WO2010046983A1 - 粒子線治療装置 - Google Patents

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WO2010046983A1
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detector ring
detector
therapy system
ring
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寛道 戸波
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Shimadzu Corp
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    • A61N5/1049—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam
    • A61N2005/1052—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the position of the patient with respect to the radiation beam using positron emission tomography [PET] single photon emission computer tomography [SPECT] imaging
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    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons

Definitions

  • the present invention relates to a particle beam therapy apparatus that performs treatment by irradiating a subject with a particle beam, and more particularly to a particle beam therapy apparatus that can monitor an irradiation region of a particle beam during therapy.
  • the affected area of the subject may be irradiated with radiation.
  • a particle beam therapy system using a particle beam has been developed (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • a conventional particle beam therapy system 51 includes a top plate 52 on which a subject M is placed, a particle beam source 53 that irradiates a particle beam, and annihilation ⁇ rays emitted from the body of the subject M.
  • a first detector ring 54 and a second detector ring 55 for detecting a pair are included.
  • the particle beam source 53 is disposed at a position where both detector rings 54 and 55 are sandwiched.
  • the particle beam source 53 can go around the subject M around the body axis of the subject M. That is, the gap provided between the detector rings 54 and 55 serves as a path for the particle beam.
  • the first detector ring 54 is configured by arranging block-shaped radiation detectors 61 in a ring shape.
  • the radiation detector 61 includes a scintillator 62 that converts radiation into fluorescence, and a photomultiplier tube (hereinafter referred to as a photodetector) 63 that detects fluorescence.
  • the scintillator 62 has a rectangular parallelepiped scintillator crystal C arranged three-dimensionally, and the photodetector 63 can identify which scintillator crystal C the fluorescence is emitted from. That is, the radiation detector 61 can identify where the radiation is incident on the scintillator 62.
  • the surface farthest from the photodetector 63 is referred to as an incident surface 62a for convenience.
  • both detector rings 54 and 55 in the conventional particle beam therapy system 51 have a configuration in which radiation detectors 61 are simply arranged. That is, the scintillator 62 is configured to face the inner sides of both detector rings 54 and 55. Specifically, the scintillator 62 is configured to face the same position in the body axis direction A of the subject M.
  • a particle beam beam is irradiated from the particle beam source 53 to the subject M placed on the top plate 52.
  • the particle beam source 53 makes a round around the body axis of the subject M while irradiating the particle beam, and continues to irradiate the subject M with the particle beam while changing the irradiation angle.
  • the particle beam loses energy in the body of the subject M.
  • the nucleus located at the point where the particle beam lost energy is converted into a nuclide that causes ⁇ + decay. This nucleus undergoes ⁇ + decay and emits positrons.
  • the generated positron hits an electron existing in the vicinity thereof and disappears.
  • a pair of annihilation gamma ray pairs are generated that travel in directions opposite to each other by 180 °.
  • This annihilation gamma ray pair penetrates the subject M and is detected by both detector rings 54 and 55.
  • the conventional particle beam therapy system 51 estimates the point where the particle beam has lost energy by specifying the location where the annihilation ⁇ -ray pair is generated. At the point where the particle beam loses energy, the nearby cells are destroyed. In this way, it can be seen whether the particle beam accurately targets the lesioned part of the subject M.
  • An annihilation gamma ray pair is an example of radiation derived from a particle beam.
  • both annihilation gamma ray pairs must be detected. This is because the generation point of the annihilation ⁇ -ray pair is specified by obtaining a line connecting two points where the annihilation ⁇ -ray pair is detected (line of response: hereinafter referred to as LOR as appropriate).
  • LOR line of response
  • the conventional configuration has the following problems. That is, according to the conventional configuration, since it is necessary to provide a passage through which the particle beam source 53 passes, there is a problem that the detection sensitivity of the annihilation ⁇ -ray pair is not sufficient. That is, since there is a restriction that the position of the lesion area of the subject M in the body axis direction A and the particle beam source 53 must always be the same position, the detection sensitivity of the annihilation ⁇ -ray pair is sacrificed. Specifically, the detection sensitivity of the annihilation ⁇ -ray pair possessed by the detector ring strongly depends on the direction in which the annihilation ⁇ -ray pair is incident on the detector ring.
  • the annihilation ⁇ ray pair is substantially perpendicular to the body axis direction A. Enter the first detector ring 54 at an angle. Then, as shown in FIG. 18A, one of the ⁇ -rays forming a pair of annihilation ⁇ -rays is incident from the incident surface 62 a of the scintillator 62 and travels toward the photodetector 63. Then, since the ⁇ -rays pass through the thick scintillator 62 before reaching the photodetector 63, the ⁇ -rays are surely converted into fluorescence, and the detection sensitivity of ⁇ -rays is high.
  • both detector rings 54 and 55 of the particle beam therapy system 51 are provided avoiding a passage through which the particle beam source 53 passes. Since the position of the lesioned part of the subject M in the body axis direction A and the particle beam source 53 must always be at the same position regardless of the rotation of the particle beam source 53, the particles in the body axis direction A of the subject M The point where the line beam loses energy and the positions of both detector rings 54 and 55 are different from each other. That is, the annihilation gamma ray pair enters the first detector ring 54 from the oblique direction with respect to the body axis direction A. Then, as shown in FIG.
  • ⁇ rays are not necessarily directed from the incident surface 62 a of the scintillator 62 toward the photodetector 63, but appear toward the side surface of the scintillator 62.
  • some of the ⁇ -rays constituting the annihilation ⁇ -ray pair emerge from the side surface of the scintillator 62 while bypassing the central portion of the scintillator 62. Since such ⁇ rays are not converted into fluorescence, they are not detected by the radiation detector 61 after all.
  • the thickness of the scintillator 62 on the path of the ⁇ -rays at the side end in the body axis direction A of the scintillator 62 is. Is lacking. This is because the ⁇ rays incident from the incident surface 62 a of the scintillator 62 bypass the central portion of the scintillator 62 and immediately go to the side surface of the scintillator 62.
  • the ⁇ -rays emitted from the subject M in the particle beam therapy apparatus 51 are administered by a PET (Positoron Emission Tomography) device that administers to the subject M a radiopharmaceutical that releases annihilation ⁇ -ray pairs and
  • the dose is very small, and the dose is, for example, about 1/1000 to 1/100 of that of a PET apparatus.
  • two detector rings 54 and 55 are provided. Due to having two detector rings, the manufacturing cost of the particle beam therapy system 51 will increase. However, if a single detector ring is used, it is impossible to detect both ⁇ rays of the annihilation ⁇ ray pair.
  • the detector ring is single.
  • a radiation detector cannot be disposed at the position G. That is, it is not possible to detect annihilation ⁇ rays that travel while maintaining the position G. Instead, an annihilation gamma ray pair whose traveling direction does not follow the position G is detected. As shown in FIG. 19,
  • one of the ⁇ rays of the annihilation ⁇ ray pair proceeds forward in the body axis direction A of the subject M, and the other of the ⁇ rays is the body axis direction of the subject M. Proceed backwards at A. It is impossible to detect such annihilation gamma ray pairs with a single detector ring. This is because the position of the radiation detector provided in the detector ring is the same in the body axis direction A of the subject M. After all, according to the conventional configuration, the detector ring cannot be made single.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a particle beam therapy apparatus having a passage through which a particle beam passes and a point where a particle beam loses energy and a detector ring. It is an object to provide a particle beam therapy system having high detection sensitivity of an annihilation radiation pair even if the positions of these are different from each other in the body axis direction A of the subject M.
  • the present invention has the following configuration. That is, in the particle beam therapy system according to the present invention, the scintillator having an incident surface that converts radiation into fluorescence and makes the radiation incident, the light guide that transmits and receives fluorescence, and the photodetector that detects fluorescence are in the same direction.
  • a radiation detector is formed by stacking, and has a detector ring formed by arranging them in a ring shape.
  • the detector ring tilting means for tilting the detector ring in a reversible manner with respect to the top plate, and detection is performed by the detector ring tilting means.
  • the upper end of the device ring is inclined toward one direction of the top plate extending direction, and the lower end of the detector ring is inclined toward one direction opposite to the one direction of extending the top plate.
  • the detector ring tilting means for tilting the detector ring in a reversible manner is provided.
  • the detector ring is inclined with respect to the top plate. More specifically, the upper end of the detector ring is inclined toward one direction in which the top plate extends. Moreover, the lower end of the detector ring is inclined toward a direction opposite to one direction of the extending direction of the top plate.
  • the particle beam source irradiates the particle beam toward the top plate. Therefore, the detector ring cannot be provided at a position that obstructs the progress of the particle beam.
  • the detector ring can be inclined with respect to the top plate.
  • the positional relationship between the detector ring and the particle beam can be changed. Therefore, according to the present invention, since the detector ring can be retracted from the particle beam by tilting the detector ring, a particle beam therapy apparatus capable of detecting annihilation radiation while irradiating the particle beam can be provided. It is.
  • the annihilation radiation pair is detected by a single detector ring. Then, the detector ring detects an annihilation radiation pair generated inside. In other words, any pair of annihilation radiation will be incident on the detector ring at a substantially right angle. Therefore, the decrease in detection sensitivity described in FIG. 18 is suppressed.
  • the upper end and the lower end of the detector ring are inclined so as to be opposite to each other.
  • the particle beam therapy system can generate a map of the generation distribution of annihilation radiation pairs inside the detector ring opening.
  • the lesion area of the subject is positioned inside the opening of the detector ring, which means that the annihilation radiation pair in the lesion area of the subject is also irradiated during particle irradiation.
  • the occurrence distribution can be acquired.
  • the manufacturing cost of the particle beam therapy apparatus strongly depends on the number of radiation detectors mounted on the detector ring, it is possible to provide a particle beam therapy system in which the manufacturing cost is significantly reduced compared to the conventional one. .
  • the detector ring described above has an elliptical shape, and when the detector ring is tilted to a predetermined tilt angle, the radiation detector of the detector ring has a virtual direction in which the extending direction coincides with the top plate. It is more desirable if it is along a simple cylinder.
  • the detector ring is vertically long in the vertical direction, it is more desirable.
  • the detector ring has a vertically long elliptical shape in the vertical direction.
  • the radiation detector included in the detector ring has a characteristic arrangement at a predetermined inclination angle. That is, the radiation detector is along a virtual cylinder. This is a cylinder in which the extending direction coincides with the top plate, and the shape when the cylinder is cut obliquely coincides with the elliptical shape of the detector ring.
  • the array of radiation detectors provided in the detector ring is also along this virtual cylinder. As the detector ring is tilted, the upper and lower parts of the detector ring approach the top plate.
  • the detector ring since the detector ring is vertically long in the vertical direction, the detector ring does not reliably interfere with the subject.
  • the detector ring tilting means described above tilts the detector ring with the short axis of the elliptical detector ring as the central axis, and the short axis of the detector ring is independent of the inclination of the detector ring. It is more desirable if the position is constant.
  • a particle beam therapy system capable of reliably imaging a lesioned part of a subject simply by aligning the lesioned part of the subject and the short axis of the detector ring. it can. That is, according to the above configuration, since the position of the minor axis of the detector ring is constant regardless of the inclination of the detector ring, the minor axis of the detector ring is always detected regardless of the inclination. It is located inside the opening. Therefore, according to the said structure, the particle beam therapy apparatus which can image the lesioned part of a subject more simply and reliably can be provided.
  • the detector ring described above can also be configured to detect radiation derived from the particle beam while being tilted and moved by the detector ring tilting means.
  • the detector ring described above may be configured to detect radiation derived from the particle beam while being tilted by the detector ring tilting means and maintaining the tilt angle.
  • a particle beam therapy system with high detection sensitivity of annihilation radiation can be provided. It is expected that various nuclides are generated at the point where the particle beam loses energy in the body of the subject. The energy and properties of the radiation that they decay and emit vary. Some single photons can also be emitted, not annihilation gamma ray pairs. Such a single photon can be detected by the detector ring. This causes noise when attempting to image the action position of the particle beam using the annihilation gamma ray pair.
  • the inclination of a detector ring can be made suitable including a direction.
  • the detector ring may be configured to irradiate the particle beam while moving the detector ring in an inclined manner. It is good also as a structure which irradiates a particle beam with the angle maintained.
  • the detector ring tilting means for tilting the detector ring in a reversible manner is provided.
  • the detector ring is inclined with respect to the top plate.
  • the particle beam source irradiates the particle beam toward the top plate.
  • the detector ring can be inclined with respect to the top plate. Therefore, according to the present invention, since the detector ring can be retracted from the particle beam by tilting the detector ring, a particle beam therapy apparatus capable of detecting annihilation radiation while irradiating the particle beam can be provided. .
  • the lesioned part of the subject can be positioned inside the opening of the detector ring even when the particle beam is irradiated. According to the present invention, it is not necessary to provide two detector rings as in the prior art, and an annihilation radiation pair can be sufficiently detected only by providing a single detector ring.
  • FIG. 1 is a perspective view of a radiation detector according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a functional block diagram explaining the structure of the particle beam therapy apparatus which concerns on Example 1.
  • FIG. It is a top view explaining the structure of the ellipse detector ring which concerns on Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing explaining the structure of the ellipse detector ring which concerns on Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing explaining the structure of the particle beam therapy apparatus which concerns on the structure of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing explaining the structure of the particle beam therapy apparatus which concerns on the structure of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing explaining the structure of the particle beam therapy apparatus which concerns on the structure of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing explaining rotation of the particle beam source which concerns on Example 1.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the particle beam therapy system according to the first embodiment. It is a perspective view explaining the structure of the gantry which concerns on 1 modification of this invention. It is a perspective view explaining the structure of the top plate which concerns on 1 modification of this invention. It is a perspective view explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is a perspective view explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus. It is sectional drawing explaining the structure of the conventional particle beam therapy apparatus.
  • ⁇ rays are an example of the radiation of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of the radiation detector according to the first embodiment.
  • the radiation detector 1 according to the first embodiment includes a scintillator crystal layer 2D, a scintillator crystal layer 2C, a scintillator crystal layer 2B, and a scintillator crystal layer 2A, each of which is laminated in the z direction.
  • the scintillator 2 formed in this way, a photomultiplier tube (hereinafter referred to as a photodetector) 3 provided on the lower surface of the scintillator 2 and having a position specifying function for detecting fluorescence emitted from the scintillator 2, A light guide 4 for transmitting and receiving fluorescence is provided at a position interposed between the light detector 3 and the light detector 3. Accordingly, each of the scintillator crystal layers is laminated in the direction toward the photodetector 3.
  • the scintillator crystal layer 2 ⁇ / b> A serves as a radiation incident surface 14 in the scintillator 2.
  • each scintillator crystal layer 2A, 2B, 2C, 2D is optically coupled, and a transmissive material t is provided between the respective layers.
  • a thermosetting resin made of silicon resin can be used as the material of the transmission material t.
  • the scintillator crystal layer 2A is a light-receiving portion for ⁇ rays emitted from a radioactive ray source, and 32 block scintillator crystals in the x direction and 32 in the y direction are based on the scintillator crystal a (1, 1). It is configured to be two-dimensionally arranged in an individual matrix.
  • scintillator crystals a (1,1) to scintillator crystals a (1,32) are arranged in the y direction to form a scintillator crystal array, and 32 scintillator crystal arrays are arranged in the x direction to form a scintillator crystal layer.
  • 2A is formed.
  • the scintillator crystal layers 2B, 2C, and 2D also have 32 scintillator crystals in the x direction based on each of the scintillator crystals b (1,1), c (1,1), and d (1,1).
  • the configuration is such that 32 pieces are arranged two-dimensionally in a matrix in the y direction.
  • a transmission material t is also provided between adjacent scintillator crystals. Accordingly, each of the scintillator crystals is surrounded by the transmission material t.
  • the thickness of the transmission material t is about 25 ⁇ m. Note that ⁇ rays correspond to the radiation of the present invention.
  • the scintillator crystal layers 2A, 2B, 2C, 2D provided in the scintillator 2 are provided with a first reflector r extending in the x direction and a second reflector s extending in the y direction. Both the reflectors r and s are inserted in the gaps between the arranged scintillator crystals.
  • the scintillator 2 is configured by three-dimensionally arranging scintillator crystals suitable for detecting ⁇ rays. That is, the scintillator crystal is composed of Lu 2 (1-X) Y 2X SiO 5 (hereinafter referred to as LYSO ) in which Ce is diffused. Each of the scintillator crystals is a rectangular parallelepiped having a length in the x direction of 1.45 mm, a width in the y direction of 1.45 mm, and a height in the z direction of 4.5 mm regardless of the scintillator crystal layer. Of the surfaces of the scintillator 2, four side surfaces in contact with the light guide 4 are covered with a reflection film (not shown). Moreover, the photodetector 3 is a multi-anode type, and can specify the positions of incident fluorescence x and y.
  • the light guide 4 is provided to guide the fluorescence emitted from the scintillator 2 to the photodetector 3. Therefore, the light guide 4 is optically coupled to the scintillator 2 and the photodetector 3.
  • a plurality of connection terminals 3p are provided on the bottom surface of the photodetector 3 away from the scintillator 2.
  • the connection terminal 3p is connected to a bleeder unit 16 described later.
  • FIG. 2 is a functional block diagram illustrating the configuration of the particle beam therapy system according to the first embodiment.
  • the particle beam therapy system 9 according to the first embodiment includes a top plate 10 on which the subject M is placed, a gantry 11, and an ellipse detector ring 12 provided inside the gantry 11. I have.
  • the ellipse detector ring 12 corresponds to the detector ring of the present invention.
  • the gantry 11 is provided with a slit 11a for the purpose of securing a path for the particle beam.
  • the details of the slit 11a will be described later.
  • the particle beam therapy system 9 is further provided with each unit for acquiring a tomographic image of the subject M.
  • the particle beam therapy system 9 receives a ⁇ -ray detection signal representing the detection position, detection intensity, and detection time of ⁇ -rays from the ellipse detector ring 12 and performs simultaneous counting of annihilation ⁇ -ray pairs.
  • an image forming unit 27 for forming a radiation tomographic image of the region of interest.
  • the particle beam therapy apparatus 9 which concerns on Example 1 is provided with the particle beam source 13 which irradiates a particle beam.
  • the particle beam source 13 is driven by a particle beam source driving mechanism 31 and can turn around a base axis C along the body axis direction A of the subject M.
  • the particle beam source drive mechanism 31 is controlled by a particle beam source drive control unit 32. Further, the particle irradiation of the particle beam source 13 is controlled by the particle beam source irradiation control unit 33.
  • the particle beam source 13 is swung around the body axis of the subject M while the direction of the particle irradiation of the particle beam source 13 is changed. Specifically, the particle beam source 13 irradiates the particle beam in the direction toward the base axis C regardless of the turning movement. That is, the particle beam source 13 irradiates the particle beam toward one point belonging to the base axis C regardless of the turning movement. The particle beam irradiated from the particle beam source 13 is introduced into the gantry 11 by passing through the slit 11a.
  • the particle beam therapy system 9 includes the tilt mechanism 14 that tilts the ellipse detector ring 12 and the tilt control unit 15 that controls the tilt mechanism 14.
  • the tilt control unit corresponds to the detector ring tilting means of the present invention.
  • the particle beam therapy system 9 includes a main control unit 35 that comprehensively controls various control units and a display unit 36 that displays a radiation tomographic image.
  • the main control unit 35 is constituted by a CPU, and executes various programs, whereby the coincidence counting unit 24, the LOR specifying unit 25, the LOR correcting unit 26, the image forming unit 27, the particle beam source drive control unit 32, and the particles
  • the radiation source irradiation control unit 33 is realized.
  • the ellipse detector ring 12 has an elliptical elliptical plate 12a having an elliptical through hole at the center.
  • the radiation detector 1 is arranged in an annular shape along the elliptical plate 12 a to form an elliptical detector ring 12. Therefore, the ellipse detector ring 12 has an elliptical opening 12b in the center. And all the incident surfaces which each radiation detector 1 has are arrange
  • the ellipse detector ring 12 has an elliptical shape that is vertically long in the vertical direction, and P in the figure represents the short axis of the elliptical detector ring 12 that has an elliptical shape.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the ellipse detector ring 12 according to the first embodiment. This sectional view is a sectional view when the ellipse detector ring 12 is cut along the direction in which the opening extends.
  • a bleeder unit 16 that supplies power to the radiation detector 1 is attached to the radiation detector 1, and the first radiation detector and the bleeder unit 16 are integrally held by an L-shaped holder 20.
  • the holder 20 has a main plate 20a for fixing the bleeder unit 16 and a sub-plate 20b for fixing the holder 20 itself to the elliptical plate 12a.
  • the bleeder unit 16 is fixed to the elliptical plate 12a via the holder 20.
  • FIG. 5 shows an initial state before using the particle beam therapy system 9 according to the configuration of the first embodiment.
  • the ellipse detector ring 12 is not inclined, and the positions of the radiation detector 1 provided in the ellipse detector ring 12 in the body axis direction A of the subject M are all the same.
  • the ellipse detector ring 12 has the upper end 12 p of the ellipse detector ring 12 facing forward in the body axis direction A of the subject M as shown in FIG. 6. Be inclined. Then, the lower end 12q of the ellipse detector ring 12 is inclined toward the rear in the body axis direction A of the subject M.
  • the body axis direction A of the subject M coincides with the extending direction of the top plate 10 according to the first embodiment.
  • the positional relationship between the particle beam source 13 and the ellipse detector ring 12 is changed from the initial state, and the ellipse detector ring 12 is on the path of the particle beam B irradiated by the particle beam source 13. not exist.
  • the particle beam B irradiated from the particle beam source 13 bypasses the ellipse detector ring 12 and reaches the subject M.
  • the upper end 12p of the ellipse detector ring 12 is inclined toward the front in the body axis direction A of the subject M. The inclination in this direction is referred to as the forward inclination for convenience.
  • the particle beam is converted into an annihilation gamma ray pair r in the body of the subject M. Since the traveling directions of the ⁇ -rays constituting the annihilation ⁇ -ray pair are opposite to each other by 180 °, for example, one of the ⁇ -rays travels forward and above the top plate 10 and the other of the ⁇ -rays May travel to the rear and below the top plate 10. As described above, according to the configuration of the first embodiment, the ellipse detector ring 12 is inclined with respect to the particle beam, so that it is not necessary to prepare two detector rings as in the conventional configuration. The annihilation gamma ray pair can be detected.
  • the annihilation ⁇ -ray pair r is incident on the detector ring at an angle close to a right angle. Since the ⁇ -ray pair r incident on the detector ring surely passes through the central part of the scintillator 2 of the radiation detector 1 because of such a configuration, the first embodiment is more effective than the conventional configuration. In the configuration of ⁇ , the detection sensitivity of ⁇ rays is higher.
  • the ellipse detector ring 12 tilts the upper end 12 p of the ellipse detector ring 12 toward the rear in the body axis direction A of the subject M according to the control of the tilt control unit 15.
  • the lower end 12q of the ellipse detector ring 12 is inclined toward the front in the body axis direction A of the subject M. In this way, the tilt control unit 15 can tilt in the opposite direction.
  • the S / N ratio is better in the intermediate state between the state of FIG. 6 and the state of FIG. Furthermore, for example, it may be better when the tilt angle is in the initial state. If the tilt angle is in the initial state, the particle beam B does not reach the subject as shown in FIG. However, even when the tilt angle is in the initial state, the annihilation ⁇ -ray pair can be detected. That is, before irradiating the particle beam B from the particle beam source 13, the ellipse detector ring 12 is tilted, the particle beam B is irradiated in this state, and the irradiation of the particle beam B is stopped. The ellipse detector ring 12 can be configured to return to the initial position.
  • the annihilation ⁇ -ray pair can be detected while irradiating the subject M with the particle beam B.
  • the particle beam loses energy
  • nuclides that emit annihilation gamma rays are generated.
  • this does not immediately radiate annihilation gamma ray pairs. Therefore, if detection of the annihilation ⁇ -ray pair is started by returning the ellipse detector ring 12 to the initial position while the nuclide that emits the annihilation ⁇ -ray pair remains, the S / N ratio is good. In some cases, annihilation ⁇ -ray pairs can be detected with.
  • the ellipse detector ring 12 is moved to a predetermined position and the annihilation gamma ray pair is detected, but the configuration of the first embodiment is not limited to this. That is, it is possible to adopt a configuration in which the annihilation ⁇ -ray pair is detected by irradiating the particle beam B while tilting the ellipse detector ring 12.
  • the ellipse detector ring 12 when the ellipse detector ring 12 reaches a predetermined prohibition angle, irradiation of the particle beam B from the particle beam source 13 is prohibited.
  • the ellipsoid detector ring 12 can be tilted and irradiated with the particle beam B to detect the annihilation ⁇ -ray pair.
  • the short axis P of the ellipse detector ring 12 is shown.
  • This short axis P is the central axis of the inclination of the ellipse detector ring 12. That is, the ellipse detector ring 12 is tilted while maintaining the position of the short axis P.
  • the major axis of the ellipse detector ring 12 is inclined following the inclination of the ellipse detector ring 12.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the turning of the particle beam source according to the first embodiment.
  • the particle beam source 13 can turn around the body axis of the subject M by turning from the vertically upward position of the ellipse detector ring 12.
  • the particle beam source 13 can make a round around the body axis of the subject M.
  • the particle beam is not always irradiated during the turning movement.
  • both end 12r in the body side direction A of the subject M in the ellipse detector ring 12 only rotates and does not move. That is, the effect of changing the position of the ellipse detector ring 12 by inclining the ellipse detector ring 12 becomes smaller as it approaches the both ends 12r in the body side direction A of the subject M.
  • the particle beam source 13 When the particle beam source 13 is swung to the vicinity of the short axis P in the ellipse detector ring 12, the particle beam B emitted from the particle beam source 13 eventually interferes with the ellipse detector ring 12. Therefore, the particle beam source 13 is configured to irradiate the particle beam when the particle beam source 13 is swung around the major axis of the ellipse detector ring 12.
  • the gantry 11 As the particle beam B turns, the gantry 11 is provided with a slit 11a. That is, as shown in FIG. 9, the gantry 11 is provided with a slit 11 a extending so as to go around the body axis of the subject M. The shape of the slit 11a coincides with the trajectory of the particle beam B that rotates.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating the ellipse detector ring according to the first embodiment.
  • FIG. 10 shows a state where the ellipse detector ring 12 is tilted to the maximum angle.
  • the side edge of the ellipse detector ring 12 is included in the surface of the virtual cylinder 40 whose extending direction coincides with the body axis direction A of the subject M.
  • the ellipse detector ring 12 has a perfect circular shape.
  • the radiation detectors 1 arranged in the ellipse detector ring 12 are arranged along the shape of the ellipse detector ring 12, when the ellipse detector ring 12 is tilted to the maximum angle, ellipse detection is performed.
  • Each of the radiation detectors 1 deployed in the instrument ring 12 will be along the cylinder 40 described above.
  • the ellipse detector ring 12 does not interfere with the subject M.
  • the upper part of the ellipse detector ring 12 descends and approaches the subject M.
  • the operation of the particle beam therapy apparatus 9 includes a placement step S1 for placing the subject M on the top board 10, an inclination step S2 for inclining the ellipse detector ring 12, and a particle beam source 13.
  • a placement step S1 for placing the subject M on the top board 10
  • an inclination step S2 for inclining the ellipse detector ring 12
  • a particle beam source 13 are provided with an irradiation step S3 for irradiating the subject M with the particle beam B and a detection step S4 for detecting annihilation ⁇ rays derived from the particle beam.
  • the subject M is placed on the top board 10 (placement step S1). Then, the operator moves the table 10 forward and backward along the body axis direction A of the subject M so that the lesioned part of the subject M becomes the passing position of the particle beam B emitted from the particle beam source 13. Next, the operator instructs the ellipse detector ring 12, and the ellipse detector ring 12 is tilted to the tilt angle and tilt direction as instructed by the operator (tilt step S2). In the particle beam therapy apparatus 9, when the ellipse detector ring 12 reaches a predetermined inclination angle, the irradiation of the particle beam B is permitted and the apparatus waits until the operator gives an instruction.
  • the particle beam B is irradiated from the particle source 13 (irradiation step S3). Then, the annihilation gamma ray pair derived from the particle beam B is detected by the ellipse detector ring 12 (detection step S4).
  • the image forming unit 27 generates a distribution map of annihilation ⁇ rays detected from the subject M based on the detection data transmitted by the ellipse detector ring 12. This is displayed on the display unit 36, and the operator can confirm whether the particle beam B has reached the lesioned part accurately. In this way, the operation of the particle beam therapy system 9 according to the first embodiment is finished. In addition, you may perform above-mentioned inclination step S2 and irradiation step S3 simultaneously. That is, the ellipse detector ring 12 may be configured to irradiate the particle beam B while being tilted.
  • An annihilation gamma ray pair generated inside the subject M is detected by one of the radiation detectors 1 provided in the ellipse detector ring 12.
  • the ellipse detector ring 12 sends detection data indicating that ⁇ rays have been detected to the coincidence counting unit 24.
  • the coincidence counting unit 24 when detection data derived from two different scintillator crystals are contained in a time window having a predetermined time width, it is assumed that this is due to an annihilation gamma ray pair, and this number of times is calculated. Count. This is the count number.
  • the exit direction of the annihilation ⁇ -ray pair is determined.
  • the detection data regarded as simultaneous by the coincidence counting unit 24 includes positional information indicating which scintillator crystal emits fluorescence.
  • the LOR specifying unit 25 calculates an LOR (Line of Response) that is a line segment connecting the two scintillator crystals, and sends the LOR and the corresponding count number to the LOR correcting unit 26.
  • the detection data transmitted by the ellipse detector ring 12 includes information on the tilt direction and tilt angle of the ellipse detector ring 12.
  • correction for removing the influence of the inclination of the ellipse detector ring 12 is applied to the LOR.
  • the relative positional relationship between the ellipse detector ring 12 and the subject M changes.
  • LOR only indicates the relative position of the annihilation ⁇ ray pair generation position in the ellipse detector ring 12.
  • the direction indicated by the LOR changes according to the inclination angle of the ellipse detector ring 12, so that it is not possible to specify where the annihilation ⁇ -rays are generated.
  • the LOR is virtually tilted based on the tilt direction and tilt angle information of the ellipse detector ring 12 included in the detection data.
  • the influence of the change in the inclination of the ellipse detector ring 12 is removed. Therefore, according to the configuration of the first embodiment, even when the ellipse detector ring 12 is inclined, the generation position of the annihilation ⁇ -ray pair can be specified.
  • the corrected LOR and the corresponding count number are sent to the image forming unit 27.
  • the image forming unit 27 maps the occurrence distribution of annihilation ⁇ -ray pairs on the tomographic plane of the subject M based on the corrected LOR and the corresponding count number.
  • the tomographic image thus formed is displayed on the display unit 36. If the generation distribution of annihilation ⁇ -ray pairs is displayed, it is possible to monitor a site where the particle beam in the tomographic plane of the subject M has lost energy. In this way, it can be confirmed whether or not the particle beam in the particle beam therapy system 9 acts on the lesioned part of the subject M reliably.
  • the tilt control unit 15 that tilts the ellipse detector ring 12 in a reversible manner is provided.
  • the ellipse detector ring 12 is inclined with respect to the top plate 10. More specifically, the upper end 12 p of the ellipse detector ring 12 is inclined toward one direction in which the top plate 10 extends. Further, the lower end 12q of the ellipse detector ring 12 is inclined toward a direction opposite to one direction in which the top plate 10 extends.
  • the particle beam source 13 irradiates the particle beam B toward the top plate 10. Therefore, the ellipse detector ring 12 cannot be provided at a position that obstructs the progression of the particle beam B.
  • the ellipse detector ring 12 can be inclined with respect to the top plate 10. This also means that the positional relationship between the ellipse detector ring 12 and the particle beam B can be changed. Therefore, according to the first embodiment, since the ellipse detector ring 12 can be retracted from the particle beam B by tilting the ellipse detector ring 12, annihilation radiation can be detected while irradiating the particle beam B.
  • the particle beam therapy apparatus 9 can be provided.
  • the annihilation gamma ray pair is detected by a single ellipse detector ring 12. Then, the annihilation gamma ray pair generated inside the ellipse detector ring 12 is detected. In other words, any of the annihilation gamma ray pairs are incident on the single ellipse detector ring 12 at a substantially right angle. Therefore, the decrease in detection sensitivity described with reference to FIG. 18 is suppressed.
  • the upper end 12p and the lower end 12q of the ellipse detector ring 12 are inclined so as to be directed in opposite directions.
  • a predetermined area a lesion area of the subject M
  • the particle beam therapy system 9 can generate a map of the generation distribution of annihilation gamma ray pairs in the opening of the ellipse detector ring 12.
  • the lesion area of the subject M is positioned inside the opening of the ellipse detector ring 12, which means that the lesion area of the subject M is also irradiated while the particle beam is irradiated.
  • the generation distribution of annihilation gamma ray pairs in the region can be acquired. That is, according to the configuration of the first embodiment, it is not necessary to provide two detector rings as in the prior art, and it is possible to sufficiently detect annihilation ⁇ -ray pairs simply by providing a single ellipse detector ring 12. . Since the manufacturing cost of the particle beam therapy apparatus 9 depends strongly on the number of radiation detectors 1 mounted on the ellipse detector ring 12, the particle beam therapy whose manufacturing cost is significantly reduced compared to the conventional one. A device 9 can be provided.
  • the ellipse detector ring 12 has a vertically long elliptical shape in the vertical direction.
  • the radiation detector 1 included in the ellipse detector ring 12 has a characteristic arrangement at a predetermined inclination angle. That is, the radiation detector 1 is along the virtual cylinder 40. This is because the shape when the cylinder 40 whose extending direction coincides with the top 10 is cut obliquely is the same as the elliptical shape of the ellipse detector ring 12.
  • the arrangement of the radiation detectors 1 provided in the ellipse detector ring 12 is also arranged along the virtual cylinder 40.
  • the ellipse detector ring 12 As the ellipse detector ring 12 is tilted, the upper and lower parts of the ellipse detector ring 12 approach the top plate 10. However, according to the configuration of the first embodiment, since the ellipse detector ring 12 is vertically long in the vertical direction, the ellipse detector ring 12 does not reliably interfere with the subject M.
  • the configuration of the first embodiment particles that can reliably image the lesioned part of the subject M simply by matching the lesioned part of the subject M with the minor axis P of the ellipse detector ring 12.
  • the line therapy apparatus 9 can be provided. That is, according to the configuration of the first embodiment, the position of the short axis P of the ellipse detector ring 12 is constant regardless of the inclination of the ellipse detector ring 12, so Is always located inside the opening of the ellipse detector ring 12 regardless of the inclination. Therefore, according to the configuration of the first embodiment, it is possible to provide the particle beam therapy apparatus 9 that can more easily and reliably image the lesioned part of the subject M.
  • the particle beam therapy system 9 with high detection sensitivity of the annihilation gamma ray pair can be provided. It is expected that various nuclides are generated at the point where the particle beam loses energy in the body of the subject M. The energy and properties of the radiation that they decay and emit vary. Some single photons can also be emitted, not annihilation gamma ray pairs. Such a single photon may be detected by the ellipse detector ring 12. This causes noise when attempting to image the action position of the particle beam using the annihilation gamma ray pair. However, according to the configuration of the first embodiment, the inclination of the ellipse detector ring 12 can be made suitable including the direction.
  • the ellipse detector ring 12 may be configured to irradiate the particle beam while the ellipse detector ring 12 is inclined and the preferred inclination of the ellipse detector ring 12 is determined.
  • the particle beam B may be irradiated with the tilt angle maintained.
  • the present invention is not limited to the above configuration, and can be modified as follows.
  • the configuration of the first embodiment described above relates to the particle beam therapy for irradiating the subject M with the particle beam.
  • the particle beam therapy apparatus 9 of the present invention is a general PET (Positoron Emission Tomography). It can also be used as a device. That is, a radiopharmaceutical labeled with a positron emitting radioisotope can be injected and administered to the subject M, and the distribution inside the subject M can be imaged.
  • the scintillator crystal referred to in the above-described embodiments is composed of LYSO.
  • the scintillator crystal may be composed of other materials such as GSO (Gd 2 SiO 5 ) instead. Good. According to this modification, it is possible to provide a method of manufacturing a radiation detector that can provide a cheaper radiation detector.
  • the scintillator is provided with four scintillator crystal layers, but the present invention is not limited to this.
  • a scintillator composed of one scintillator crystal layer may be applied to the present invention.
  • the number of scintillator crystal layers can be freely adjusted according to the application of the radiation detector.
  • the fluorescence detector is composed of a photomultiplier tube, but the present invention is not limited to this. Instead of the photomultiplier tube, a photodiode, an avalanche photodiode, or the like may be used.
  • the gantry 11 has a single slit, but the present invention is not limited to this.
  • it can be set as the structure provided with the two slits 11a on the upper and lower sides of the gantry 11.
  • the top plate 10 can be provided with a hole 10 a through which the particle beam passes.
  • the top plate 10 may be divided into two to provide the first fragment 10b and the second fragment 10c, and the slit 10d through which the particle beam passes may be provided between the first fragment 10b and the second fragment 10c.
  • the present invention is suitable for a medical radiation imaging apparatus.

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Abstract

　本発明は、粒子線ビームを通過させる通路を有する粒子線治療装置において、粒子線ビームがエネルギーを失う地点と、検出器リングの位置とが被検体Ｍの体軸方向Ａにおいて互いに異なっていたとしても、消滅放射線対の検出感度が高い粒子線治療装置を提供することにある。この様な課題を解決する目的で、本発明に係る粒子線治療装置９は、反転自在に傾斜が可能であるとともに、鉛直方向に縦長の楕円検出器リング１２を有している。これにより、消滅γ線対は、単一の楕円検出器リング１２で検出される。すると、楕円検出器リング１２の内部で生じた消滅γ線対を検出することになる。いいかえれば、消滅γ線対のいずれも略直角な角度で単一の楕円検出器リング１２に入射することになる。したがって、検出感度の低下が抑制される。

Description

粒子線治療装置
　この発明は、粒子線ビームを被検体に照射することで治療を行う粒子線治療装置に関し、特に治療中において、粒子線ビームの照射領域をモニタリングすることができる粒子線治療装置に関する。
　ガン治療などでは、被検体の病変部に放射線を照射することがある。この様な放射線治療において、粒子線ビームを使用した粒子線治療装置が開発されてきている（例えば、非特許文献１参照）。
　このような粒子線治療装置について説明する。従来の粒子線治療装置５１は、図１５に示すように、被検体Ｍを載置させる天板５２と、粒子線ビームを照射する粒子線源５３と、被検体Ｍの体内から発する消滅γ線対を検出する第１検出器リング５４，および第２検出器リング５５とを有している。粒子線源５３は、両検出器リング５４，５５の挟まれる位置に配置している。そして、粒子線源５３は、被検体Ｍの体軸を中心に被検体Ｍの周りを一周できるようになっている。すなわち、両検出器リング５４，５５の間に設けられた間隙は、粒子線ビームの通路となっている。
　両検出器リング５４，５５の構成について説明する。第１検出器リング５４は、ブロック状の放射線検出器６１がリング状に配列されて構成される。この放射線検出器６１は、図１６に示すように、放射線を蛍光に変換するシンチレータ６２と、蛍光を検出する光電子増倍管（以下、光検出器と呼ぶ）６３を備えている。シンチレータ６２は、直方体状のシンチレータ結晶Ｃが３次元的に配列されたものであり、光検出器６３は、蛍光がいずれのシンチレータ結晶Ｃから発したものであるのか特定できるようになっている。すなわち、放射線検出器６１は、放射線がシンチレータ６２のどこに入射したのか特定ができるようになっている。なお、シンチレータ６２の有する面のうち、光検出器６３から最も離れた面を便宜上、入射面６２ａと呼ぶことする。
　次に、従来の粒子線治療装置５１の断面図を示す。図１７に示すように、従来の粒子線治療装置５１における両検出器リング５４，５５は、放射線検出器６１を単純に配列した構成となっている。すなわち、シンチレータ６２が両検出器リング５４，５５の内側を向く構成となっている。具体的には、シンチレータ６２は、被検体Ｍの体軸方向Ａにおける同一位置を向くような構成となっている。
　粒子線治療装置５１を用いて放射線治療を行うときは、天板５２に載置された被検体Ｍに対して粒子線源５３から粒子線ビームが照射される。粒子線源５３は、粒子線ビームを照射しながら被検体Ｍの体軸周りを一周し、照射角度を変更しながら粒子線ビームを被検体Ｍに対して照射し続ける。粒子線は、被検体Ｍの体内でエネルギーを失う。その際に、粒子線がエネルギーを失った地点に位置する原子核は、β＋崩壊を起こす核種に変換される。この原子核は、β＋崩壊を起こし、陽電子を放出する。生じた陽電子は、その近傍に存在する電子に当たり、消滅する。そのときに、互いに１８０°反対方向に進む一対の消滅γ線対が生じる。この消滅γ線対は、被検体Ｍを貫通して両検出器リング５４，５５にて検出される。従来の粒子線治療装置５１は、この消滅γ線対が生じた場所を特定することで、粒子線ビームがエネルギーを失った地点を推測する。粒子線ビームがエネルギーを失った地点では、その付近の細胞は破壊されていることになる。こうして、粒子線ビームが正確に被検体Ｍの病変部を狙っているかがわかる。消滅γ線対は、粒子線ビームに由来する放射線の一例である。
　消滅γ線対が生じた場所を特定するという目的を達成するには、消滅γ線対の両方を検出しなけらばならない。消滅γ線対が検出された２つの地点を結んだ線（ライン・オブ・レスポンス：以下、適宜、ＬＯＲと呼ぶ）を求めることで消滅γ線対の発生地点を特定するからである。
「アイ・トリプルイー・ニュークリア・サイエンス・シンポジウム・コンフェレンス・レコード」(Nuclear Science Symposium Conference Record)（米国）、２００７年１１月、第５号、ｐ３６８８－３６９０
　しかしながら、従来の構成によれば、以下のような問題点がある。
　すなわち、従来の構成によれば、粒子線源５３を通過させる通路を設ける必要があるので、消滅γ線対の検出感度が十分でないという問題点がある。すなわち、被検体Ｍの病変部の体軸方向Ａにおける位置と、粒子線源５３とは常に同一位置としなければならないという制約があるために、消滅γ線対の検出感度が犠牲となる。具体的には、検出器リングが有する消滅γ線対の検出感度は、消滅γ線対が検出器リングに入射した方向に強く依存する。
　仮に、被検体Ｍの体軸方向Ａについて第１検出器リング５４と消滅γ線対が生じた消滅点との位置が同一であれば、消滅γ線対は、体軸方向Ａについて略直角の角度で第１検出器リング５４に進入する。すると、図１８（ａ）に示すように、消滅γ線対の対をなす一γ線の内の一方は、シンチレータ６２の入射面６２ａから入射し、光検出器６３に向かう。すると、γ線が光検出器６３に向かうまでに肉厚のシンチレータ６２を通過するので、γ線は、確実に蛍光に変換され、γ線の検出感度は、高いものとなる。
　一方、粒子線治療装置５１が有する両検出器リング５４，５５は、粒子線源５３の通過する通路を避けて設けられている。被検体Ｍの病変部の体軸方向Ａにおける位置と、粒子線源５３とは、粒子線源５３の回転に係らず常に同一位置としなければならないので、被検体Ｍの体軸方向Ａにおける粒子線ビームがエネルギーを失う地点と、両検出器リング５４，５５の位置とは互いに異なっている。つまり、消滅γ線対は、体軸方向Ａについて斜め方向から第１検出器リング５４に進入する。すると、図１８（ｂ）に示すように、γ線は、シンチレータ６２の入射面６２ａから光検出器６３に向かうとは限らず、シンチレータ６２の側面に向かうものが現れる。すると、消滅γ線対を構成するγ線の中には、シンチレータ６２の中央部を迂回してシンチレータ６２の側面から出射するものが現れる。この様なγ線は、蛍光に変換されることがないので、結局、放射線検出器６１で検出されることはない。
　つまり、消滅γ線対が体軸方向Ａについて斜め方向から第１検出器リング５４に進入すると、シンチレータ６２が有する体軸方向Ａの側端部においては、γ線の進路上のシンチレータ６２の厚みが不足する。シンチレータ６２の入射面６２ａから入射したγ線は、シンチレータ６２の中央部を迂回し、直ちにシンチレータ６２の側面に向かうからである。
　粒子線治療装置５１における被検体Ｍから放出されるγ線は、消滅γ線対を放出させるような放射性薬剤を被検体Ｍに投与して、その分布をイメージングするＰＥＴ(Positoron Emission Tomography)装置と比べると、ごく僅かで、その線量は、例えば、ＰＥＴ装置の１／１０００～１／１００程度である。
　つまり、粒子線治療装置５１において消滅γ線対の検出感度を向上させることは、被検体の病変部において消滅γ線対が生じていることを正確に確認することにつながり、有効な治療を行うことのできる粒子線治療装置５１を開発する上で、重大な課題となる。
　また、従来の構成によれば、２つの検出器リング５４，５５が備えられた構成となっている。検出器リングを２つ有することに起因して、粒子線治療装置５１の製造コストは、増大することになる。かといって、検出器リングを単一なものとすると、消滅γ線対の両方のγ線を検出することができなくなる。
　つまり、粒子線治療装置５１においては、図１９に示すように、被検体Ｍの体軸方向Ａにおける位置Ｇを保った状態で進行する消滅γ線を測定することができれば、検出器リングは単一でよい。ところが、粒子線治療装置５１においては、粒子線の通路を設ける必要があるので、位置Ｇに放射線検出器を配置することができない。つまり、位置Ｇを保った状態で進行する消滅γ線を検出することができない。これに代わって、進行方向が上記位置Ｇに沿わない消滅γ線対を検出することになる。図１９に示すように、このような消滅γ線対のγ線の一方は、被検体Ｍの体軸方向Ａにおける前方に向かって進行し、γ線の他方は、被検体Ｍの体軸方向Ａにおける後方に向かって進行する。この様な消滅γ線対を単一の検出器リングで検出することは不可能である。検出器リングに備えられた放射線検出器の位置は、被検体Ｍの体軸方向Ａについては、同一の位置となっているからである。結局、従来の構成によれば、検出器リングを単一なものとすることができない。
　本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、粒子線ビームを通過させる通路を有する粒子線治療装置において、粒子線ビームがエネルギーを失う地点と、検出器リングの位置とが被検体Ｍの体軸方向Ａにおいて互いに異なっていたとしても、消滅放射線対の検出感度が高い粒子線治療装置を提供することにある。
　本発明は、この様な目的を達成するために、次のような構成をとる。
　すなわち、本発明に係る粒子線治療装置は、放射線を蛍光に変換するとともに放射線を入射させる入射面を有するシンチレータと、蛍光を授受するライトガイドと、蛍光を検出する光検出器とが同一方向に積層されて放射線検出器が構成され、それらが環状に配列されて構成される検出器環を有し、これに加えて、検出器環の有する開口に挿入された細長状の天板と、粒子線ビームを照射する粒子線照射手段とを備えた粒子線治療装置において、検出器環を天板に対して反転自在に傾斜させる検出器環傾斜手段を更に備え、検出器環傾斜手段により、検出器環の上端は、天板の延伸方向の一方向に向けて傾斜されるとともに、検出器環の下端は、天板の延伸方向の一方向と逆の方向に向けて傾斜されることを特徴とするものである。
　［作用・効果］本発明の構成によれば、検出器環を反転自在に傾斜させる検出器環傾斜手段を備えている。これにより、検出器環は、天板に対して傾斜される。より具体的には、検出器環の上端は、天板の延伸方向の一方向に向けて傾斜される。また、検出器環の下端は、天板の延伸方向の一方向と逆の方向に向けて傾斜される。粒子線源は、粒子線ビームを天板に向けて照射する。したがって、検出器環は、この粒子線ビームの進行を邪魔する位置に設けることができない。本発明の構成によれば検出器環を天板に対して傾斜させることができる。このことは、検出器環と粒子線ビームとの位置関係が変更可能であることも意味する。したがって本発明によれば、検出器環を傾斜させることで、検出器環を粒子線ビームから退避させることができるので、粒子線ビームを照射しながら消滅放射線を検出できる粒子線治療装置が提供できるのである。
　しかも、消滅放射線対は、単一の検出器環で検出される。すると、検出器環は、その内部で生じた消滅放射線対を検出することになる。いいかえれば、消滅放射線対のいずれも略直角な角度で検出器環に入射することになる。したがって、図１８で説明した検出感度の低下が抑制される。
　また、本発明によれば、検出器環の上端と下端は、互いに逆方向となるように傾斜される。これにより、検出器環の傾斜に係らず、所定の領域（被検体の病変部領域）を常に検出器環の開口の内部に位置させることができる。粒子線治療装置は、検出器環の開口の内部について消滅放射線対の発生分布のマップを生成することができる。検出器環の傾斜に係らず被検体の病変部領域を検出器環の開口の内部に位置させるということは、粒子線を照射している間にも被検体の病変部領域における消滅放射線対の発生分布を取得することができる。つまり、本発明よれば、従来のように検出器環を２つ設ける必要がなく、単一の検出器環を設けるだけで十分に消滅放射線対を検出することができる。粒子線治療装置の製造コストは、検出器環に搭載される放射線検出器の個数に強く依存することからすれば、製造コストが従来と比較して大幅に削減された粒子線治療装置が提供できる。
　また、上述の検出器環は、楕円形状をしており、検出器環が所定の傾斜角度まで傾斜された際、検出器環の有する放射線検出器は、伸びる方向が天板と一致した仮想的な円筒に沿っていれば、より望ましい。
　さらに言えば、検出器環は、鉛直方向に縦長となっていれば、より望ましい。
　［作用・効果］上記構成によれば、検出器環は、鉛直方向に縦長の楕円形状をしている。しかも、所定の傾斜角度において、検出器環の有する放射線検出器は、特徴的な配列を有している。すなわち、放射線検出器は、仮想的な円筒に沿っている。これは、伸びる方向が天板と一致した円筒であり、この円筒を斜めに切断したときの形状が、検出器環の楕円形状と一致している。そして、検出器環に備えられた放射線検出器の配列も、この仮想的な円筒に沿っている。検出器環を傾斜させるにしたがって、検出器環の上部と下部は天板に接近する。しかし、上記構成によれば、検出器環は、鉛直方向に縦長となっているので、検出器環が被検体に確実に干渉することがない。
　また、上述の検出器環傾斜手段は、楕円形状となっている検出器環の短軸を中心軸として検出器環を傾斜させ、検出器環の傾斜に係らず、検出器環の短軸の位置は、一定となっていればより望ましい。
　［作用・効果］上記構成によれば、被検体の病変部と検出器環の短軸とを一致させておくだけで確実に被検体の病変部をイメージングすることができる粒子線治療装置が提供できる。すなわち、上記構成によれば、検出器環の傾斜に係らず、検出器環の短軸の位置は、一定となっているので、検出器環の短軸は、傾斜に係らず常に検出器環の開口の内部に位置していることになる。したがって、上記構成によれば、より簡単、かつ確実に被検体の病変部をイメージングできる粒子線治療装置が提供できる。
　また、上述の検出器環は、検出器環傾斜手段によって傾斜移動されながら粒子線ビームに由来する放射線を検出する構成とすることもできる。
　また、上述の検出器環は、検出器環傾斜手段によって傾斜された後、その傾斜角度が保持された状態で粒子線ビームに由来する放射線を検出する構成とすることもできる。
　［作用・効果］上記構成によれば、消滅放射線の検出感度が高い粒子線治療装置が提供できる。被検体の体内において、粒子線がエネルギーを失った地点では、様々な核種が生成されることが予想される。それらが崩壊して放出する放射線のエネルギーと特性は様々である。中には、消滅γ線対でない、単一光子の放出も起こりえる。このような単一光子が検出器環で検出される可能性がある。これは、消滅γ線対を用いて粒子線の作用位置をイメージングしようとするときのノイズの原因となる。しかしながら、上記構成によれば、検出器環の傾斜が方向も含めて好適なものとすることができる。具体的には、検出器環の傾斜を決定する目的で、検出器環を傾斜移動させながら粒子線を照射する構成としてもよいし、好適な検出器環の傾斜が定まっている場合は、傾斜角度が保持された状態で粒子線ビームを照射する構成としてもよい。
　本発明の構成によれば、検出器環を反転自在に傾斜させる検出器環傾斜手段を備えている。これにより、検出器環は、天板に対して傾斜される。粒子線源は、粒子線ビームを天板に向けて照射する。本発明の構成によれば検出器環を天板に対して傾斜させることができる。したがって本発明によれば、検出器環を傾斜させることで、検出器環を粒子線ビームから退避させることができるので、粒子線ビームを照射しながら消滅放射線を検出できる粒子線治療装置が提供できる。
　また、検出器環の開口の内部について消滅放射線対の発生分布のマップを生成することができる。検出器環を傾斜させることにより、粒子線ビームを照射するときでも、被検体の病変部を検出器環の開口の内側に位置させることができる。本発明によれば、従来のように検出器環を２つ設ける必要がなく、単一の検出器環を設けるだけで十分に消滅放射線対を検出することができる。
実施例１に係る放射線検出器の斜視図である。 実施例１に係る粒子線治療装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る楕円検出器リングの構成を説明する平面図である。 実施例１に係る楕円検出器リングの構成を説明する断面図である。 実施例１の構成に係る粒子線治療装置の構成を説明する断面図である。 実施例１の構成に係る粒子線治療装置の構成を説明する断面図である。 実施例１の構成に係る粒子線治療装置の構成を説明する断面図である。 実施例１に係る粒子線源の旋回について説明する断面図である。 実施例１に係るガントリの構成について説明する斜視図である。 実施例１に係る楕円検出器リングについて説明する斜視図である。 実施例１に係る楕円検出器リングについて説明する斜視図である。 実施例１に係る粒子線治療装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の１変形例に係るガントリの構成について説明する斜視図である。 本発明の１変形例に係る天板の構成について説明する斜視図である。 従来構成の粒子線治療装置の構成について説明する斜視図である。 従来構成の粒子線治療装置の構成について説明する斜視図である。 従来構成の粒子線治療装置の構成について説明する断面図である。 従来構成の粒子線治療装置の構成について説明する断面図である。 従来構成の粒子線治療装置の構成について説明する断面図である。
符号の説明
１　放射線検出器
２　シンチレータ
３　光検出器
４　ライトガイド
９　粒子線治療装置
１０　天板
１２　楕円検出器リング（検出器環）
１３　粒子線源（粒子線照射手段）
１５　傾斜制御部（検出器環傾斜手段）
　以下、本発明に係る粒子線治療装置の最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明におけるγ線は、本発明の放射線の一例である。
　まず、実施例１に係る粒子線治療装置の説明に先立って、実施例１に係る放射線検出器１の構成について説明する。図１は、実施例１に係る放射線検出器の斜視図である。図１に示すように、実施例１に係る放射線検出器１は、シンチレータ結晶層２Ｄ，シンチレータ結晶層２Ｃ，シンチレータ結晶層２Ｂ，およびシンチレータ結晶層２Ａの順にシンチレータ結晶層の各々がｚ方向に積層されて形成されたシンチレータ２と、シンチレータ２の下面に設けられ、シンチレータ２から発する蛍光を検知する位置特定機能を備えた光電子増倍管（以下、光検出器とよぶ）３と、シンチレータ２と光検出器３との間に介在する位置には、蛍光を授受するライトガイド４とを備える。したがって、シンチレータ結晶層の各々は、光検出器３に向かう方向に積層されて構成されている。また、シンチレータ結晶層２Ａは、シンチレータ２における放射線の入射面１４となっている。言い換えれば、シンチレータ２の有する面のうち、光検出器３と対向する面が入射面となっている。なお、各々のシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、光学的に結合され、各々の層間には、透過材ｔが設けられている。この透過材ｔの材料としては、シリコン樹脂からなる熱硬化性樹脂が使用できる。シンチレータ結晶層２Ａは、放射性線源から放射されるγ線の受光部となっており、ブロック状のシンチレータ結晶がシンチレータ結晶ａ（１，１）を基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個マトリックス状に二次元配置された構成となっている。すなわち、シンチレータ結晶ａ（１，１）～シンチレータ結晶ａ（１，３２）がｙ方向に配列して、シンチレータ結晶アレイを形成し、このシンチレータ結晶アレイがｘ方向に３２本配列してシンチレータ結晶層２Ａが形成される。なお、シンチレータ結晶層２Ｂ，２Ｃ，および２Ｄについてもシンチレータ結晶がシンチレータ結晶ｂ（１，１）、ｃ（１，１）、およびｄ（１，１）のそれぞれを基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個マトリックス状に二次元配置された構成となっている。なお、シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの各々において、透過材ｔが互いに隣接するシンチレータ結晶の間にも設けられている。したがって、シンチレータ結晶の各々は、透過材ｔに取り囲まれていることになる。この透過材ｔの厚さは、２５μｍ程度である。なお、γ線は、本発明の放射線に相当する。
　また、シンチレータ２に備えられたシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには、ｘ方向に伸びた第１反射板ｒと、ｙ方向に伸びた第２反射板ｓとが設けられている。この両反射板ｒ，ｓは、配列されたシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。
　シンチレータ２は、γ線の検出に適したシンチレータ結晶が３次元的に配列されて構成されている。すなわち、シンチレータ結晶は、Ｃｅが拡散したＬｕ２（１－Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（以下、ＬＹＳＯとよぶ）によって構成されている。シンチレータ結晶の各々は、シンチレータ結晶層に係らず、例えば、ｘ方向の長さが１．４５ｍｍ，ｙ方向の幅が１．４５ｍｍ，ｚ方向の高さが４．５ｍｍの直方体をしている。また、シンチレータ２が有する面のうち、ライトガイド４に接する４側面は、図示しない反射膜で被覆されている。また、光検出器３は、マルチアノードタイプであり、入射した蛍光のｘ，およびｙについての位置を特定することができる。
　ライトガイド４は、シンチレータ２で発した蛍光を光検出器３に導くために設けられている。したがって、ライトガイド４は、シンチレータ２と光検出器３とに光学的に結合されている。また、光検出器３のシンチレータ２に離反した底面には、複数の接続端子３ｐが設けられている。この接続端子３ｐは、後述のブリーダユニット１６に接続される。
　次に、実施例１に係る粒子線治療装置９について説明する。図２は、実施例１に係る粒子線治療装置の構成を説明する機能ブロック図である。図２に示すように、実施例１に係る粒子線治療装置９は、被検体Ｍを載置する天板１０と、ガントリ１１と、ガントリ１１の内部に設けられた楕円検出器リング１２とを備えている。なお、楕円検出器リング１２は、本発明の検出器環に相当する。
　ガントリ１１には、粒子線ビームの通路を確保する目的で、スリット１１ａが設けられている。このスリット１１ａの詳細については、後述のものとする。
　また、粒子線治療装置９は、さらに被検体Ｍの断層画像を取得するための各部が更に設けられている。具体的には、粒子線治療装置９は、楕円検出器リング１２からのγ線の検出位置、検出強度、検出時間を表すγ線検出信号を受信し、消滅γ線対の同時計数を行う同時計数部２４と、同時計数部２４にて消滅γ線対であると判断された２つのγ線検出データから後述のＬＯＲを特定するＬＯＲ特定部２５と、ＬＯＲに補正を施すＬＯＲ補正部２６と、関心部位の放射線断層画像を形成する画像形成部２７とを備えている。
　そして、実施例１に係る粒子線治療装置９は、粒子線ビームを照射する粒子線源１３を備える。粒子線源１３が照射する粒子は、例えば陽子、炭素核であるが、これに限られるものではない。この粒子線源１３は、粒子線源駆動機構３１によって駆動され、被検体Ｍの体軸方向Ａに沿った基軸Ｃを中心として旋回移動が可能となっている。この粒子線源駆動機構３１は、粒子線源駆動制御部３２によって制御される。また、粒子線源１３の粒子の照射は、粒子線源照射制御部３３によって制御される。そして、粒子線源１３の粒子の照射の方向は、変更されながら、粒子線源１３は、被検体Ｍの体軸周りに旋回移動される。具体的には、粒子線源１３は、旋回移動に係らず基軸Ｃに向かう方向に粒子線ビームを照射する。つまり、粒子線源１３は、旋回移動に係らず基軸Ｃに属する１点に向けて粒子線ビームを照射することになる。粒子線源１３から照射された粒子線ビームは、上述のスリット１１ａを通過することにより、ガントリ１１の内部に導入されるのである。
　そして、実施例１に係る粒子線治療装置９は、楕円検出器リング１２を傾斜させる傾斜機構１４と、これを制御する傾斜制御部１５とを備えている。なお、傾斜制御部は、本発明の検出器環傾斜手段に相当する。
　そしてさらに、実施例１に係る粒子線治療装置９は、種々の制御部を統括的に制御する主制御部３５と、放射線断層画像を表示する表示部３６とを備えている。この主制御部３５は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより同時計数部２４，ＬＯＲ特定部２５，ＬＯＲ補正部２６，画像形成部２７，粒子線源駆動制御部３２，および粒子線源照射制御部３３とを実現している。
　次に、実施例１に係る楕円検出器リング１２の構成について説明する。楕円検出器リング１２は、図３に示すように、楕円検出器リング１２は、中心に楕円型の貫通孔が設けられた楕円型の楕円板１２ａを有している。放射線検出器１は、この楕円板１２ａに沿って環状に配列されて楕円検出器リング１２を形成する。したがって、楕円検出器リング１２は、中央に楕円型の開口１２ｂを有している。そして、各放射線検出器１の有する入射面は、全て、楕円検出器リング１２が有する開口１２ｂに向くように配置されている。なお、楕円検出器リング１２は、鉛直方向に縦長の楕円形状となっており、図中のＰは、楕円形状となっている楕円検出器リング１２の短軸を表している。
　図４は、実施例１に係る楕円検出器リング１２の断面図である。この断面図は、楕円検出器リング１２をその開口の伸びる方向に沿って切断したときの断面図となっている。図４に示すように、放射線検出器１には、それに電力を供給するブリーダユニット１６が付属され、第１放射線検出器とブリーダユニット１６とは、一体的にＬ型の保持具２０により保持される。保持具２０は、ブリーダユニット１６を固定するための主板２０ａと、保持具２０自体を楕円板１２ａに固定するための副板２０ｂとを有している。ブリーダユニット１６は、保持具２０を介して楕円板１２ａに固定されるのである。
　次に、実施例１の構成に係る粒子線治療装置９における最も特徴的である、楕円検出器リング１２の傾斜変更について説明する。楕円検出器リング１２は、傾斜角度が変更できるようになっている。図５は、実施例１の構成に係る粒子線治療装置９を使用する前の初期状態を示している。このとき、楕円検出器リング１２は、傾斜しておらず、楕円検出器リング１２に備えられた放射線検出器１の被検体Ｍの体軸方向Ａにおける位置は、全て同一となっている。傾斜していない状態の楕円検出器リング１２の位置は、例えば、ちょうど、粒子線源１３が照射する粒子線ビームＢの進路と一致している。つまり、初期状態においては、粒子線源１３から粒子線ビームＢが照射されることはない。
　この初期状態から、傾斜制御部１５の制御にしたがって、楕円検出器リング１２は、図６に示すように、楕円検出器リング１２の上端１２ｐが、被検体Ｍの体軸方向Ａの前方に向けて傾斜される。そして、楕円検出器リング１２の下端１２ｑが、被検体Ｍの体軸方向Ａの後方に向けて傾斜される。なお、被検体Ｍの体軸方向Ａは、実施例１に係る天板１０の延伸方向と一致している。この状態となれば、粒子線源１３と、楕円検出器リング１２との位置関係が初期状態から変更され、楕円検出器リング１２は、粒子線源１３が照射する粒子線ビームＢの進路上に存在しない。この様な状態であれば、粒子線源１３から照射される粒子線ビームＢは、楕円検出器リング１２を迂回して被検体Ｍに到達する。なお、このときの楕円検出器リング１２の上端１２ｐが、被検体Ｍの体軸方向Ａの前方に向けて傾斜されることになる。この方向の傾斜を便宜上、順方向の傾斜と呼ぶ。
　粒子線ビームは、被検体Ｍの体内で消滅γ線対ｒに変換される。この消滅γ線対を構成するγ線のそれぞれの進行方向は、１８０°反対方向となっているので、例えば、γ線の一方が天板１０の前方、かつ上側に進行し、γ線の他方が天板１０の後方、かつ下側に進行する場合がある。この様に、実施例１の構成によれば、粒子線ビームに対して楕円検出器リング１２が傾斜された状態となっているので、従来構成のように検出器リングを２つ用意しなくとも、消滅γ線対を検出できるようになっている。
　しかも、図６と、従来構成の図１７を比較すれば分かるように、実施例１の構成によれば、消滅γ線対ｒは、直角に近い角度で検出器リングに入射する。この様な構成となっているので、検出器リングに入射される消滅γ線対ｒは、確実に放射線検出器１の有するシンチレータ２の中央部を通過するので、従来構成よりも、実施例１の構成のほうが、γ線の検出感度は、高いものとなる。
　また、楕円検出器リング１２は、図７に示すように、傾斜制御部１５の制御にしたがって、楕円検出器リング１２の上端１２ｐが、被検体Ｍの体軸方向Ａの後方に向けて傾斜させることもできる。この場合、楕円検出器リング１２の下端１２ｑは、被検体Ｍの体軸方向Ａの前方に向けて傾斜される。この様に、傾斜制御部１５は、逆方向に向けての傾斜も可能となっている。
　被検体Ｍの体内において、粒子線がエネルギーを失った地点では、様々な核種が生成されることが予想される。それらが崩壊することにより放出される放射線のエネルギーと特性は様々である。中には、消滅γ線対でない、単一光子の放出も起こりえる。このような単一光子が楕円検出器リング１２で検出される可能性がある。このような単一光子は、消滅γ線対を用いて粒子線の作用位置をマッピングしようとするときのノイズの原因となる。しかしながら、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２の傾斜が傾斜方向も含めて自在に変更できるので、治療の様式に応じて、Ｓ／Ｎ比が最も良好となるように楕円検出器リング１２の傾斜角度を変更させることができる。例えば、図６で示した傾斜の方が、図７で示した傾斜よりも、Ｓ／Ｎ比が良好である可能性がある。
　更にいえば、図６の状態と、図７の状態との中間の状態のほうがＳ／Ｎ比が良好である可能性もある。さらに、例えば、傾斜角度が初期状態のときのほうがよい場合もありうる。傾斜角度が初期状態であれば、図５に示すように、粒子線ビームＢが被検体に到達しないことになる。しかし、傾斜角度が初期状態であっても、消滅γ線対を検出することができる。つまり、粒子線源１３から粒子線ビームＢを照射する前に、楕円検出器リング１２を傾斜させておき、この状態で粒子線ビームＢを照射し、粒子線ビームＢの照射を停止した後、楕円検出器リング１２を初期状態の位置に戻す構成とさせることができる。これにより、被検体Ｍに粒子線ビームＢを照射させつつ、消滅γ線対を検出できる。粒子線がエネルギーを失った地点では、消滅γ線を放出する核種が生成される。しかし、これが直ちに消滅γ線対を放射するわけではない。したがって、消滅γ線対を放出する核種が残存している間に楕円検出器リング１２を初期状態の位置に戻して、消滅γ線対の検出を開始すれば、Ｓ／Ｎ比が良好な状態で消滅γ線対を検出することができる場合もある。
　上述の説明では、楕円検出器リング１２を所定の位置まで移動させて、消滅γ線対を検出する構成であったが、実施例１の構成は、これに限られない。すなわち、楕円検出器リング１２を傾斜移動させながら、粒子線ビームＢを照射し、消滅γ線対を検出させる構成とすることもできる。実施例１に係る粒子線治療装置９においては、楕円検出器リング１２が所定の禁止角度に達すると、粒子線源１３からの粒子線ビームＢの照射が禁止される。これにより、楕円検出器リング１２を傾斜移動させながら、粒子線ビームＢを照射し、消滅γ線対を検出させる構成とすることもできるのである。
　なお、図３には、楕円検出器リング１２の短軸Ｐが示されている。この短軸Ｐは、楕円検出器リング１２の傾斜の中心軸となっている。すなわち、短軸Ｐの位置を維持しながら、楕円検出器リング１２が傾斜されることになる。ちなみに、楕円検出器リング１２の長軸は、楕円検出器リング１２の傾斜に追従して傾斜する。
　次に、粒子線源１３の旋回移動について説明する。図８は、実施例１に係る粒子線源の旋回について説明する断面図である。図８に示すように粒子線源１３は、楕円検出器リング１２の鉛直上向きの位置から、旋回することにより、被検体Ｍの体軸周りに旋回移動が可能となっている。粒子線源１３は、被検体Ｍの体軸周りに一周することができる。しかし、旋回移動の期間中、常に粒子線ビームを照射するわけではない。
　楕円検出器リング１２を傾斜させると、それに伴って楕円検出器リング１２の上端１２ｐ，下端１２ｑは、長い距離を移動する。しかし、楕円検出器リング１２における被検体Ｍの体側方向Ａにおける両側端１２ｒは、回転するだけで移動しない。つまり、楕円検出器リング１２を傾斜させることによる楕円検出器リング１２の位置を変更させる効果は、被検体Ｍの体側方向Ａにおける両側端１２ｒに近づくにつれ、小さくなる。粒子線源１３を、楕円検出器リング１２における短軸Ｐの付近まで旋回移動させていくと、やがて粒子線源１３が照射する粒子線ビームＢが楕円検出器リング１２に干渉してしまう。そこで、粒子線源１３は、楕円検出器リング１２における長軸の付近に旋回されている時に粒子線を照射する構成となっている。
　この粒子線ビームＢの旋回移動に伴って、ガントリ１１には、スリット１１ａが設けられている。すなわち図９に示すようにガントリ１１には、被検体Ｍの体軸を回り込むようにして伸びたスリット１１ａが設けられている。このスリット１１ａの形状は旋回移動する粒子線ビームＢの軌跡と一致する。
　また、楕円検出器リング１２は、所定の条件を満たす形状となっている。次に、楕円検出器リング１２が採用する楕円の条件について説明する。図１０は、実施例１に係る楕円検出器リングについて説明する斜視図である。図１０においては、楕円検出器リング１２が最大の角度まで傾斜された状態を示している。このとき、楕円検出器リング１２の側縁は、伸びる方向が被検体Ｍの体軸方向Ａと一致した仮想的な円筒４０の表面に含まれる。このとき、円筒４０の正面から楕円検出器リング１２を見たとき、図１１に示すように、楕円検出器リング１２は、正円の形状となっている。
　楕円検出器リング１２に配備された放射線検出器１は、楕円検出器リング１２の形状に沿って配列されているのであるから、楕円検出器リング１２が最大の角度まで傾斜されたとき、楕円検出器リング１２に配備された放射線検出器１の各々は、上述の円筒４０に沿っていることになる。
　この様な構成となっていることで、楕円検出器リング１２を最大の傾斜角度まで傾斜された場合においても、楕円検出器リング１２が被検体Ｍに干渉することがない。楕円検出器リング１２を傾斜させると、楕円検出器リング１２の上部は、降下し、被検体Ｍに接近する。しかしながら、上述のように、楕円検出器リング１２を最大の傾斜角度まで傾斜させた場合においても、上述のように仮想的な円筒４０を基準として、楕円検出器リング１２の形状や、最大傾斜角度を設定しておけば、楕円検出器リング１２が被検体Ｍに干渉することがないのである。
　次に、この様な構成の粒子線治療装置９の操作について説明する。粒子線治療装置９の操作は、図１２に示すように、被検体Ｍを天板１０に載置する載置ステップＳ１と、楕円検出器リング１２を傾斜させる傾斜ステップＳ２と、粒子線源１３から被検体Ｍに向けて粒子線ビームＢを照射する照射ステップＳ３と、粒子線ビームに由来する消滅γ線を検出する検出ステップＳ４とに係る各ステップを備えている。以降、これらの各ステップの詳細について、順を追って説明する。
　まず、被検体Ｍが天板１０に載置される（載置ステップＳ１）。そして、オペレータは、被検体Ｍの病変部が粒子線源１３から発せられる粒子線ビームＢの通過位置となるように天板１０を被検体Ｍの体軸方向Ａに沿って進退移動させる。次に、オペレータは、楕円検出器リング１２の指示を行い、楕円検出器リング１２は、オペレータの指示どおりの傾斜角度と傾斜方向まで傾斜される（傾斜ステップＳ２）。粒子線治療装置９においては、楕円検出器リング１２が所定の傾斜角度となったところで、粒子線ビームＢの照射が許可されて、オペレータの指示があるまで待機する。そして、オペレータが粒子線ビームの照射を指示すると、粒子線ビームＢが粒子線源１３から照射される（照射ステップＳ３）。そして、粒子線ビームＢに由来する消滅γ線対が楕円検出器リング１２によって検出される（検出ステップＳ４）。画像形成部２７は、楕円検出器リング１２によって送出された検出データを基に、被検体Ｍから検出された消滅γ線の分布マップを生成する。これが表示部３６に表示されることになり、オペレータは、粒子線ビームＢが的確に病変部に到達しているかを確認することができる。この様にして、実施例１に係る粒子線治療装置９の操作は終了となる。なお、上述の傾斜ステップＳ２と、照射ステップＳ３を同時に行ってもよい。すなわち、楕円検出器リング１２は、傾斜移動されながら粒子線ビームＢを照射させる構成としてもよい。
　次に、実施例１に係る粒子線治療装置９のデータ処理について図２を参照しながら説明する。被検体Ｍの内部で生じた消滅γ線対は、楕円検出器リング１２に備えられた放射線検出器１のいずれかで検出されることになる。楕円検出器リング１２は、γ線を検出したという検出データを同時計数部２４に送出する。同時計数部２４では、所定の時間的な幅を有するタイムウィンドウの中に、異なる２つのシンチレータ結晶から由来する検出データが収まった場合、これを消滅γ線対によるものであるとし、この回数をカウントする。これが、カウント数である。
　ＬＯＲ特定部２５においては、消滅γ線対の出射された方向を割り出す。すなわち、同時計数部２４によって同時と見なされた検出データには、どのシンチレータ結晶が蛍光を発したかという位置的な情報も含まれている。ＬＯＲ特定部２５では、この２つのシンチレータ結晶を結ぶ線分であるＬＯＲ(Line of Response)を割り出し、ＬＯＲと、これに対応するカウント数をＬＯＲ補正部２６に送出する。
　実施例１の構成の特徴的な構成として、楕円検出器リング１２が送出する検出データには、楕円検出器リング１２の傾斜方向と、傾斜角度の情報が含まれていることが挙げられる。ＬＯＲ補正部２６では、ＬＯＲに対して、楕円検出器リング１２の傾斜の影響を除去する補正が加えられる。実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２を傾斜させると、楕円検出器リング１２と被検体Ｍとの相対的な位置関係は、変動してしまう。しかも、ＬＯＲは、楕円検出器リング１２における消滅γ線対の発生位置の相対的な位置を示すのみである。この様な構成となっていると、楕円検出器リング１２の傾斜角度に応じて、ＬＯＲが示す方向が変化するので、結局、消滅γ線がどこで生じたか特定することができない。しかしながら、実施例１の構成によれば、検出データに含まれる楕円検出器リング１２の傾斜方向と傾斜角度の情報を基に、ＬＯＲを仮想的に傾斜させる補正を行うので、ＬＯＲ補正部２６から送出されたデータには、楕円検出器リング１２の傾斜の変更による影響が除去されている。したがって、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２が傾斜したとしても、消滅γ線対の発生位置が特定できるのである。この補正されたＬＯＲと、これに対応するカウント数は、画像形成部２７に送出される。
　画像形成部２７は、補正されたＬＯＲと、これに対応するカウント数を基に、被検体Ｍの断層面における消滅γ線対の発生分布をマッピングする。こうして形成された断層画像は、表示部３６にて表示される。消滅γ線対の発生分布を表示すれば、被検体Ｍの断層面における粒子線ビームがエネルギーを失った部位をモニタリングすることができる。こうして、粒子線治療装置９における粒子線ビームが確実に被検体Ｍの病変部で作用しているかどうかが確認できるのである。
　以上のように、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２を反転自在に傾斜させる傾斜制御部１５を備えている。これにより、楕円検出器リング１２は、天板１０に対して傾斜される。より具体的には、楕円検出器リング１２の上端１２ｐは、天板１０の延伸方向の一方向に向けて傾斜される。また、楕円検出器リング１２の下端１２ｑは、天板１０の延伸方向の一方向と逆の方向に向けて傾斜される。粒子線源１３は、粒子線ビームＢを天板１０に向けて照射する。したがって、楕円検出器リング１２は、この粒子線ビームＢの進行を邪魔する位置に設けることができない。実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２を天板１０に対して傾斜させることができる。このことは、楕円検出器リング１２と粒子線ビームＢとの位置関係が変更可能であることも意味する。したがって実施例１によれば、楕円検出器リング１２を傾斜させることで、楕円検出器リング１２を粒子線ビームＢから退避させることができるので、粒子線ビームＢを照射しながら消滅放射線を検出できる粒子線治療装置９が提供できるのである。
　しかも、消滅γ線対は、単一の楕円検出器リング１２で検出される。すると、楕円検出器リング１２の内部で生じた消滅γ線対を検出することになる。いいかえれば、消滅γ線対のいずれも略直角な角度で単一の楕円検出器リング１２に入射することになる。したがって、図１８でを用いて説明した検出感度の低下が抑制される。
　また、実施例１によれば、楕円検出器リング１２の上端１２ｐと下端１２ｑとは、互いに逆方向に向かうように傾斜される。これにより、楕円検出器リング１２の傾斜に係らず、所定の領域（被検体Ｍの病変部領域）を常に楕円検出器リング１２の開口の内部に位置させることができる。粒子線治療装置９は、楕円検出器リング１２の開口の内部について消滅γ線対の発生分布のマップを生成することができる。楕円検出器リング１２の傾斜に係らず被検体Ｍの病変部領域を楕円検出器リング１２の開口の内部に位置させるということは、粒子線を照射している間にも被検体Ｍの病変部領域における消滅γ線対の発生分布を取得することができる。つまり、実施例１の構成によれば、従来のように検出器リングを２つ設ける必要がなく、単一の楕円検出器リング１２を設けるだけで十分に消滅γ線対を検出することができる。粒子線治療装置９の製造コストは、楕円検出器リング１２に搭載される放射線検出器１の個数に強く依存することからすれば、製造コストが従来と比較して大幅に削減された粒子線治療装置９が提供できる。
　また、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２は、鉛直方向に縦長の楕円形状をしている。しかも、所定の傾斜角度において、楕円検出器リング１２の有する放射線検出器１は、特徴的な配列を有している。すなわち、放射線検出器１は、仮想的な円筒４０に沿っている。これは、伸びる方向が天板１０と一致した円筒４０を斜めに切断したときの形状が、楕円検出器リング１２の楕円形状と一定している。そして、楕円検出器リング１２に備えられた放射線検出器１の配列も、この仮想的な円筒４０に沿って配列されている。楕円検出器リング１２を傾斜させるにしたがって、楕円検出器リング１２の上部と下部は天板１０に接近する。しかし、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２は、鉛直方向に縦長となっているので、楕円検出器リング１２が被検体Ｍに確実に干渉することがない。
　また、実施例１の構成によれば、被検体Ｍの病変部と楕円検出器リング１２の短軸Ｐとを一致させておくだけで確実に被検体Ｍの病変部をイメージングすることができる粒子線治療装置９が提供できる。すなわち、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２の傾斜に係らず、楕円検出器リング１２の短軸Ｐの位置は、一定となっているので、楕円検出器リング１２の短軸は、傾斜に係らず常に楕円検出器リング１２の開口の内部に位置していることになる。したがって、実施例１の構成によれば、より簡単、かつ確実に被検体Ｍの病変部をイメージングできる粒子線治療装置９が提供できる。
　そして、実施例１の構成によれば、消滅γ線対の検出感度が高い粒子線治療装置９が提供できる。被検体Ｍの体内において、粒子線がエネルギーを失った地点では、様々な核種が生成されることが予想される。それらが崩壊して放出する放射線のエネルギーと特性は様々である。中には、消滅γ線対でない、単一光子の放出も起こりえる。このような単一光子が楕円検出器リング１２で検出される可能性がある。これは、消滅γ線対を用いて粒子線の作用位置をイメージングしようとするときのノイズの原因となる。しかしながら、実施例１の構成によれば、楕円検出器リング１２の傾斜が方向も含めて好適なものとすることができる。具体的には、楕円検出器リング１２の傾斜を決定する目的で、楕円検出器リング１２を傾斜移動させながら粒子線を照射する構成としてもよいし、好適な楕円検出器リング１２の傾斜が定まっている場合は、傾斜角度が保持された状態で粒子線ビームＢを照射する構成としてもよい。
　本発明は、上記構成に限られず、下記のように変形実施することが可能である。
　（１）上述した実施例１の構成は、被検体Ｍに粒子線を照射する粒子線治療に係るものであったが、本発明の粒子線治療装置９は、一般的なＰＥＴ(Positoron Emission Tomography)装置としても使用できる。すなわち、被検体Ｍに対して、陽電子放出型の放射性同位体でラベルした放射性薬剤を注射投与し、それの被検体Ｍの内部における分布をイメージングさせることができる。
　（２）上述した実施例のいうシンチレータ結晶は、ＬＹＳＯで構成されていたが、本発明においては、その代わりに、ＧＳＯ（Ｇｄ２ＳｉＯ５）などのほかの材料でシンチレータ結晶を構成してもよい。本変形例によれば、より安価な放射線検出器が提供できる放射線検出器の製造方法が提供できる。
　（３）上述した実施例において、シンチレータには、シンチレータ結晶層が４層設けられていたが、本発明はこれに限らない。例えば、１層のシンチレータ結晶層で構成されるシンチレータを本発明に適応してもよい。その他、放射線検出器の用途に合わせて、自在にシンチレータ結晶層の層数を調節することができる。
　（４）上述した実施例において、蛍光検出器は、光電子増倍管で構成されていたが、本発明はこれに限らない。光電子増倍管に代わって、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどを用いていもよい。
　（５）上述した実施例において、ガントリ１１は、単一のスリットを有するものであったが、本発明はこれに限らない。例えば、図１３に示すように、ガントリ１１の上下に２つのスリット１１ａを備えた構成とすることができる。これにより、粒子線源１３が天板１０の下側に移動した場合であっても、被検体Ｍに向けて粒子線を照射させることができる。また、この場合、図１４に示すように、天板１０に粒子線が通過する穴１０ａを設ける構成とすることができる。また、天板１０を２分割して、第１断片１０ｂ，第２断片１０ｃを設け、第１断片１０ｂ，および第２断片１０ｃの間に粒子線が通過するスリット１０ｄを設けてもよい。この様に構成することで、粒子線は、天板１０を通過せずに確実に被検体Ｍに照射されることになる。
　以上のように、本発明は、医用の放射線撮影装置に適している。

Claims (6)

  1. 　放射線を蛍光に変換するとともに放射線を入射させる入射面を有するシンチレータと、前記蛍光を授受するライトガイドと、前記蛍光を検出する光検出器とが同一方向に積層されて放射線検出器が構成され、それらが環状に配列されて構成される検出器環を有し、これに加えて、前記検出器環の有する開口に挿入された細長状の天板と、粒子線ビームを照射する粒子線照射手段とを備えた粒子線治療装置において、
    　前記検出器環を前記天板に対して反転自在に傾斜させる検出器環傾斜手段を更に備え、
    　前記検出器環傾斜手段により、前記検出器環の上端は、前記天板の延伸方向の一方向に向けて傾斜されるとともに、前記検出器環の下端は、前記天板の延伸方向の一方向と逆の方向に向けて傾斜されることを特徴とする粒子線治療装置。
  2. 　請求項１に記載の粒子線治療装置において、
    　前記検出器環は、楕円形状をしており、
    　前記検出器環が所定の傾斜角度まで傾斜された際、前記検出器環の有する前記放射線検出器は、伸びる方向が前記天板と一致した仮想的な円筒に沿っていることを特徴とする粒子線治療装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の粒子線治療装置において、前記検出器環は、鉛直方向に縦長となっていることを特徴とする粒子線治療装置。
  4. 　請求項２または請求項３に記載の粒子線治療装置において、
    　前記検出器環傾斜手段は、楕円形状となっている前記検出器環の短軸を中心軸として前記検出器環を傾斜させ、
    　前記検出器環の傾斜に係らず、前記検出器環の短軸の位置は、一定となっていることを特徴とする粒子線治療装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の粒子線治療装置において、前記検出器環は、前記検出器環傾斜手段によって傾斜移動されながら前記粒子線ビームに由来する放射線を検出することを特徴とする粒子線治療装置。
  6. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の粒子線治療装置において、前記検出器環は、前記検出器環傾斜手段によって傾斜された後、その傾斜角度が保持された状態で前記粒子線ビームに由来する放射線を検出することを特徴とする粒子線治療装置。
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