線セッション中の対象への陽子ビーム貫入のリアルタイムのモニタリング、好ましくはリアルタイムの制御、を可能にする即発ガンマに基づいたセンサを有する、陽子放射線療法設備を提供することが、本発明のさらなる目的である。

その第１の態様によると、本発明は、請求項１のプリアンブルに係る設備を提供し、この設備は、コリメータが、可変幅の縦長のスリットアパーチャを有する可変幅スリットコリメータであり、このコリメータは、アパーチャの対向する縦方向のエッジの１つを各々が定義する第１のコリメータ部材と第２のコリメータ部材とを有し、上記コリメータが、上記コリメータ部材を互いに対し転置および配置するためのスリット幅アクチュエータメカニズムを有することを特徴とする。

スリット幅の変化を可能にすることにより、この設備の有用性は著しく増大し、とりわけ、適切な設計においてスリット幅が、たとえば、放射線ビーム範囲センサデバイスの機能を最適化するために、および／または、ガンマカメラの解像度、精度、品質、および信頼性のうちの１つ以上を向上させるかまたは最適化するために、放射線セッションの過程で変えられ得る場合に、著しく増大する。

対象はたとえば、人体、たとえば脳腫瘍の治療のための頭部、たとえば研究目的のための、動物の身体、またはファントム、たとえば水ファントム、であることができる。知られているように、ファントムは一般的に、そのような検証を人間または動物の身体に実行される放射線セッションを計画する過程で含む、検証手順のために使用される。

好ましい実施形態において、放射線装置は、ペンシル放射線ビームを放出するように適合する。

好ましい実施形態において、ハドロン放射線療法システムは、所望の方向に放射線ビームをステアリングするために磁石アセンブリの磁場が使用される、スポットスキャニング技法を実行するように適合する。ペンシルビームは、腫瘍の各微小体積における線量が最適化され得るようにエネルギーおよび強度を変えられて、腫瘍または定義された他の治療照射野にわたりセッションにおいて何度もステップまたはスキャンされる。ビーム強度は、セッション中に連続的に制御可能である。

実施形態において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、少なくともビーム貫入深度情報を、好ましくは放射線セッション中に、提供するために、陽子放射線装置のモニタリングシステムにリンクする。これはたとえば、オペレータに、検証セッションまたは療法セッション中に実際の貫入深度を検証することを可能にさせる。

好ましい実施形態において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、上記ビーム貫入深度制御に少なくともビーム貫入深度フィードバック情報を提供するために、上記制御システムの上記ビーム貫入深度制御にリンクする。

好ましい実施形態において、コリメータは、スリットアパーチャがビーム軸に略垂直に伸長するように支持され、検出器は、平行かつ隣り合わせの配列の複数の縦長のシンチレーション素子のアレイを備え、各シンチレーション素子は、コリメータのスリットアパーチャに平行な縦方向の軸に沿った長さと、この長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に平行な幅と、上記長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に垂直な高さと、を有し、上記長さは、上記幅および上記高さの各々よりも長い。

上記好ましい実施形態はまた、独立請求項１４において定義される本発明の第２の態様に関する、ということに注意すべきである。本発明のこの第２の態様では、スリットコリメータが好ましくは、本発明の第１の態様におけるように可変のスリット幅を有すること、しかしながら、従来技術のアプローチに対する改良はまた、コリメータが固定のスリット幅を有する場合にも、いかなるスリット幅アクチュエータメカニズムが存在しなくても、達成され得ること、が想定される。

特に、本発明のこの第２の態様は、主に、放射線セッション中に可能な貫入深度制御へのリアルタイムのフィードックを行うことを目的とした、ガンマカメラの向上した精度および速度を可能にする対策を提供することを目的とする。イントロダクションにおいて説明したように、現在提案されているガンマカメラは、この目標を達成するには不向きであり、または決して適切とは言えない。

ビーム軸に略垂直なコリメータのスリットに平行な縦長のシンチレーション素子を提供することにより、各シンチレーション素子は、それが、放出される即発ガンマ線の分布の単一方向の横断面であるかのように確立する。放射線ビームとコリメータのスリットとの間の距離と比較したコリメータのスリットまでの検出器の相対的な距離による適切な幾何学的倍率係数と組み合わせられた場合、異なる横断面の組み合わせは、対象への放射線ビームの貫入深度の精確な決定を可能にする。

実施形態において、検出器は、そのようなシンチレーション素子の単一のアレイを含み、好ましくは、シンチレーション素子の長さは、少なくともコリメータのスリットの長さに対応する。

実施形態において、シンチレーション素子は各々、固体のシンチレーション材料の縦長のストリップとして具体化され、各ストリップは、入射面と、入射面の反対側の後面と、側面と、ストリップの縦方向の端における端面と、を有し、光検出器がストリップの端面に、たとえば、直接的に、または光ガイドを介して、たとえば、光ガイドファイバーを介して、接続される。実施形態において、各ストリップは、１つの端面でのみ光検出器に接続されるが、それぞれの光検出器がストリップの各端面に接続されることもまた可能である。

存在する場合には光検出器をシリコン光電子倍増管（ＳｉＰＭｓ）として具体化することが好まれる。

実施形態において、シンチレーション材料は、ＢＧＯ（ゲルマン酸ビスマス）またはＬＹＳＯ（Ｌｕ_１．８Ｙ_０．２ＳｉＯ_５（Ｃｅ））である。別の実施形態において、シンチレーション素子は、縦方向のコンテナの中で保持された適切なシンチレーション液によって構成される。たとえば、この液体は、ガラスまたは他の透明な材料のコンテナの中で保持される。たとえば、１つ以上の光検出器が、コンテナの縦方向の１つの端または複数の端に配列される。

本発明がまた、ガンマ線を電荷へと直接変換する直接変換検出器の使用を想定することに注意すべきである。

検出器の可能な実施形態において、アレイのシンチレーション素子の中心のグループにおけるシンチレーション素子は各々、シンチレーション素子の端のグループにおける個々のシンチレーション素子の幅よりも狭い幅を有し、その端のグループの間に、上記中心のグループが位置する。これは基本的に、シンチレーション素子の端のグループと比較して、中心のグループに入射する即発ガンマ線に関し、ガンマカメラのより優れた解像度を可能にする。特に、ブラッグピークの実際の位置の決定という観点において、これは有利に使用されることができる。

実施形態において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、実際のガンマカウントレートに依存してスリット幅アクチュエータメカニズムを制御するように適合する。その可能なバージョンにおいて、放射線ビーム範囲センサデバイスは、実際のガンマカウントレートが所定の下側しきい値を下回る場合にスリット幅を増大させ、実際のガンマカウントレートが所定の上側しきい値を上回る場合にスリット幅を減少させるように、スリット幅アクチュエータメカニズムを制御するように適合し、上記上側しきい値は、下側しきい値よりも高いカウントレートを表す。これは、たとえばガンマカメラの信頼性の高い結果を得るために、たとえば、ガンマカメラの出力がフィードバック信号として使用される場合にビーム貫入深度制御の精度／信頼性を向上させること、を可能にする。

実施形態において、装置の制御システムは、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合（または、実際に記憶）し、コリメータのスリット幅アクチュエータメカニズムは、制御システムにリンクし、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションの１つ以上の計画されたビーム貫入深度、たとえば、変化するビーム貫入深度の計画されたパターン、を表すデータを含み、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのためのコリメータの１つ以上の計画されたスリット幅、たとえば変化するビーム貫入深度パターンと同期して実行されるコリメータのスリット幅の変化の計画されたパターン、を表すデータを含む。この実施形態は、ガンマカメラの最適なおよび／または信頼性の高い結果を得るために、スリット幅をセッション中に設定または調節することを可能にする。実行される放射線セッションのためのコリメータの計画されたスリット幅は、適切な計算により、および／または、適切なファントムでの検証セッションを実行することにより、得られることができる。

実施形態において、放射線装置は、放出されるペンシルタイプの陽子放射線ビームのブラッグピークを少なくともＸ、Ｙ、Ｚ座標によって表される計画された場所に位置づけるように、対象支持物に対するビーム軸の位置および／または角度の向きを変え、対象への貫入深度を変えるように適合し、Ｚ座標は、ビーム軸に平行であり、ＸおよびＹ座標は、ビーム軸に垂直な平面における直交軸に平行である。

実施形態において、制御システムは、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合し、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのためのペンシルタイプの放射線ビームのＸ−Ｙ運動の計画されたパターンを表すデータを含み、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための放射線ビームのＸ−Ｙ運動の計画されたパターンと同期するコリメータのスリット幅の変化のパターンを表すデータを含む。

ビーム軸がセッション中にコリメータに対し異なる距離にある場合、これは、ガンマカメラによる即発ガンマ線の、したがってガンマカメラの出力信号の、「捕捉」に良好な影響を与え得る。

したがって、実施形態では、ガンマカメラが、ビーム装置に対し対象支持物を移動させずにビーム軸に略垂直なＹ軸方向に移動可能であるように、ガンマカメラ支持構造によって移動可能に支持され、Ｙ軸ドライブが、上記Ｙ軸方向にガンマカメラを制御可能に移動させるために提供されることが提案される。

この実施形態は、たとえば、コリメータに対するセッション中のビーム軸の運動を補償することを可能にする。

実施形態において、制御システムは、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合し、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための放射線ビームの運動のパターンを表すデータを含み、上記放射線セッション制御データは、コリメータのスリットアパーチャの所望されるスリット幅を表すデータを含み、その幅は、実行される放射線セッション全体を通しての放射線ビームの運動の計画されたパターンと組み合わせられて維持される。

実施形態において、コリメータ、好ましくはコリメータを含むガンマカメラは、たとえば設備が人間の患者の頭部における腫瘍を放射するために設計される場合、たとえばビーム軸に略垂直なスリットアパーチャを有し、上記陽子ビーム装置に対し対象支持物を移動させずにビーム軸に略平行なＺ軸方向に、好ましくは少なくとも２０ｃｍの長さにわたって、移動可能であるように、移動可能に支持される。

実施形態において、Ｚ軸ドライブが、Ｚ軸方向に、コリメータ、好ましくはコリメータを含むガンマカメラを制御可能に移動させるために提供される。

この実施形態は特に、アレイのシンチレーション素子の中心のグループにおけるシンチレーション素子が各々、シンチレーション素子の端のグループにおける個々のシンチレーション素子の幅よりも狭い幅を有し、その端のグループの間に上記中心のグループが位置する、検出器の設計において有用である。

コリメータまたはガンマカメラ全体のＺ軸運動の利点は、ガンマカメラの最適な出力を得るように、ガンマカメラの視野の中心平面に、または中心平面の近くに、ブラッグピークを置くように努力できることであり得る。そして、対象は、ビーム装置に対し固定位置を維持するように、好ましくはセッション中にＺ軸方向に移動させられず、コリメータ（またはガンマカメラ全体）がＺ軸方向に移動させられる。たとえば、これは、たとえばファントムでの検証プロセス中に、Ｚ方向に沿ってガンマカメラを移動させることによってブラッグピークを位置づけるために使用され得る。

実施形態において、コリメータまたはガンマカメラのためのＺ軸ドライブが制御システムにリンクし、放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションの１つ以上の計画されたビーム貫入深度を表すデータだけでなく、Ｚ軸ドライブのための１つ以上の計画されたコリメータのＺ軸位置を表すデータを含み、たとえば、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための変化するビーム貫入深度の計画されたパターンと同期する、たとえば、放出される放射線ビームのブラッグピークが、コリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面に、または中心平面の近くに、位置することを可能にするような、コリメータ、好ましくはコリメータを含むガンマカメラ、のＺ軸運動のパターンを表すデータを含む。

ガンマカメラのＺ軸ドライブが提供される実施形態では、中心のグループがブラッグピークの決定されたまたは計画されたＺ軸位置に配列されることを達成するように、ガンマカメラがＺ方向に配置され得ることが想定され得る。実施形態において、アレイのシンチレーション素子は各々、入射面を有し、この入射面は、共通の平面、好ましくはコリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面に垂直な平面に位置する。これは、検出器の実際的な実施形態を可能にする。

有利な実施形態において、上述のシンチレーション素子は各々、入射面を有し、この入射面は、共通の凹平面に位置する。

好ましくは、各シンチレーション素子は、シンチレーション素子の高さの方向の幾何学的対称面に対応する仮想の主平面を有し、アレイのシンチレーション素子は、扇形配列で配列され、各シンチレーション素子は、そのそれぞれの仮想の主平面がコリメータのスリットアパーチャを通って伸長するような向きである。この設計において、各シンチレーション素子は、コリメータのスリットアパーチャに向けられていることより、ガンマカメラの精度に悪影響を及ぼし得る深さ方向の相互作用位置（ＤＯＩ）効果を回避または低減する。

その実施形態において、各シンチレーション素子は、入射面から入射面の反対側の後面に向かって増大する幅を有する。

コリメータのスリットアパーチャの長さは、いくつかの設計ではかなりの長さ、たとえば人間の頭部の放射における使用のための実施形態では１５〜３５ｃｍ、であり得るので、ガンマカメラの検出器が、縦方向のシンチレーション素子、好ましくは固体のシンチレーション材料のストリップ、の複数のアレイを有し、上記シンチレーション素子の入射面が共通の平面にある、実施形態が想定されることができ、上記複数のアレイのシンチレーション素子は、コリメータのスリットアパーチャに平行な共通の線上にアラインメントされる。たとえば、検出器は、隣同士の２つのそのようなアレイ、または、それによって各シンチレーション素子の長さのさらなる低減を可能にする、２よりもさらに多いそのようなアレイ、たとえばシンチレーション素子の４つ以上のアレイ、によって構成されることができる。アレイの数の増加は、たとえば、単一のアレイによる設計と比較して、相対的に遅い、魅力的な価格のシンチレーション素子の使用を可能にする。

実施形態において、ガンマカメラは、スタックされた配列のシンチレーション素子の、複数の、たとえば２つの、アレイを有することができ、１つのアレイのシンチレーション部材の入射面は、重なり合うアレイのシンチレーション素子の上方で、後面のほうを向いており、好ましくはこのシンチレーション素子は、固体のシンチレーション材料のストリップとして具体化される。

好ましい実施形態において、コリメータは、好ましくは、多くて５０°、好ましくは少なくとも多くて４０°、たとえば約３０°、の開口角度を有する、ナイフエッジとして具体化された、対向する縦方向のエッジを有する。

実施形態において、スリット幅アクチュエータメカニズムは、少なくとも１ｍｍの最小幅までの、たとえば１０ｍｍの最大幅を有する、スリット幅の変化に適合する。

実施形態において、検出器は、コリメータのスリットに垂直な方向の、少なくとも２５ｃｍ、好ましくは少なくとも３５ｃｍ、たとえば約５０ｃｍ、の有効幅を有する。これは、検出器をコリメータのスリットから相対的に遠くに置くことによって、拡大効果から利益を得ること、およびガンマカメラの精度を向上させること、を可能にする。実施形態において、検出器は、スリット以上の有効長、たとえば、１５〜３５ｃｍの長さを有し得る。そのようないくぶん大きい検出器は、対象が頭部の腫瘍の治療のための人間の頭部等であり得る設備における使用のための利点と考えられる。

実施形態において、対象支持物は、患者の頭部を支持するための患者頭部支持物である。

実施形態において、対象支持物は、頭部を含む患者を支持するように適合した頭部支持物を含む人間患者台である。

実際的な実施形態において、設備は、対象支持物の上方に垂直に、ある距離を隔てて、ガンマカメラを支持するように適合した、たとえば設備の頭部支持物の少なくとも２０ｃｍ上方にガンマカメラを支持するように適合した、ガンマカメラのための支持構造を備え、たとえば、この支持構造は、高さを調節可能である。

その第３の態様によると、本発明は、請求項１５のプリアンブルに係る設備に関し、この設備は、ガンマカメラの検出器が、平行かつ隣り合わせの配列の複数の縦長のシンチレーション素子のアレイを備え、各シンチレーション素子が、コリメータのスリットアパーチャに平行な縦方向の軸に沿った長さと、この長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に平行な幅と、上記長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に垂直な高さと、を有し、上記アレイのシンチレーション素子の中心のグループにおけるシンチレーション素子は各々、シンチレーション素子の端のグループにおける個々のシンチレーション素子の幅よりも狭い幅を有し、その端のグループの間に上記中心のグループが位置することを特徴とする。

上述したように、この配列は、ガンマカメラの検出器のより優れた精度を可能にすることによって、それを、従来技術の提案よりもリアルタイムのフィードバックの目的に適したものにする。

本発明の第３の態様の好ましい実施形態において、ガンマカメラは、放射線装置に対し移動可能に支持され、ビーム軸に略垂直なスリットアパーチャを有し、上記陽子ビーム装置に対し対象支持物を移動させずにビーム軸に略平行なＺ軸方向に、好ましくは少なくとも２０ｃｍの長さにわたって、移動可能になっており、Ｚ軸ドライブが、上記Ｚ軸方向に、ガンマカメラを制御可能に移動させるために提供される。上述したように、これは、ビーム貫入深度の検出のための最適なＺ位置にガンマカメラを配置することを可能にする。

好ましい実施形態において、Ｚ軸ドライブは、制御システムにリンクし、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションの１つ以上の計画されたビーム貫入深度を表すデータだけでなく、Ｚ軸ドライブのための１つ以上の計画されたコリメータのＺ軸位置を表すデータを含み、たとえば、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための変化するビーム貫入深度の計画されたパターンと同期する、好ましくは、放出される放射線ビームのブラッグピークが、コリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面に位置することを可能にするような、コリメータ、好ましくはコリメータを含むガンマカメラ、のＺ軸運動のパターンを表すデータを含む。

本発明の第４の態様は、請求項１８のプリアンブルに係る設備に関し、この設備は、放射線ビーム範囲センサデバイスが、ビーム軸に対し軸方向に間隔をあけた位置における複数のスリットアパーチャを提供する１つ以上のガンマカメラを備え、連続するスリットアパーチャ間の軸方向の間隔は、少なくとも３ｃｍ、好ましくは多くても１０ｃｍであり、各スリットアパーチャは、開口角度を有する視野を提供し、その視野は、設備の動作においてペンシルビームによって交差し、視野は、互いに隣り合う連続するスリットアパーチャによって提供され、好ましくは部分的におよび不完全に重複し、ビーム軸の断面に沿って連続的な視野を確立するようになっていることを特徴とする。

各々が上記軸方向の位置において開口角度を有する視野を提供する複数のスリットアパーチャの提供は、ビーム軸に沿って撮像される断面の長さの増大を可能にすることができる。より重要なことに、この対策は、ビーム軸の同一の断面を観察するための単一のカメラの使用と比較して、限られたまたは低減された開口角度、たとえば、多くても３０°の、たとえば多くても２０°の、たとえば少なくとも１０°の最小開口角度を有する、開口角度を有するような、各個々のスリットアパーチャの設計を可能にする。軸方向に間隔をあけた場所における複数のスリットアパーチャの使用による開口角度の低減は有利に、エッジ貫入に対するコリメータの増大した耐性を必然的に伴い、それによって、ビーム範囲センサデバイスによるビーム断面の撮像を向上させる。

本発明の第４の態様において、好ましくは、ビーム範囲センサデバイスのすべてのスリットアパーチャは、固定幅のスリットアパーチャである。しかしながら、所望される場合、上記スリットアパーチャのうちの１つ以上は、本発明の第１の態様に関連して説明された可変幅スリットアパーチャとして具体化されることができる。

本発明の第４の態様の実際的な実施形態において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、２〜６個のスリットアパーチャ、たとえば２または３個のスリットアパーチャを有する。

好ましくは、本発明の第４の態様において、ビーム範囲センサデバイスのすべてのスリットアパーチャは、ビーム軸に略垂直の向きである。

本発明の第４の態様の実際的な実施形態において、ビーム範囲センサデバイスは、複数のガンマカメラを備え、各ガンマカメラは、単一のスリットアパーチャ、好ましくは固定スリット幅のスリットアパーチャ、を有する。これは、各カメラの相対的に単純でコンパクトな設計を可能にし、たとえば、その製造だけでなく、ビーム範囲センサデバイスへの統合をも容易にする。またメンテナンスも、この設計の使用によって容易にされることができる。

本発明の第４の態様の実際的な実施形態において、複数のスリットアパーチャは、たとえば、１つ以上の、たとえば単一の、スリットアパーチャを各々が有する、複数のガンマカメラによる実施形態において、ビーム軸を横断する平面で見た場合、ビーム軸に対し、実際的には対象支持物に対し、異なる角度の位置に配列される。たとえば、１つのガンマカメラは、対象支持物の下にあり、１つは左手側から上向きに角度を付けられ、１つは右手側から上向きに角度を付けられる。たとえば、複数の、たとえば３つ以上の、ガンマカメラが、ビーム軸に対し螺旋配列でカメラ支持デバイスによって支持される。異なる角度の位置における、たとえばビーム軸に対する螺旋軌道に沿った、または少なくとも螺旋軌道の断面に沿った、複数のガンマカメラの配列は、たとえば、相対的に大きい検出器を有する、さらには本発明の第４の態様に係るビーム軸の軸方向に相対的に近いそれらのスリットアパーチャを併せて有する、カメラの使用を可能にする。

本発明の第４の態様の実施形態において、設備は、複数のガンマカメラを支持するガンマカメラ支持デバイスを備え、この支持デバイスは、ビーム軸に対する１つ以上のカメラ位置の調節を可能にしてそれらの視野の重複の調節をもたらすように適合し、たとえば、ガンマカメラのうちの１つ以上は、互いに対し軸方向に調節可能であり、および／または、１つ以上のカメラは、回転軸、たとえば、１つ以上のガンマカメラを、それらの向きおよびそれらの視野の重複を変えるように旋回転させることを可能にする、ビーム軸を横断する軸に対し回転可能である。

本発明の第４の態様の実施形態において、ビーム範囲センサデバイスは、本発明の第４の態様に係る上記軸方向に間隔をあけた位置における複数のスリットアパーチャを有する、少なくとも１つのガンマカメラを備え、ことによると、単一の１つのガンマカメラを有するのみである。

本発明の第５の態様は、請求項２５のプリアンブルに係る設備に関し、この設備は、スリットアパーチャが、スリットアパーチャの外側の側面を各々が定義する２つの間隔をあけたコリメータの主な壁部分と、放射線ブロック材料の縦長のコリメータ壁ロッド部材と、によって形成され、そのロッド部材は、上記２つの間隔をあけた主な壁部分の間に、上記２つの間隔をあけた主な壁部分から間隔をあけて配列されて、スリットアパーチャの第１および第２のスリット通路を形成し、上記ロッド部材は、各々が隣接する外側の側面と組み合わせられて上記スリット通路のうちの１つの境界を示す、内側の側面を定義し、各スリット通路の境界を示す内側および外側の側面は、平行でなく、スリット通路の開口角度および対応する視野を定義し、各スリット通路は、最大透過の中心平面を有し、上記第１および第２のスリット通路の中心平面は、平行でなく、互いに交差し、好ましくはコリメータとビーム軸との間で交差するので、スリット通路の視野は、部分的に重複し、組み合わせられて、スリットアパーチャの全視野を定義することを特徴とする。

この設計では、第１および第２のスリット通路、およびことによると、請求項３０におけるごとく存在する場合には１つ以上の中心のスリット通路が、通常の単一のスリット通路タイプのスリットアパーチャの模倣を有効に可能にする。本発明のスリットアパーチャの設計の利点は主に、スリットアパーチャまたはスリット通路の境界に沿ったコリメータの部分、主にエッジ部分、を通るガンマ放射線の貫入の問題の影響を打ち消す能力にある。有効に、特定の開口角度を有する通常のスリットアパーチャは、ここで各スリット通路の縦方向の側部の境界を示すコリメータ部分がガンマ放射線のためにより少なく貫入可能にされ得る、という利点を有する本発明の設計によって置き換えられることができ、結果として生じる、対象へのペンシルビームの貫入の撮像の品質および／または効率の向上を伴う。本発明の第５の態様はまた、３０ｍｍよりも長い、たとえば４０ｍｍよりも長い、またはさらに、８０ｍｍよりも長い、厚みをたとえば有する、厚いコリメータ壁によってなされることもできる。

実際的な実施形態において、コリメータのスリットアパーチャの外側の側面は、ガンマカメラの検出器のほうをビーム軸の方向から見た場合、検出器から遠いコリメータの側部では平行な外側の側面部分を有し、検出器に面した側部では発散する外側の側面部分を有し、コリメータ壁ロッド部材は、検出器から遠いコリメータの側部では発散する内側の側面部分を、検出器に面した側部では平行な内側の側面を有する。

実施形態において、ロッド部材の発散する内側の側面部分は、頂点において互いに合流する。

実際的な実施形態において、第１および第２のスリット通路は、等しい開口角度を有するように形成される。

実際的な実施形態において、第１および第２のスリット通路は、スリット通路間の中心に位置する対称面に対し左右対称の通路として形成される。

本発明の第５の態様は、第１のスリット通路の視野から発生するガンマ放射線画像が、第２のスリット通路の視野から発生するガンマ放射線画像と、検出器上で重複しないような、スリット通路の設計を可能にする。

実際的な実施形態において、エッジの鈍角が、１５０°以上の、好ましくは１５５°〜１７０°の、角度を有する各主な壁部分の外側の側面に存在する。

本発明の第５の態様のさらなる変形例において、単一の１つではないロッド部材がスリットアパーチャにおいて想定され、それは実際的に好まれるが、複数の縦長のコリメータ壁ロッド部材が、上記２つの間隔をあけた主な壁部分の間に、互いに平行に配列されて、上記第１および第２のスリット通路に加えて１つ以上の中心スリット通路を形成し、好ましくは、各中心スリット通路は、隣の壁ロッド部材の平行でない面によって境界を示され、中心スリット通路の開口角度および対応する視野を定義し、スリット通路の視野は、部分的に重複し、組み合わせられて、スリットアパーチャの視野を定義する。

本発明の第１、第２、および／または第３の態様のいずれかに関連して本明細書において説明される、ガンマカメラ、コリメータ、および／または検出器の任意の詳細は、技術的に不可能でない限り、本発明の第４および／または第５の態様に係るガンマカメラとの組み合わせに等しく適用され得る、ということが理解されるだろう。たとえば、検出器セグメントの扇形配列は、たとえば検出器の凹入射表面が各スリットアパーチャに面している、本発明の第４および／または第５の態様との組み合わせに適用され得る。または、たとえば、可変スリット幅が、本発明の第４および／または第５の態様との組み合わせに適用され得る。

一般的に、本発明の一態様に関連して本明細書において説明される最適なまたは好ましい特徴のいずれかはまた、本発明の他の態様のいずれかと組み合わせられ得る、ということが理解されるだろう。それらの組み合わせのいくつかが、本明細書においてより詳細に説明される。

本発明はまた、ハドロン放射線装置との組み合わせで使用するための、本明細書において説明されるガンマカメラに関する。

本発明はまた、ハドロン放射線設備における、本明細書において説明されるガンマカメラの使用に関する。

本発明はまた、ガンマカメラ、または非常に多数のガンマカメラ、またはコリメータ、およびハドロン放射線設備におけるものでない他の目的のための、本明細書において説明されるその使用の方法に関する。たとえば、本発明は、人間でない動物またはその一部、たとえば、マウスまたはラット、または人間の、ガンマ放射線放出撮像のためのシステムおよび／または方法を想定し、人間でない動物または人間は、ガンマ線放出トレーサ化合物を含み、上記システムおよび／または方法は、ガンマカメラ、または非常に多数のガンマカメラ、またはコリメータ、および本明細書において説明されるその使用の方法を備え、または利用する。そのようなシステムでは、対象支持物が提供され得るにもかかわらず、本明細書において説明されるハドロン放射線装置および放射線ビームセンサデバイスは存在しない。さらに、放射線ビームセンサデバイスに関連して本明細書に説明される任意のガンマカメラは、撮像のために存在し得る。そして、本明細書に説明されるビーム軸は、たとえば、動物または人間が撮像中に保持される物体空間の軸、たとえば縦方向の軸、であり得る。

本発明はまた、本発明の１つ以上の態様に係るハドロン放射線設備を使用した、ハドロン放射線療法検証のための方法に関し、ファントムとして具体化された対象が、放射線セッションにおいてハドロン放射線ビームによる照射に曝され、上記方法は、
対象支持物の上にファントムを配列する工程であって、好ましくは対象支持物の上でファントムを固定する工程と、
ビーム軸に沿ってハドロン放射線ビームを放出し、対象支持物によって支持されたファントムを照射するように、放射線装置を動作させる工程であって、上記放射線ビームはファントムへと貫入する、動作させる工程と、
ファントムへの上記放射線ビームの実際の貫入深度を放射線ビーム範囲センサデバイスによって決定する工程と
を備える。

制御システムが、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合した、設備を利用する方法の実施形態において、コリメータは、少なくとも本発明の第１の態様に従って具体化され、制御システムにリンクしたスリット幅アクチュエータメカニズムを有し、
検証放射線セッションは、セッション中に、変化するビーム貫入深度のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて実行され、
検証放射線セッションは、変化するビーム貫入深度のパターンと同期して実行されるコリメータのスリット幅の変化のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて実行される。

方法の実施形態において、検証放射線セッションは、実行される放射線セッションのための変化するビーム貫入深度の計画されたパターンと同期する、好ましくは、放出される放射線ビームのブラッグピークが、コリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面に位置することを可能にするような、コリメータ、好ましくはコリメータを含むガンマカメラの、Ｚ軸運動のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて実行される。

本発明はまた、本明細書において説明される放射線ビーム範囲センサデバイスを利用する、対象へのハドロンビームの貫入深度の決定のための方法に関する。

本発明はまた、本明細書において説明される、放射線ビーム範囲センサデバイス、またはガンマカメラ、または非常に多数のガンマカメラを利用する、ハドロン放射線ビームによって照射される対象へと貫入するハドロンビームを撮像するための方法に関する。

本発明がここで、図面に関連して説明されるだろう。

図１は、本発明に係る陽子放射線療法設備を模式図的に示す図である。 図２は、本発明に係るガンマカメラのシンチレーション素子アレイの実施形態を模式図的に示す図である。 図３は、本発明に係るガンマカメラのシンチレーション素子アレイの代替の実施形態を模式図的に示す図である。 図４は、本発明に係る、スリットコリメータと、ガンマカメラのシンチレーション素子アレイの実施形態と、を模式図的に示す図である。 図５は、ビーム軸に沿って軸方向に間隔をあけた位置に配列された複数のガンマカメラを有するビーム範囲センサデバイスを模式図的に示す図である。 図６は、ビーム軸に沿って軸方向に間隔をあけた位置に配列された複数のガンマカメラを有するビーム範囲センサデバイスであって、カメラのうちの１つ以上が、連続するカメラの視野の重複の適合を可能にするように調節可能である、ビーム範囲センサデバイスを横断面で模式図的に示す図である。 図７は、ビーム軸に沿って軸方向に間隔をあけた位置における複数のスリットアパーチャを有する単一のガンマカメラとして具体化された、ビーム範囲センサデバイスを横断面で模式図的に示す図である。 図８は、ビーム軸を横断する平面上で見た、ビーム軸に対し角度の異なる向きの、ビーム軸に沿って軸方向に間隔をあけた位置における、その平面における複数のガンマカメラの螺旋配列を模式図的に示す図である。 図９ａは、共通した単一のスリット通路タイプのスリットアパーチャを有するコリメータの一部を横断面で示す図である。 図９ｂは、本発明の第５の態様に係るスリットアパーチャを有するコリメータの一部を横断面で示す図である。

図１に関連して、本発明に係る、対象を陽子放射線ビームによる照射に曝すように適合した陽子放射線療法設備の例が、以下に説明される。本発明が、他のハドロン、たとえば、炭素イオンによるビームを放出する放射線設備に等しく適用されることに注意すべきである。

この設備は、対象２を支持し、好ましくは固定するように構成された対象支持物１を備える。この例において、対象支持物は、患者の頭部または人間の頭部を表すファントムを支持するための患者頭部支持物である。ここでの頭部支持物は、頭部を含む人間の患者（図示せず）を支持するように適合した人間患者台３の一部を形成する。

たとえば、対象２は、ＩＣＲＵの仕様書によると、直径２０ｃｍの球体の脳組織である。

設備は、ビーム軸（Ｚ軸）に沿ってペンシルタイプの陽子放射線ビーム１１を放出し、対象支持物１によって支持された対象２に照射するように適合した、陽子放射線装置１０を備える。この陽子放射線ビーム１１は、対象２へと貫入する。

知られているように、装置１０は好ましくは、ペンシルタイプの陽子ビーム１１が、たとえばビームステアリング磁石を使用して、腫瘍にわたってステップされる、スポットスキャニング技法を実行するように具体化される。

説明されたように、ブラッグピークは、対象２における陽子の行路の終端で現れる。

ここでは、ビーム１１が、たとえばポリエチレンの、ディグレーダ１２を通過するところが示されている。この例において、ディグレーダ１２は、ディグレーダ１２において生成されたいかなる中性子も減速させるように適合した管構造１３で保持される。

放射線装置１０は、制御システム１５、一般的にはコンピュータ化された制御システムを有する。

制御システム１５は少なくとも、たとえば上記コンピュータ化された制御システムにインストールされた専用ソフトウェアプログラムを含み、少なくとも対象２へのビーム１１の貫入深度を制御し、変えることを可能にする、ビーム貫入深度制御を備える。

設備は、対象２へのビーム１１の貫入深度を決定するように適応した放射線ビーム範囲センサデバイス１７を備える。この範囲センサデバイスは、ビーム１１が対象２へと貫入することに起因して放出される即発ガンマ線に応答するガンマカメラ２０を備える。

この例において、ガンマカメラ２０は、
ガンマ放射線をブロックする壁とその壁におけるアパーチャ２２とを有するコリメータ２１と、
コリメータ２１の上記アパーチャを通過し、１つ以上のシンチレーション素子に入射するガンマ放射線を、光学的な放射線へと変換する、１つ以上のシンチレーション素子２４を有する検出器と、
上記光学的な放射線を検出するように適合した１つ以上の光検出器（図示せず）と、
上記検出器に関連づけられた電子読み出しメカニズムと
を備える。

単純な実施形態において、読み出しメカニズムは主に、上記１つ以上の光検出器に接続され、ガンマカウント信号を提供する、ガンマカウンタ（図示せず）として機能する。

ガンマカメラ２０のコリメータは、縦長のスリットアパーチャ２２を有するスリットコリメータである。

スリットアパーチャ２２は、一次元タイプの検出器が使用される場合に好まれるように、ここではビーム１１のビーム軸に略垂直に配列される。スリットの完全で垂直なアラインメントが常に必要なわけでなく、たとえば、完全で垂直なアラインメントを維持するためにコリメータ／ガンマカメラの位置を調節することなく、セッション中にビームの向きのわずかな変更が可能である、ということに注意すべきである。

二次元タイプの検出器のために、ビームに垂直なスリットの向きは主として必要ではない、ということに注意すべきである。

コリメータ２１は、可変の縦長のスリットアパーチャ２２を有する可変幅のスリットコリメータである。コリメータは、各々がスリットアパーチャ２２の対向する縦方向のエッジの１つを定義する、第１のコリメータ部材２１ａと第２のコリメータ部材２１ｂとを有する。

好まれるように、縦方向のエッジは、多くて５０°、好ましくは少なくとも多くて４０°、たとえば約３０°、の開口角度を提供する、ナイフエッジとして具体化される。

コリメータ２１は、上記コリメータ部材２１ａ、ｂを、異なるスリット幅を可能にするように互いに対し転置および配置するための、スリット幅アクチュエータメカニズム２３を有する。

放射線ビーム範囲センサデバイス１７は、陽子放射線装置の、たとえばディスプレイ３０を含む、モニタリングシステムにリンクして、好ましくは放射線セッション中に、少なくともビーム貫入深度情報を提供する。

放射線ビーム範囲センサデバイスはまた、制御システム１５のビーム貫入深度制御にもリンクして、ビーム貫入深度制御に、少なくともビーム貫入深度フィードバックデータを提供する。

実施形態において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、実際のガンマカウントレートに依存して、スリット幅アクチュエータメカニズム２３を制御するように適合する。変形例において、放射線ビーム範囲センサデバイスは、実際のガンマカウントレートが所定の下側しきい値を下回る場合にスリット幅を増大させ、実際のガンマカウントレートが所定の上側しきい値を上回る場合にスリット幅を減少させるように、スリット幅アクチュエータメカニズム２３を制御するように適合し、この上側しきい値は、下側しきい値よりも高いガンマカウントレートを表す。

制御システム１５はここで、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを、入力デバイス３１を介して入力し、メモリに記憶するように適応する。

理解され得るように、コリメータ２１のスリット幅アクチュエータメカニズム２３は、制御システム１５にリンクする。

実施形態において、放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションの１つ以上の計画されたビーム貫入深度、たとえば、変化するビーム貫入深度のパターン、を表すデータを含む。

実施形態において、放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのためのコリメータ２１の１つ以上の計画されたスリット幅、たとえば、変化するビーム貫入深度パターンと同期して実行されるコリメータ２１のスリット幅の変化のパターン、を表すデータを含む。

設備において、好まれるように、装置１０は、当該技術分野において知られているように、対象支持物１に対するビーム軸の位置および向きを変えるように適合した、ビーム方向づけデバイス（図示せず）を含む。たとえば、ビーム軸は、たとえば、対象支持物に対する二軸メカニズム（たとえば、垂直および水平）により、および／または、対象支持物に対しさまざまな角度の向きでビームを向けるための角運動メカニズムにより、複数の自由度で、移動させられることができる。ビーム方向づけデバイスは、所望されたように陽子ビームを方向づけることを可能にする。

装置１０はまた、対象２への陽子ビームの貫入深度を、たとえばビームの強さの変化によって、変えるように具体化される。

装置１０は、放出されたペンシルタイプの陽子放射線ビームのブラッグピークがガンマカメラに対する少なくともＸ、Ｙ、Ｚ座標によって表される計画された場所に位置づけることを可能にし、Ｚ座標は、ビーム軸に平行であり、ＸおよびＹ座標は、ビーム軸に垂直な平面における直交軸に平行である。

好まれるように、制御システム１５は、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合し、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのペンシルタイプの放射線ビームのＸ−Ｙ運動の計画されたパターンを表すデータを含む。

好まれるように、記憶された放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための放射線ビームのＸ−Ｙ運動の計画されたパターンと同期する、コリメータのスリット幅の変化の、計画されたパターンを表すデータを含む。

図１には、コリメータ２１を含むガンマカメラ２０が、陽子放射線装置１０に対し、ここでは線形ガイド３５上で、ここではビーム軸に略垂直なスリットアパーチャ２２を有し、上記陽子ビーム装置に対し対象支持物を移動させずにビーム軸に略平行なＺ軸方向に移動可能であるように、移動可能に支持されることが示されている。好まれるように、上記方向のガンマカメラの運動範囲は、少なくとも２０ｃｍであり、たとえば、患者自身を移動させずに頭部の上方でコリメータ２１を移動させることを可能にする。

好まれるように、ガンマカメラ２０は、ビーム軸が向き、たとえば、その角度の向きを変えた場合であっても、ビーム軸に対するその垂直な向きが維持されるように、支持される。

Ｚ軸ドライブ１８が提供され、Ｚ軸方向にコリメータを含むガンマカメラ２０を移動させるように制御可能である。

好まれるように、Ｚ軸ドライブ１８は、制御システム１５にリンクする。

実施形態において、放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションの１つ以上の計画されたビーム貫入深度を表すデータだけでなく、Ｚ軸ドライブ１８のための１つ以上の計画されたコリメータのＺ軸位置を表すデータを含み、たとえば、上記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための変化するビーム貫入深度の計画されたパターンと同期する、好ましくは、放出された放射線ビームのブラッグピークが、コリメータのスリットアパーチャ２２を通る幾何学的対称面であるコリメータ２１の中心平面２６（図４を参照）に位置することを可能にするような、コリメータを含むガンマカメラ２０のＺ軸運動のパターンを表すデータを含む。

図１において理解され得るように、設備は、対象支持物の上方に垂直に、ある距離を隔てて、ガンマカメラを支持するように適合した、たとえば、設備の頭部支持物１の少なくとも２０ｃｍ上方にそのコリメータを有するガンマカメラを支持するように適合した、ガンマカメラのための支持構造を備える。

（ここでは示されていないが）所望される場合、支持構造は、高さを調節可能であるように具体化されることができるので、ガンマカメラ２０は、ビーム装置に対し対象支持物を移動させずに、ビーム軸に略垂直なＹ軸方向に移動可能になっている。そして、Ｙ軸ドライブは好ましくは、上記Ｙ軸方向にガンマカメラを制御可能に移動させるように提供される。Ｙ軸方向の運動は有利に、ビーム軸から所望の距離にコリメータを保つように、たとえば、一方ではコリメータと検出器との距離と、他方ではコリメータとビーム軸との距離と、の比によって得られる所望の幾何学的倍率を維持するように、使用されることができる。たとえば、放射線セッションが（たとえば、治療照射野に対するスキャニングプロセスにおいて）Ｙ軸方向のビームの実質的な運動を含む場合、ガンマセンサ２０は、同期パターンで上記Ｙ軸方向に移動させられることができる。

実際的な実施形態において、たとえば、脳腫瘍の治療のために、ガンマセンサは、５〜１０ｃｍの、たとえば約７ｃｍの、（Ｚ軸方向の）長さにわたってビーム軸と交差する視野を有するように配列される。

実際的な実施形態において、検出器は、１．５ＭｅＶを上回るガンマ線エネルギーを検出するように動作する。

好まれるように、ガンマカメラ２０の検出器は、平行かつ隣り合わせの配列の複数の縦長のシンチレーション素子２４のアレイを備える。

各シンチレーション素子２４は、コリメータのスリットアパーチャ２２に平行な縦方向の軸に沿った長さと、この長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に平行な幅と、上記長さに垂直かつ上記シンチレーション素子の入射面に垂直な高さと、を有する。好まれるように、上記長さは、上記幅と上記高さの各々よりも長い。実際的な実施形態において、各素子２４の長さは、素子の幅の少なくとも５倍である。

実際的な実施形態において、シンチレーション素子２４は各々、固体のシンチレーション材料の縦長のストリップとして具体化され、各ストリップは、入射面と、入射面の反対側の後面と、側面と、ストリップの縦方向の端における端面と、を有する。

光検出器が、たとえば、直接的に、または光ガイドを介して、たとえば、適切な光検出器に通じる光ガイドファイバーを介して、ストリップの端面に接続される。

ガンマカウント信号に基づいた適切なフィードックを提供するために、実際的には、ガンマカウントレートは、１００〜１０００万カウント／秒の範囲内であり得ることが想定される。実際的な実施形態において、検出器の各シンチレーション素子は、最大３０，０００カウント／秒であるように設計され得ることがさらに想定される。

図１〜４において理解され得るように、アレイにおいて、アレイのシンチレーション素子の中心のグループにおけるシンチレーション素子は各々、シンチレーション素子の端のグループにおける個々のシンチレーション素子の幅よりも狭い幅を有し、その端のグループの間に上記中心のグループが位置することが可能である。

図１〜３の実施形態では、アレイのシンチレーション素子が各々、入射面を有し、その入射面が、共通の平面、好ましくは、コリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面２６に垂直な平面内に位置することが示されている。

図４では、アレイのシンチレーション素子が各々、入射面を有し、その入射面が共通の凹平面内に位置することが示されている。

より具体的には、図４は、各シンチレーション素子２４が、シンチレーション素子の高さの方向の幾何学的対称面に対応する仮想の主平面を有し、アレイのシンチレーション素子が、扇形配列で配列され、各シンチレーション素子が、そのそれぞれの仮想の主平面がコリメータ２１のスリットアパーチャ２２を通って伸長するような向きである、設計を示している。所望される場合、１つ以上のシンチレーション素子は、シンチレーション素子が入射面から入射面の反対側の後面に向かって増大した幅を有するように、具体化される。

図４に示すシンチレーション素子の扇形配列はまた、検出器の平面の設計によって、たとえば、素子２４のすべての入射面が共通の平面に置かれていても可能である、ということに注意すべきである。

扇形配列は、シンチレーション素子の中心のグループの幅が端のグループの素子よりも狭い状態で具体化されることができるが、また、すべてのシンチレーション素子が等しい幅を有する状態でもなされ得る。

図３は、検出器が、好ましくは固体のシンチレーション材料のストリップであるシンチレーション素子２４の複数のアレイを有し、このシンチレーション素子の入射面は、共通の平面にあり、上記複数のアレイのシンチレーション素子が、コリメータのスリットアパーチャに平行な共通の線にアラインメントされる、対策を示す。

図示されていない実施形態において、検出器は、スタックされた配列のシンチレーション素子の複数のアレイを有し、１つのアレイのシンチレーション部材の入射面は、重なり合うアレイのシンチレーション素子の上方で、後面のほうを向いており、好ましくはこのシンチレーション素子は、固体のシンチレーション材料のストリップとして具体化される。

たとえば鉛の、放射線シールド３８が、ガンマカメラの反対側、ここでは下に、対象支持物１の他方の側、ここでは好まれるように処置室の床３９上に、置かれることが好ましい。

ここで示される設備は、ハドロン放射線療法検証のための方法を実行することを可能にし、ファントムとして具体化される対象２は、放射線セッションにおいて放射線ビームによる照射に曝される、ということが理解されるだろう。

この検証方法は、
対象支持物１上にファントム２を配列する工程であって、好ましくは対象支持物１上でファントムを固定する工程と、
ビーム軸に沿ってペンシルタイプの陽子放射線ビームを放出し、対象支持物によって支持されるファントム２を照射するように、陽子放射線装置１０を動作させる工程であって、この陽子放射線ビームはファントムへと貫入する工程と、
放射線ビーム範囲センサデバイス１７によってファントム対象２への上記陽子放射線ビームの実際の貫入深度を決定する工程と
を備え得る。

実施形態において、検証方法は、セッション中の変化するビーム貫入深度のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて、および、変化するビーム貫入深度パターンと同期して実行されるコリメータのスリット幅の変化のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて、検証放射線セッションを実行することを備え得る。

実施形態において、検証方法は、セッション中の変化するビーム貫入深度のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて、および、実行される放射線セッションのための変化するビーム貫入深度の計画されたパターンと同期する、好ましくは放出される放射線ビームのブラッグピークがコリメータのスリットアパーチャを通る幾何学的対称面であるコリメータの中心平面に位置することを可能にするような、ガンマカメラ２０のＺ軸運動のパターンを表すデータを含む、記憶された放射線セッション制御データに基づいて、検証放射線セッションを実行することを備え得る。

図５は、本発明の第４の態様に係る手法でビーム軸１１に沿って軸方向に間隔をあけた位置に配列された複数のガンマカメラ２０’を有するビーム範囲センサデバイス１７’を模式図的に示す。

各カメラ２０’はここで、開口角度と、スリットアパーチャ２２からビーム軸１１に向かって発散する線によって表された関連づけられた視野と、を提供する、単一の、好ましくは固定幅の、スリットアパーチャ２２を有する。

各カメラ２０’は、ここでは図４に関連して説明された手法で具体化されるものとして示される、その専用検出器２４を有する。検出器２４と対応するカメラのスリットアパーチャ２２との間の間隔は、外側から、および、隣接するカメラの間隔から、放射線ブロック壁によってシールドされる。

デバイス１７’における連続するスリットアパーチャ２２間の軸方向の間隔は、少なくとも３ｃｍ、好ましくは多くても１０ｃｍであり、各スリットアパーチャ２２は、開口角度を有する視野を提供し、その視野は、設備の動作においてペンシルビームによって交差し、視野は、互いに隣り合う連続するスリットアパーチャによって提供され、好ましくは部分的にまたは不完全に重複し、ビーム軸の断面に沿って連続する視野を確立するようになっている。

好まれるように、軸方向に連続するカメラ２０’の視野は、デバイス１７’の連続的な全視野を得るように、互いに部分的に重複する。

デバイス１７’は、設備において図１に関連して説明したように配列されることができ、そのデバイス１７と置き換わることができる。そして、好まれるように、ブラッグピークは好ましくは、複数のスリットアパーチャによって見られるビーム軸の上記断面に置かれる。

実際的な実施形態において、放射線ビーム範囲センサ１７’は、２〜６個のスリットアパーチャ、たとえば、２または３個のスリットアパーチャを有する。

図６は、複数のガンマカメラ２０’を支持するガンマカメラ支持デバイス４０を有する提案を示し、支持デバイスは、ビーム軸１１に対する１つ以上のカメラ位置の調節を可能にして、それらの視野の重複の調節をもたらすように適合する。この例では、カメラ２０’の各々は、軸４１、ここではビーム軸１１を横断する軸、に対し回転可能に取り付けられ、ガンマカメラ２０’を、それらの向きを変えるように旋回転させることにより、それらの視野の重複を可能にする。旋回転は、ここでは矢印Ｐの方向に行われ得る。

図７は、本発明の第４の態様におけるような共通コリメータ２１’において複数のスリットアパーチャ２２を有するカメラ２０”を有するビーム範囲センサデバイス１７’を提供する提案を示す。例として、検出器が、図４に関連して開示されたシンチレーション素子２４の複数の凹アレイによって構成されることが示され、各凹アレイは、コリメータの対応するスリットアパーチャ２２のほうを向いている。検出器が平らで平面である別の設計においてもなお、凹アレイ（または隣り合うアレイのセット）が好まれる。

図８は、ここでは各々が単一のスリットアパーチャを有する複数のガンマカメラ２０’のスリットアパーチャ２２が、ビーム軸および対象２のための対象支持物１に対し異なる角度の位置に配列されるような、ビーム軸１１を横断する平面で見た場合の、ビーム範囲センサデバイス１７’を提供する提案を示す。ここで、１つのカメラ２０’は、対象支持物１の下にあり、１つは、左手側から上向きに角度が付けられ、１つは、右手側から上向きに角度が付けられている。これは、好ましくは、ビーム軸１１に対し螺旋配列で複数のガンマカメラを配列することによって得られる。たとえば図１を考慮することにより、複数のカメラをビーム軸に平行な線上にアライメントさせて置くことは、好まれるように相対的に大きな検出器が用いられた場合、連続するスリット間の極めて大きい距離をもたらす、ということが理解されるだろう。本発明の第４の態様に係る異なる角度の位置のカメラの配列は、撮像を向上させる極めて大きな検出器の寸法を可能にしながら、連続するスリットアパーチャ間の間隔を最適化することを可能にする。説明されたように、ビーム軸の断面を撮像するための開口角度を有する複数のスリットアパーチャの提供は、各個々のスリットアパーチャの開口角度を減じることにより、エッジ貫入に対する耐性を増大させることを可能にする。

図９ａは、コリメータ２１の対向する主な壁部分２１ａ、２１ｂの間に単一のスリット通路を有する共通スリットアパーチャ２２を示す。スリットアパーチャは、開口角度αと、単一の通路の最小幅ｄを有するナイフエッジと、を提供する平行でない面を有する。

本発明の第５の態様に関連して説明したように、そのような設計は、ガンマ放射線によるエッジ貫入を不必要に被り、たとえば、画像のぼやけおよび撮像の他の品質の問題を招き得る。

図９ｂは、たとえば図９ａの設計と、置き換えるために用いられることができ、その放射線貫入問題を回避または少なくとも低減することができる、本発明の第５の態様に係るコリメータの好ましい実施形態を示す。

図９ｂにおいて、スリットアパーチャ２２は、スリットアパーチャの外側の側面を各々が定義する２つの間隔をあけたコリメータの主な壁部分２１ａ、２１ｂと、放射線ブロック材料の縦長のコリメータ壁ロッド部材２１ｃと、によって形成され、ロッド部材２１ｃは、上記２つの間隔をあけた主な壁部分２１ａの間に、上記２つの間隔をあけた主な壁部分２１ａから間隔をあけて配列され、スリットアパーチャ２２の第１のスリット通路２２ａおよび第２のスリット通路２２ｂを形成する。

ロッド部材２１ｃは、各々が隣接する外側の側面と組み合わせられてスリット通路２２ａ、２２ｂのうちの１つの境界を示す、内側の側面を定義する。各スリット通路２２ａ、２２ｂの境界を示す内側および外側の側面は、平行でなく、スリット通路２２ａ、２２ｂの開口角度α／２および対応する視野を定義する。

各スリット通路２２ａ、２２ｂは、最大透過の中心平面ｐ１、ｐ２を有し、第１および第２のスリット通路２２ａ、２２ｂの中心平面ｐ１、ｐ２は、平行でなく、互いに交差し、好ましくはコリメータとビーム軸１１との間で交差するので、スリット通路の視野は、部分的に重複し、組み合わせられて、スリットアパーチャの全視野を定義する。

最大透過の平面ｐ１およびｐ２は、各スリット通路の幾何学的対称面とほぼ等しいことができ、すなわち、各スリット通路の幾何学的対称面に近似し得る。

図９ａおよび図９ｂを比較することによって容易に理解され得るように、図９ｂの設計は、スリットアパーチャ２２の同様の開口角度の視野を達成しながら、ガンマ放射線による貫入がはるかにより容易な、スリット通路の側面の設計を可能にする。

好ましい実施形態において、ガンマカメラの検出器２４のほうをビーム軸１１の方向で見た場合、コリメータのスリットアパーチャの外側の側面は、検出器から遠いコリメータの側部では平行な外側の側面部分を有し、検出器のほうの側部では発散する外側の側面部分を有する。コリメータ壁ロッド部材２１ｃは、検出器２４から遠いコリメータの側部では発散する内側の側面部分を、検出器２４のほうの側部では平行な内側の側面を有する。

エッジの鈍角が、１５０°以上の、好ましくは１５５°〜１７０°の角度を有する、各主な壁部分の外側の側面に存在する、ということが理解され得る。

図９において、第１および第２のスリット通路２２ａ、２２ｂは、等しい開口角度を有するように形成される。

図９の設計において、ガンマカメラは、第１のスリット通路２２ａの視野から発生するガンマ放射線画像が、第２のスリット通路２２ｂの視野から発生するガンマ放射線画像と、検出器２４上で重複しないようになっている。

図示されていない実施形態において、複数の縦長のコリメータ壁ロッド部材２１ｃが、上記２つの間隔をあけた主な壁部分２１ａ、２１ｂの間に、互いに平行に配列されて、上記第１および第２のスリット通路に加えて１つ以上の中心スリット通路を形成し、好ましくは、各中心スリット通路は、隣の壁ロッド部材の平行でない面によって境界を示され、中心スリット通路の開口角度および対応する視野を定義し、スリット通路の視野は、部分的に重複し、組み合わせられて、スリットアパーチャの視野を定義する。

Claims (13)

1. 対象をハドロン放射線ビームによる照射に曝すように適合したハドロン放射線設備であって、前記設備は、
   対象（２）を支持するように構成された対象支持物（１）と、
   ビーム軸に沿って、ハドロン放射線ビーム（１１）を放出し、前記対象支持物によって支持された前記対象を照射するように適合したハドロン放射線装置（１０）であって、前記放射線ビームが前記対象へと貫入し、前記放射線装置は、前記対象への前記放射線ビームの貫入深度を少なくとも制御し、変えることを可能にするビーム貫入深度制御を少なくとも備える、制御システム（１５）を有する、ハドロン放射線装置（１０）と、
   前記制御システム（１５）は、放射線ビーム装置によって実行される１つ以上の放射線セッションに対応する、実行される放射線セッションの変化するビーム貫入深度のパターンを表すデータを含む放射線セッション制御データの１つ以上のセットを入力し、メモリに記憶するように適合し、
   前記対象への前記放射線ビームの前記貫入深度を決定するように適合した放射線ビーム範囲センサデバイス（１７）であって、前記範囲センサデバイスは、前記放射線ビームが前記対象へと貫入する間に放出される即発ガンマ線に応答するガンマカメラ（２０）を備える、放射線ビーム範囲センサデバイス（１７）と
   を備え、
   前記ガンマカメラは、
   ガンマ放射線をブロックする壁と前記壁におけるアパーチャ（２２）とを有するコリメータ（２１）と、
   前記コリメータの前記アパーチャを通過するガンマ放射線が入射する１つ以上のシンチレーション素子（２４）を備える検出器と、
   前記検出器に関連づけられた電子読み出しメカニズムと
   を備え、
   前記コリメータ（２１）は、可変幅の縦長のスリットアパーチャ（２２）を有する可変幅のスリットコリメータであり、前記コリメータは、前記スリットアパーチャの対向する縦方向のエッジの１つを各々が定義する、第１のコリメータ部材（２１ａ）と第２のコリメータ部材（２１ｂ）とを備え、
   前記第１、第２のコリメータ部材それぞれはナイフエッジを有し、前記コリメータは、前記第１および第２のコリメータ部材を互いに対し転置および配置するためのスリット幅アクチュエータメカニズム（２３）を有し、
   前記コリメータの前記スリット幅アクチュエータメカニズムは、前記制御システムにリンクし、
   前記スリット幅アクチュエータメカニズム（２３）は放射線セッション中に前記コリメータのスリット幅を変化させるようになっており、前記放射線セッション制御データは、放射線セッション中に前記スリット幅アクチュエータメカニズム（２３）により行われる前記コリメータのスリット幅の変化のパターンを表すデータを含む、
   ことを特徴とするハドロン放射線設備。
2. 前記コリメータ（２１）は、前記スリットアパーチャが前記ビーム軸に略垂直に伸長するように支持され、前記検出器は、平行かつ隣り合わせの配列の複数の縦長のシンチレーション素子（２４）のアレイを備え、各シンチレーション素子は、前記コリメータのスリットアパーチャに平行な縦方向の軸に沿った長さと、前記長さに垂直かつ前記シンチレーション素子の入射面に平行な幅と、前記長さに垂直かつ前記シンチレーション素子の入射面に垂直な高さと、を有し、前記長さは、前記幅および前記高さの各々よりも長い、請求項１に記載の設備。
3. 前記シンチレーション素子（２４）は各々、固体のシンチレーション材料の縦長のストリップとして具体化され、各ストリップは、入射面と、前記入射面の反対側の後面と、側面と、前記ストリップの縦方向の端における端面と、を有し、前記シンチレーション素子は、入射したガンマ線を光学的な放射線に変換し、光検出器が前記ストリップの端面に接続される、請求項２に記載の設備。
4. 前記検出器の各シンチレーション素子（２４）は、前記シンチレーション素子の前記高さの方向の幾何学的対称面に対応する仮想の主平面を有し、前記アレイの前記シンチレーション素子は、扇形配列で配列され、各シンチレーション素子が、そのそれぞれの仮想の主平面が前記コリメータの前記スリットアパーチャを通って伸長するような向きである、請求項２または３のいずれか一項に記載の設備。
5. 前記アレイのシンチレーション素子の中心のグループにおける前記シンチレーション素子（２４）は各々、シンチレーション素子の端のグループにおける個々のシンチレーション素子の前記幅よりも狭い幅を有し、その端のグループの間に前記中心のグループが位置する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の設備。
6. 前記アレイの前記シンチレーション素子（２４）は各々、入射面を有し、前記入射面は、前記コリメータの前記スリットアパーチャを通る幾何学的対称面である前記コリメータの中心平面に垂直な共通の平面に位置する、請求項２〜５のいずれか一項に記載の設備。
7. 前記アレイの前記シンチレーション素子（２４）は各々、入射面を有し、前記入射面は、共通の凹平面に位置する、請求項２〜５のいずれか一項に記載の設備。
8. 前記放射線装置（１０）は、
   前記対象支持物に対する前記ビーム軸の位置および向きを変え、
   放出された前記放射線ビームのブラッグピークを少なくともＸ、Ｙ、Ｚ座標によって表される計画された場所に位置づけるように、前記対象への前記貫入深度を変え、前記Ｚ座標は、前記ビーム軸に平行であり、前記ＸおよびＹ座標は、前記ビーム軸に垂直な平面における直交軸に平行である、
   ように適合する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の設備。
9. 前記ガンマカメラは、前記ビーム軸に略垂直な前記スリットアパーチャを有し、ビーム装置に対し前記対象支持物を移動させずに前記ビーム軸に略垂直なＹ軸方向に移動可能であるように、ガンマカメラ支持構造によって移動可能に支持され、Ｙ軸ドライブが、前記Ｙ軸方向に前記ガンマカメラを制御可能に移動させるために提供される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の設備。
10. 前記コリメータを含む前記ガンマカメラ（２０）は、前記ビーム軸に略垂直な前記スリットアパーチャを有し、ビーム装置に対し前記対象支持物を移動させずに前記ビーム軸に略平行なＺ軸方向に、少なくとも２０ｃｍの長さにわたって、移動可能であるように、ガンマカメラ支持構造（３５）によって移動可能に支持され、Ｚ軸ドライブ（１８）が、前記Ｚ軸方向に、前記コリメータを含む前記ガンマカメラを制御可能に移動させるために提供される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の設備。
11. 前記Ｙ軸ドライブおよび／またはＺ軸ドライブ（１８）の各々は、前記制御システム（１５）にリンクし、前記放射線セッション制御データは、前記Ｙ軸およびＺ軸ドライブのためのそれぞれ１つ以上の計画されたＹ軸および／またはＺ軸位置を表すデータを含む、請求項９または１０のいずれか一項に記載の設備。
12. 前記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための前記放射線ビームのＸ−Ｙ運動のパターンを表すデータを含み、
    前記放射線セッション制御データは、実行される放射線セッションのための前記放射線ビームのＸ−Ｙ運動の計画されたパターンに同期する前記コリメータのスリット幅の変化のパターンを表すデータを含む、少なくとも請求項８に記載の設備。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のハドロン放射線設備を使用した、ハドロン放射線療法検証のための方法であって、ファントムとして具体化された対象は、放射線セッションにおいてハドロン放射線ビームによる照射に曝され、前記方法は、
    前記対象支持物（１）の上に前記ファントム（２）を配列する工程と、
    ビーム軸に沿ってハドロン放射線ビームを放出し、前記対象支持物によって支持された前記ファントムを照射するように、前記ハドロン放射線装置（１０）を動作させる工程であって、前記放射線ビームは前記ファントムへと貫入する、動作させる工程と、
    前記ファントムへの前記放射線ビームの実際の貫入深度を前記放射線ビーム範囲センサデバイス（１７）によって決定する工程と、
    を備え、
    前記ファントムの放射線セッション中に前記スリット幅アクチュエータメカニズム（２３）は前記制御システムのメモリに記憶された前記放射線セッション制御データに基づいて前記コリメータのスリット幅の変化のパターンを現出させる、方法。

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