(57)【要約】  本発明は、互いに重ね合された少なくとも３層を含み、それぞれが検出平面と呼ばれる平面（Ｐ）に平行に延びる多層シンチレーション検出器に関し、検出器は、−各層が、電離放射線と相互作用し、相互作用の後にシンチレーションスペクトルバンドのシンチレーション光を形成することができる、シンチレーション材料と呼ばれる第１材料によって形成され、−各層は、それぞれ、長さに従って検出平面に平行に延びる複数の導光体（２１ｇ、２２ｇ）を含み、導光体は、配向軸（Δ１、Δ２、Δ３）に平行に、その長さの全部又は一部にわたって配置され、−各層の導光体の配向軸は、検出平面において、配向（θ１、θ２、θ３）に従って、各層が関連する配向を有するように配向され、少なくとも３つの層のそれぞれの配向軸の配向は互いに異なり、−前記シンチレーション材料は、第１屈折率（ｎ１）を有する。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合された少なくとも３層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）を含み、それぞれが検出平面と呼ばれる平面（Ｐ）に平行に延びる多層シンチレーション検出器（２０）であって、
−各層は、電離放射線と相互作用し、相互作用の後にシンチレーション光を形成することができる、シンチレーション材料と呼ばれる第１材料を含み、
−各層は、それぞれ、長さに従って検出平面に平行に延びる複数の導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）を含み、導光体は、前記シンチレーション材料を含み、配向軸（Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、Δ５、Δ６）に平行に、その長さの全部又は一部にわたって配置され、
−１つの同じ層の導光体の配向軸が、検出平面において、配向（θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６）に従って、各層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）が関連する配向を有するように配向され、少なくとも３つの層のそれぞれの配向軸の配向は、互いに異なり、
−前記シンチレーション材料は、第１屈折率（ｎ１）を有し、
前記検出器は、前記各層が、前記シンチレーション材料を含み、前記検出平面に平行に延在するプレートによって形成され、
−前記プレートは、該プレート内に形成され、層に関連する配向に従って前記検出平面に平行に延びるチャネル（２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２６ｃ）を含み、
−各チャネルは、第１屈折率より低い第２屈折率（ｎ２）の第２材料で満たされ、
−隣接する２つのチャネル間に、前記シンチレーション材料によって形成され、電離放射線による放射線の影響下でシンチレーション光を生成することができ、層の配向軸に従ってシンチレーション光を伝搬することができる導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）が延びるようにする、
多層シンチレーション検出器（２０）。
【請求項２】
１つの同じ層の各導光体は、前記検出平面（Ｐ）に従って、前記検出器（２０）の検出面（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５）と呼ばれる面に延び、前記検出面が前記検出平面（Ｐ）に対して横方向に、好ましくは直角に配置され、前記導光体で生成されたシンチレーション光が前記検出面に向かって伝播する、
請求項１に記載の検出器（２０）。
【請求項３】
いくつかの前記検出面（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５）を有し、各検出面は、一つの同じ層に形成された前記導光体の端部を有する、
請求項１又は２に記載の検出器（２０）。
【請求項４】
少なくとも１つの検出面が、異なる層に形成された前記導光体の端部を含む、
請求項１又は２に記載の検出器（２０）。
【請求項５】
前記検出平面内に多角形の断面を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項６】
前記検出平面（Ｐ）に直角な少なくとも１つの前記導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）の高さは１００μｍ以上１ｍｍ以下である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項７】
前記導光体の延在する配向軸（Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、Δ５、Δ６）に対して直角の、」前記検出平面における前記導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）の幅は、１００μｍから５００μｍの間である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項８】
前記第２材料は空気である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項９】
前記第１材料は有機シンチレータである、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１０】
少なくとも１層が、第１光学屈折率（ｎ１）よりも低い第３光学屈折率（ｎ３）及び／又は不透明及び／又は反射の第３材料の厚さによって、その上に重ね合わされる他の層から分離される、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１１】
少なくとも１層が、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された、いわゆる補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は、電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘導することができる、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１２】
前記補助検出器（２８）は、光学的又は電気的接続（２９）に結合された固体材料によって形成され、前記接続は前記測定チャネル内に延在する、
請求項１１に記載の検出器（２０）。
【請求項１３】
前記補助検出器（２８）は点検出器であり、前記補助検出器は１ｍｍ３未満、好ましくは０．５ｍｍ３以下の検出体積を有する、
請求項１２に記載の検出器（２０）。
【請求項１４】
前記補助検出器（２８）はシンチレーション検出器であり、特に、光ファイバに連結された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、後者は光接続（２９）を形成する、
請求項１２及び１３のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１５】
前記検出器は、磁気共鳴画像法による検査において造影剤を形成する材料を用いて、少なくとも１つの層に形成されたマークを含み、該マークは前記検出器を磁気共鳴画像法により検査したときに視認可能な基準点を形成する、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１６】
−電離放射線に曝されたときにシンチレーション光を発生することができるシンチレーション材料で形成された、請求項１から１５のいずれか１項に記載の多層シンチレーション検出器（２０）と、
−いくつかの画素を含む、少なくとも１つの画素化された光検出器（３０）と、を含み、
−各画素が、前記多層シンチレーション検出器の層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）に形成された導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）に光学的に結合されるように構成され、結合された前記導光体から発するシンチレーション光を収集する、
電離放射線を検出するための装置（１）。
【請求項１７】
各画素が光結合システムによって前記導光体に光学的に結合されるように、少なくとも１つの光結合システム（３５）を含む、
請求項１６に記載の装置（１）。
【請求項１８】
前記多層シンチレーション検出器の少なくとも１つの層は、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘導することができ、前記検出器が、前記補助検出器に連結され、前記補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成された測定ユニット（２９’）を含む、
請求項１６及び１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記補助検出器（２８）が、光ファイバ（２９）に連結されたＧａＮタイプのシンチレータであり、前記光ファイバは前記測定チャネル内に延在する、
請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
照射源（１１）によって出射される照射ビーム（Ω）の２次元空間分布を、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の検出装置（１）を用いて再構成する方法であって、
ａ）照射源（１１）による、検出装置（１）の前記多層シンチレーション検出器（２０）の照射、前記多層シンチレーション検出器（２０）は検出平面（Ｐ）に従って延在し、前記照射源は前記検出平面を伝搬する照射ビームを生成し、
ｂ）前記多層シンチレーション検出器の各層から放出されるシンチレーション光の量を、前記検出装置（１）の画素により検出し、各層の前記導光体の配向に従って、前記検出平面内の照射ビームの投影を各層ごとに取得し、
ｃ）ステップｂ）により取得された各投影から、前記検出平面（Ｐ）に従って照射ビームの２次元空間分布を推定する、
方法。
【請求項２１】
−前記多層シンチレーション検出器は、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘起することができ、
−前記検出装置は、前記補助検出器に連結され、前記補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成された測定ユニット（２９’）を含み、
方法は、前記補助検出器によって検出された照射レベルに基づいて、ステップｃ）で推定された２次元空間分布を再構成するステップｄ）を含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップａ）〜ｃ）は、多層シンチレーション検出器（２０）を前記照射源から異なる距離に配置することにより実行され、各距離について、前記照射ビームの２次元空間分布が得られる、
請求項２０又は２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、放射線治療に用いられる医療用線形加速器によって生成されるビーム、特に定位放射線治療におけるビームの測定及び確認に関連する線量測定である。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療における電離放射線への過剰被曝に起因して、一定数の患者の過剰照射が発生している。これらの放射線照射は重篤な後遺症を引き起こし、死亡に至っている。その結果、患者に投与される線量の予測においてより良い品質を有する必要がある。
【０００３】
現在、患者に送達される線量は、コンピューテーションコードモデリングを用いて推定される。腫瘍又は最も感度の高い臓器のレベルで線量測定を最良に推定するためには、コンピューテーションコードが基礎とする測定データは、特に小ビームについて、より良く制御されなければならない。投与される線量の制御は、モデル化された線量と、患者上でリアルタイムに測定される線量との間、又はモデル化された線量と患者の身体を代理となるファントム上で実験的に測定される線量との間の比較を含む。
【０００４】
この問題は、特に定位放射線治療の分野において顕著に発生する。このモダリティは、典型的にはｃｍ３程度の小さな体積のターゲットを選択的に照射するために、小さなサイズの収束照射ビームを連続的に実施する。一般的に、照射ビームは、数ｃｍ未満、例えば３ｃｍ未満の直径又は対角線を有する。照射源は、６０Ｃｏ等の放射性同位体や、数十ＭｅＶ程度のＸ線や高エネルギー電子線を得ることが可能な線形加速器（ＬＩＮＡＣ）等の粒子加速器である。６０Ｃｏの複数の線源の回転、形状、配置により、照射ビームは処置されるターゲットに向かって収束する。
【０００５】
照射源から放出されたビームは、一般に、コリメータ、特にマルチプレートコリメータを通過し、その配置が処置されるターゲットの幾何学的形状に対応する線量の空間分布を得ることができる複数の高密度プレート（dense plate）から構成される。コリメータの各プレートは、プレートのセットがターゲットに一致する開口を区切るように配置することができる。場合によっては、これらのプレートは線量の送達の間に変位し、処置される病変に可能な限り密接に線量分布を一致させるために、ターゲットレベルで光子のフルエンスを適応させることを可能にする。強度変調原体照射法（ＩＭＣＲという頭字語で称される）と呼ばれるこの技術は、ターゲットに線量を集中させながら、ターゲットに隣接する健常組織を保護することを可能にする。ターゲットを中心とした回転の間、コリメータの形状も変化することができ、その結果、ターゲットへの開口部の投影は、回転の間、ターゲットを取り囲む。
【０００６】
小さな定位照射野は、他のタイプのコリメータ、例えば円錐で形成されたコリメータでも得ることができる。
【０００７】
定位放射線治療で実施される照射ビームは、特にビームの周辺で、小さいサイズと強い線量勾配によって特徴付けられる。さらに、照射領域のサイズが小さいため、照射ターゲットの電子平衡状態は観測されない。これらの特徴は照射中の積算線量のモデル化に不確実性をもたらす。
【０００８】
実際に送達された線量を確認するために、品質保証の目的で実験測定がしばしば実施される。現在、ラジオクロミックフィルム又は熱ルミネセンスキューブ型の受動線量計の使用がベンチマークメソッドであると考えられている。これらの線量計は、熱ルミネセンスキューブを用いた場合に時間的情報によって補足された、線量測定の定量的２次元分布を得ることを可能にする。しかし、それらを実装することは複雑であり、時間がかかり、相対的にコストがかかり、日常的な使用に見合うことは困難である。さらに、これらの線量計は、リアルタイムで情報を送達しない。また、ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング）によって導かれる定位放射線治療には適さない。実際、これらの線量計の性能は、ＭＲＩによって生成される強力な磁場によって劣化し得ることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２９２５１７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／０２１７２９５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０２３６５１０号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Goulet M.著、「High resolution 2D measurement device based on a few long scintillating fibers and tomographic reconstruction」、Med.Phys., 39(8)、２０１２年８月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
受動線量計の種々の代替が研究されてきた。例えば、米国特許出願公開第２０１２／０２９２５１７号明細書には、互いに平行に配置されたシンチレーション光ファイバを含むシンチレーション検出器が記載されている。この検出器は放射線治療に関連した品質管理に使用することを意図している。これは、特に、互いに平行に延在する異なる層を含むことができ、１つの同じ層の繊維は、配向に従って互いに平行に配向される。しかしながら、ファイバ検出器の使用には多くの欠点がある。第１制限は、直径が０．５ｍｍであるファイバのサイズに関連し、適切な空間分解能を得ることができない。さらに、繊維が互いに平行になるように、数十本、数百本の繊維を並べて配置するのは面倒である。別の制限は、ファイバと光検出器との結合に関連しており、ファイバは光検出器と直接接触している。その結果、複雑な設計となり、比較的かさばり、おそらく高価な装置となる。
【００１２】
Goulet M.著「High resolution 2D measurement device based on a few long scintillating fibers and tomographic reconstruction」、Med.Phys., 39(8)、２０１２年８月には、互いに平行に延びる直径１ｍｍの光ファイバを平面上に有する検出器の使用が記載されている。検出器は回転移動可能である。検出器を照射ビームに曝すと、検出器は、異なる向きに従って順次回転する。各方位で行われた測定は、照射ビームの空間分布を得るためにトモグラフィーアルゴリズムで使用される。このような方法は、光ファイバの使用に関連する制限をもたらす。さらに、それは検出器の連続的な回転を必要とし、後者は、目的が良好な質のトモグラフィー再構成を得ることである場合、正確でなければならない。異なる方位による逐次取得は、照射ビームの時間変化の可能性に影響される。したがって、この方法は、検出器を回転させるための手段が存在するため、実施するのが比較的複雑である。光ファイバの使用に基づく方法も、米国特許出願公開第２０１４／０２１７２９５号明細書に記載されている。
【００１３】
同じタイプの用途を対象とする別の検出器が米国特許出願公開第２００９／０２３６５１０号明細書に記載されている。この装置は、１つのスポット端が発光（シンチレーション）して、線量を表す光信号を生成するファイバを含む。シンチレーション端は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳタイプのイメージセンサに光信号を導く機能を有する非シンチレーションファイバに連結される。このような検出器は、米国特許出願公開第２０１２／０２９２５１７号明細書に関して引用されたものと同じ欠点、すなわち、検出器に延在するファイバの存在のために、高コスト及びある程度のバルクによって反映される複雑なセットアップを呈する。さらに、ファイバの端のみがシンチレーションしており、シンチレーションボリュームは２ｍｍ３未満である。このような検出器は、スポット測定の場合には適しているが、対角線が２又は３ｃｍ程度の照射ビームにおける線量の空間分布の測定の実行には適していない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、数センチメートルの対角線に沿って延びる電離放射線ビームによって送達される線量を実験的に測定するための、簡単で、安価で、実施が容易な検出器を開発した。検出器は照射ビームの２次元空間分布を簡単に評価できる。
【００１５】
本発明の第１主題は、互いに重ね合された少なくとも３層を含み、それぞれが検出平面（detection plane）と呼ばれる平面に平行に延びる多層シンチレーション検出器であって、
−各層は、電離放射線と相互作用し、相互作用の後にシンチレーションスペクトルバンドのシンチレーション光を形成することができる、シンチレーション材料と呼ばれる第１材料を含み、
−各層は、それぞれ長さに従って検出平面に平行に延び、配向軸に平行に、その長さの全部又は一部にわたって配置される、複数の導光体を含み、
−１つの同じ層の導光体の配向軸が、検出平面において、配向に従って、各層が関連する配向を有するように配向され、少なくとも３つの層のそれぞれの配向軸の配向は、互いに異なり、
−前記シンチレーション材料は、第１屈折率を有し、
前記検出器は、前記各層が、前記シンチレーション材料を含み、前記検出平面に平行に延在するプレートによって形成され、
−前記プレートは、該プレート内に形成され、層に関連する配向に従って前記検出平面に平行に延びるチャネルを含み、
−各チャネルは、第１屈折率より低い第２屈折率の第２材料で満たされ、
−隣接する２つのチャネル間に、前記シンチレーション材料によって形成され、電離放射線による放射線の影響下でシンチレーション光を生成することができ、層の配向軸に従ってシンチレーション光を伝搬することができる導光体が延びるようにする。
【００１６】
シンチレーションスペクトルバンドは可視又は近紫外に位置することができる。それは一般に２００ｎｍ〜８００ｎｍのスペクトル範囲内にある。
【００１７】
層の数は、３層以上２０層以下であることが好ましい。
【００１８】
チャネルが形成されるプレートは、該チャネルが形成された後、導光体が底部上に静止するように、非シンチレーション底部を含むことがでる。後者は導光体を互いに平行に維持する。
【００１９】
チャネルは、プレートの厚さの全部又は一部、好ましくはプレートの厚さの９０％まで延びることができ、厚さは検出平面に対して直角に規定される。
【００２０】
各層の導光体は、プレートによって互いに固定された状態に保たれる。
【００２１】
１つの実施形態によれば、１つの同じ層の各導光体は、検出平面に従って、検出器の検出面（detection face）と呼ばれる面に延び、検出面が検出平面に対して横方向に、好ましくは直角に配置され、導光体で生成されたシンチレーション光が検出面に向かって伝搬する。装置は、互いに異なるいくつかの検出面を含むことができ、各検出面は、１つの同じ層に形成された導光体の端部を含む。検出面は、異なる層に形成された導光体の端部を含むことができる。
【００２２】
検出器は、検出平面内に多角形断面を有することができる。
【００２３】
検出平面に直角な少なくとも１つの導光体の高さは、１００μｍ〜１ｍｍであることが好ましい。検出平面における、導光体の延在する配向軸に対して直角の導光体の幅は、好ましくは、１００μｍから５００μｍの間である。
【００２４】
第２材料は空気であってもよい。第１材料は、有機シンチレータであり得る。
【００２５】
少なくとも１層が、第１光学屈折率よりも低い第３光学屈折率及び／又は不透明及び／又は反射の第３材料の厚さによって、その上に重ね合わされる他の層から分離され得る。
【００２６】
一実施形態によれば、少なくとも１つの層は、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された、いわゆる補助検出器を含み、補助検出器は、電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘導することができる。補助検出器は、光学的又は電気的接続に連結された固体材料によって形成され、その接続は測定チャネル内に延在する。補助検出器は点検出器であり、補助検出器は１ｍｍ３未満、好ましくは０．５ｍｍ３以下の検出体積を有する。それは、特に、光ファイバに連結された窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、後者が光接続を形成するシンチレーション検出器であり得る。
【００２７】
一実施形態によれば、検出器は、磁気共鳴画像法による検査において造影剤を形成する材料を用いて、少なくとも１つの層に形成されたマークを含み、このマークは、検出器を磁気共鳴画像法によって検査したときに視認可能な基準点を形成する。
【００２８】
本発明の第２主題は、電離放射線を検出するための装置であって、
−前記多層検出器は、電離放射線に曝されたときにシンチレーション光を発生することができるシンチレーション材料で形成された、本発明の第１課題に係る多層検出器と、
−いくつかの画素を含む少なくとも１つの画素化された光検出器とを含み、
−各画素が、多層検出器の層に形成された導光体に光学的に結合されるように構成され、結合された導光体から放出されたシンチレーション光を収集する。
【００２９】
装置は、各画素が光結合システムによって導光体に光学的に結合されるように、少なくとも１つの光結合システムを含むことができる。光結合システムは、光ファイバ又は１つ以上のレンズを含むことができる。
【００３０】
一実施形態によれば、多層シンチレーション検出器の少なくとも１つの層は、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された補助検出器を含み、補助検出器は、電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘導することができ、検出装置は、測定ユニットを含み、補助検出器に連結され、補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成される。補助検出器は、光ファイバに連結されたＧａＮタイプのシンチレータであり、光ファイバは測定チャネル内に延在し得る。
【００３１】
本発明の第３主題は、本発明の第２課題に係る検出装置を用いて、照射源によって出射される照射ビームの２次元空間分布を再構成する方法であって、
ａ）照射源による、検出装置の多層シンチレーション検出器の照射、多層シンチレーション検出器は検出平面に従って延在し、照射源は検出平面を伝搬する照射ビームを生成し、
ｂ）多層シンチレータの各層から発せられるシンチレーション光の量を検出装置の画素により検出して、シンチレータの各層ごとに、各層の導光体の配向に従って、検出平面内の照射ビームの投影を取得し、
ｃ）ステップｂ）により取得された各投影から、検出平面の照射ビームの２次元空間分布を推定する。
【００３２】
一実施形態によれば、
−多層シンチレーション検出器は、測定チャネルと呼ばれるチャネル内に配置された補助検出器を含み、補助検出器は電離放射線に曝されたときに光学的又は電子的信号を誘導することができ、
−検出装置は、補助検出器に連結され、補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成された測定ユニットを含み、
−方法は、補助検出器によって検出された照射レベルに基づいて、ステップｃ）で推定された２次元空間分布を再構成するステップｄ）を含むことができる。
【００３３】
ステップａ）〜ｃ）は、多層シンチレーション検出器を前記照射源から異なる距離に配置することにより実行され、各距離について、前記照射ビームの２次元空間分布が得られる。
【００３４】
他の利点及び特徴は、非限定的な例として与えられ、以下に列挙される図に表される、本発明の特定の実施形態の以下の説明からより明確に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】定位放射線治療装置の主要な構成要素を示す。
【図１Ｂ】定位放射線治療装置の主要な構成要素を示す。
【図１Ｃ】定位放射線治療装置の主要な構成要素を示す。
【００３６】
【図２Ａ】本発明に係る多層シンチレータの一例を概略的に示す。
【図２Ｂ】図２Ａの詳細である。
【００３７】
【図３Ａ】図２Ａに示される多層シンチレータの層の平面図である。
【図３Ｂ】図２Ａに示される多層シンチレータの層の平面図である。
【図３Ｃ】図２Ａに示される多層シンチレータの層の平面図である。
【００３８】
【図４Ａ】図２Ａ〜図３Ｃに関連して記載された多層シンチレータを実装する検出装置の図である。
【図４Ｂ】検出装置の変形例を示す。
【００３９】
【図５Ａ】台形断面の多層シンチレータの他の例を示す。
【００４０】
【図５Ｂ】五角形断面の多層シンチレータの他の例である。
【００４１】
【図６Ａ】単一の検出面のみを有するように配置された多層シンチレータの他の例を概略的に示す。
【図６Ｂ】単一の検出面のみを有するように配置された多層シンチレータの他の例を概略的に示す。
【図６Ｃ】単一の検出面のみを有するように配置された多層シンチレータの他の例を概略的に示す。
【００４２】
【図７】補助検出器を実装する一実施形態に係る多層シンチレータの層を示す。
【００４３】
【図８Ａ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図８Ｂ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図９Ａ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図９Ｂ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図９Ｃ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図９Ｄ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【図９Ｅ】多層シンチレータを実装することによって得られた実験結果を示す。
【００４４】
【図１０Ａ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【図１０Ｂ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【図１０Ｃ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【図１０Ｄ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【図１０Ｅ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【図１０Ｆ】多層シンチレータの層に関連する異なる配向を概略的に示す。
【００４５】
【図１１Ａ】図１１Ａ〜１１Ｃは照射源によって放射される照射ビームの２次元空間分布の再構成に関する。図１１Ａは、再構成方法の主なステップを説明する。
【図１１Ｂ】実装されるマルチプレートコリメータの画像を示す。
【図１１Ｃ】図１Ａに関連して示された方法を用いて得られた２次元空間分布の推定を示す。
【００４６】
【図１２Ａ】いくつかの多層シンチレータを含むファントムを示す。
【図１２Ｂ】いくつかの多層シンチレータを含むファントムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
明示的に別段の記載がない限り、「ａ（１つの）」という用語は、「少なくとも１つ」を意味するものと解釈されるべきである。また、配置は、軸Ｘ、Ｙ、及びＺによって規定される直交参照フレーム内にあり、軸Ｚは垂直軸に対応する。
【００４８】
図１Ａは、定位放射線治療装置の主要な構成要素を概略的に示す。装置は、アーム１５に保持されたヘッド１０を備え、マルチプレートコリメータ１２に対向して配置された照射源１１を含み、マルチプレートコリメータは開口部１３を形成する。マルチプレートコリメータはパラメータ化可能な開口部１３を形成し、照射源１１によって放出される電離放射線ビームΩの通過を可能にし、照射ビームの空間的範囲を規定する。電離放射線は、電離光子のビーム、例えばγ光子又はＸ光子、あるいは荷電粒子ビーム、例えば陽子又は電子であると理解される。照射源１１は、ラジオアイソトープとすることができ、例えば、６０Ｃｏの１つ以上の線源を含むことができる。あるいは、エネルギースペクトルに従ってエネルギーが分布されるＸ線ビームを放出するように構成された粒子加速器を含むこともできる。一般的に、照射源は、照射軸ＺΩに応じて強力な照射ビームΩを生成し、ターゲット組織、例えば癌性腫瘍を予め規定された露出に曝す。被曝又は、線量は、照射された組織によって吸収されるエネルギー量に相当し、一般に単位重量当たりで表される。この被曝量も時間単位で表す場合には、線量率又は瞬時線量で表される。被曝は線量率の空間分布に依存する。
【００４９】
電離放射線のエネルギーは、照射源が粒子加速器を含む場合、５００ｋｅＶと２２ＭｅＶの間であり得る。それが同位体源である場合、放射線のエネルギーは主にその線源の輝線に対応する。６０Ｃｏの場合、これらの線の放出エネルギーは１１７３ｋｅＶと１３３２ｋｅＶであった。
【００５０】
放射線治療を受ける患者は、一般に、テーブル１４上に配置される。この例では、ファントム２は、患者の身体をシミュレートして表される。ファントムは、（原子番号と密度の両方が組織の原子番号と密度に非常に近い）患者の身体に匹敵する減衰を示す異なる材料、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）タイプの有機材料によって製造することができる。このようなファントムを「組織等価」と呼ぶ。
【００５１】
照射ビームΩによって発生する放射線量を推定し、その２次元空間分布を平面に従って推定することが可能な検出装置１が示される。検出装置１は、多層シンチレータ２０と、少なくとも１つの画素化された光検出器３０とを備える。多層シンチレータ２０は、基本的に検出平面（detection plane）Ｐと呼ばれる平面に従って延びている。照射ビームの影響下で、多層シンチレータがシンチレーション光を発生し、シンチレーション光が光検出器３０に導かれる。シンチレーション光はシンチレーションスペクトルバンドで生成され、シンチレーションスペクトルバンドは使用するシンチレーション材料によって異なる。シンチレーションスペクトルバンドは、一般に可視又は近紫外領域にあり、従って、１００ｎｍと８００ｎｍとの間にある。
【００５２】
光検出器３０は、多層シンチレータ２０から離れた位置に配置される。検出装置１はまた、プロセッサ３、例えば、メモリ４に連結されたマイクロプロセッサを含み、以下に記載される検出及び再構成方法を実施するための命令を含む。プロセッサ３は、スクリーン５に連結することができる。検出装置１、より具体的には、多層シンチレータ２０は、図２Ａ及び後続の図により広く説明される本発明の重要な態様を形成する。
【００５３】
図１Ａの例では、照射源１１から放射された照射ビームは、垂直軸Ｚに一致する軸ＺΩに沿って延びている。照射ヘッド１０は、テーブル１４の周りを回転移動可能である。図１Ｂは、図１Ａに関連して説明された装置を示しており、アーム１５は、垂直平面ＸＺにおいて角度βだけ回転している。照射ビームΩは、依然としてファントム２の方を向いている。照射ヘッドの異なる回転の間の照射軸ＺΩの交点は、「アイソセンタ」とも呼ばれる、処置されるターゲット組織の中心に対応する。
【００５４】
照射軸ＺΩに直角な照射ビームΩの空間的広がりは、マルチプレートコリメータ１２によって決定される。このようなコリメータは、図１Ｃに示される。これは、原子番号の大きい材料で作られた複数の高密度プレート１２１、１２２．．．１２ｉ、１２ｉ＋１．．．を含み、線源から放出される電離放射線を減衰させる。これは、特に、タングステンの合金であってもよい。各プレートは、照射ビームΩの空間範囲を規定するように、照射軸ＺΩに対して直角な平面内で並進移動可能である。後者は、コリメータ１２のプレート間に延在する開口部１２によって規定される。図示の例では、プレート１２ｉは、対向するプレート１２ｉ＋１に対向して配置されている。コリメータ１２の開口部１３は、各プレート１２ｉを、対向するプレート１２ｉ＋１に近づけたり遠ざけたりすることによってパラメータ化される。これにより、開口部１３を容易に変調することができ、連続した２回の照射の間に、連続的に及び／又は照射ヘッド１０の回転毎に、変更することができる。開口部１３の変調は、治療プロトコルに従って、ターゲット組織の体積及びターゲット組織に隣接する健康な組織の存在を考慮することによって、又はターゲット組織の上流又は下流の照射ビームΩに延在することによって行われる。
【００５５】
先行技術に示されているように、伝搬軸ＺΩに直角な照射ビームΩの断面の直径又は大きな対角線は、５ｃｍ未満、３ｃｍ未満であり得る。一般に、ターゲット組織では、照射軸ＺΩに直角な照射ビームΩの表面は、５０ｍｍ２未満である。
【００５６】
図２Ａは、本発明の対象を形成する多層シンチレータ２０の一例を示す。多層シンチレータは、３層の異なる層２１、２２、２３からなる。この３層は検出平面Ｐに平行に延び、この例ではＸＹ平面に対応する。第１層２１は、その構造が第２層２２及び第３層２３と同様であることに留意して説明する。
【００５７】
第１層２１は、シンチレーション材料と呼ばれる第１材料によって製造された、「シンチレーションシート」という用語で呼ばれる支持プレート２１ｓによって形成される。支持プレート２１ｓは、検出平面Ｐに沿って延びている。前述したように、第１材料は、照射されるとシンチレーション光を発生することができるシンチレーション材料である。シンチレーション材料は、例えば有機シンチレータである。実際、このようなシンチレータは、「組織等価」と呼ばれ、照射ビームに曝されると、その強度が生体組織に送達される瞬間的な線量に比例するシンチレーション光を発生する。有機シンチレータは核測定の分野で一般的に使用される材料である。それらは、リーズナブルなコストで、さまざまなサイズで入手できる。それらの応答時間は迅速であり、それらは一般的に低い残留磁気を示し、強い照射ビームへの繰り返しの曝露に特に適している。さらに、それらは単純な微細構造化法により容易に構造化できる。この場合、使用される材料は、製造業者Saint Gobain Crystalsの参照番号ＢＣ４０８である。それは、波長４２５ｎｍを中心とするシンチレーションスペクトルバンドに応じたシンチレーション光を発することができる。当業者に公知の他の有機シンチレーション材料、例えば、参考番号ＢＣ４１２（Saint Gobain Crystals）、又は参考番号ＳＣＳＦ−７８、ＳＣＳＦ−８１、ＳＣＳＦ−３ＨＦ（Kuraray）、又は参考番号ＥＪ２００（Eljen Technologies）を使用することができる。シンチレーション樹脂、例えば、参照番号ＢＣ４９０（Saint Gobain Crystals）を用いることもできる。
【００５８】
シンチレーション材料は、第１光学屈折率ｎ１を有している。一般に、第１屈折率は、波長４５０ｎｍにおいて、１．３以上であり、さらには１．５以上である。ＢＣ４０８の場合、屈折率はこの波長において１．５８である。
【００５９】
支持プレート２１ｓは、長さｌに従ってプレートに沿って延びる中空チャネル２１ｃを形成するように構成されている。長さｌの全部又は一部にわたって、中空チャネル２１ｃは互いに平行に延び、第１配向軸Δ１に従って配向している。第１配向軸Δ１は、第１支持プレート２１ｓが延びる検出平面Ｐと同一平面上にある。支持プレート２１ｓの厚さは、チャネル２１ｃの形成前に１００μｍから５ｍｍの間であり得る。それは、好ましくは２ｍｍ未満、より好ましくは１ｍｍ未満である。チャネルは、支持プレート２１ｓの厚さの全部又は一部に形成され、プレートの厚さは検出平面に対して直角に延びる。
【００６０】
チャネル２１ｃの構造は、各導光体が２つの隣接するチャネル間に平行に延在する、導光体２１ｇを区切ることを可能にする。導光体は、照射ビームΩに曝されることが意図された層２１の少なくとも中央部分において、第１配向軸Δ１に従って、互いに平行に広がることが重要である。図示の例では、チャネル２１ｃ及び導光体２１ｇは、それらの全長にわたって、第１配向軸Δ１に従って互いに平行に延びている。
【００６１】
図２Ｂは、第１層２１の詳細を示している。チャネル２１ｃの形成後、支持プレート２１ｓの薄い部分が残り、後者は１０μｍから１００μｍの間の残留厚さを有する。構造化後、支持プレートは導光体を支持し、その保持を確保する。各チャネル２１ｃは、
−第１配向軸Δ１に対して直角に（軸Ｙに従って方向付けられる）、好ましくは１０μｍから１００μｍの間、好ましくは４０μｍから８０μｍの間、例えば６０μｍの幅で、
−好ましくは、支持プレート２１ｓの最初の厚さの５０％から９０％の間にある深さで、検出平面Ｐに対して直角に延びる。好ましくは１００μｍ〜１ｍｍである。この例では、各チャネル２１ｃの深さは５００μｍである。深さは検出感度を規定する。
【００６２】
支持プレート２１ｓの構造化後、各チャネル２１ｃは、支持プレート２１ｓを形成する第１材料とは異なる第２材料で充填される。第２材料は、第１材料よりも低い屈折率ｎ２を有する。記載された実施例では、第２材料は空気である。第２材料は、好ましくは、非シンチレーション性である。
【００６３】
一実施形態によれば、支持プレートは、シンチレーション材料とは異なる支持材料によって形成された、薄い部分に対応する底部を含む。支持材料は好ましくは非シンチレーション性であり、有利には、その屈折率はシンチレーション材料の屈折率よりも低い。支持材料は、例えば、プラスチック材料である。チャネル形成後、導光体２１ｇは支持プレート２１ｓの底部に保持され、後者は非シンチレーション支持体となる。支持材料は、好ましくは、シンチレーション材料の屈折率よりも低い屈折率を有することができる。
【００６４】
２つの隣接するチャネル２１ｃの間には、導光体２１ｇが延びている。検出平面Ｐに直角な導光体の高さは、隣接するチャネルの深さに対応する。この値が大きいほど、検出感度が高くなる。チャネル２１ｃと同様に、各導光体２１ｇは、第１層２１の配向軸Δ１に沿って延在している。配向軸Δ１に直角な導光体の幅は、１００μｍ以上５００μｍ以下、例えば２００μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。この幅は、以下に説明する実験試験から理解されるように、検出の空間分解能を規定する。
【００６５】
このように構成された第１プレート２１ｓは、多層シンチレータ２０の第１層２１を形成している。照射ビームΩへの曝露の影響下で、シンチレーション光が第１層２１、特に各導光体（又は導波路）２１ｇの内部で生成され、第１層２１の体積は実質的に導光体２１ｇからなる。各導光体２１ｇとそれに隣接するチャネル２１ｃとの屈折率の差により、各導光体２１ｇ内で発生したシンチレーション光は、配向軸Δ１に従って伝搬する。
【００６６】
第１層の構造化は、エッチング法とリソグラフィを組み合わせた方法、例えばフォトリソグラフィによって、又は「ホットエンボス」タイプの熱成形によって、あるいは成形によって、又はマイクロマシニングによっても行うことができる。これにより、同１層内に幅の狭い多数の導波路を同時に得ることが可能となり、その数は１００個を超え、１０００個を超えることも可能となる。これにより、高い空間分解能を生かした測定が可能となる。フォトリソグラフィを実施する場合、クロムオンガラスマスクを介した、例えば３７５ｎｍのＵＶフォトリソグラフィとすることができる。これにより、構造化されたシンチレータが得られる。
【００６７】
支持プレートの構造により、数十ミクロン離れて、互いに固定された幅の狭い導波路を同時に得ることができる。導波路は互いに固定され、支持プレートの薄い部分によって保持される。この方法で作成された層は簡単に操作できる。
【００６８】
第２層２２及び第３層２３は、第１層２１と同様の構造を有している。それらは、同一の検出平面Ｐに沿って延在している。したがって、第２層は、チャネル２２ｃで区切られ、その長さの少なくとも一部にわたって、第２配向軸Δ２に平行に延在する導光体２２ｇを有している。第２配向軸は、検出平面Ｐに平行であるが、第１配向軸Δ１には平行ではない。したがって、第２層が照射ビームに曝されると、シンチレーション光が各導光体２２ｇ内で発生し、第２配向軸Δ２に従ってそれらの内部を伝搬する。
【００６９】
同様に、第３層は、導光体２３ｇを含み、チャネル２３ｃによって区切られ、その長さの少なくとも一部にわたって、第３配向軸Δ３に平行に延びている。第３配向軸は、検出平面Ｐに平行であるが、第１配向軸Δ１又は第２配向軸Δ２に平行ではない。
【００７０】
図２Ａは、検出平面Ｐの基準フレームＸＹに対する配向軸Δ１、Δ２、Δ３を示している。方向角は、基準フレームＸＹのベクトルＸと層の方向軸との間の角度を示す。各層には、方向角によって定義される方向が関連付けられている。したがって、
−第１層２１は、関連する第１配向θ１を有し、それに応じて、該層において生成されたシンチレーション光が伝搬される。この例では、θ１≒９０°である。
−第２層２２は、関連する第２配向θ２を有し、それに応じて、該層において生成されたシンチレーション光が伝搬される。この例では、θ２＝１３５°である。
−第３層２３は、関連する第３配向θ３を有し、それに応じて、該層において生成されたシンチレーション光が伝搬される。この例では、θ３＝０°である。角度θ３は図２Ａには示されていない。
【００７１】
２つの層は、直接重ね合わせることができる。あるいは、第３屈折率ｎ３の第３材料が、２つの隣接する層の間に延在してもよい。第３材料は、第２材料、例えば空気と同一であってもよい。この場合、スペーサを使用して、２つの重なった層を分離する。隣接する２つの層が互いに接触していない場合には、それらを隔てる距離は可能な限り小さく、例えば１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。第３屈折率ｎ３は、特に第３材料がシンチレーションスペクトルバンドにおいて透明である場合、シンチレーションスペクトルバンドにおいて第１屈折率ｎ１より低いことが好ましい。これにより、導光体内の光の閉じ込めが改善される。あるいは、第３材料は、それが分離する２つの重なった層を光学的に分離するように、不透明材料であってもよい。第３材料は、反射することもできる。支持プレートが非シンチレーション材料で形成された底部を含む場合、上述したように、非シンチレーション材料は第３材料とすることができる。
【００７２】
層が同一の平面で、同一の照射ビームに曝されていると見なすことができるように、構造化多層シンチレータ２０の検出平面Ｐに対して直角方向の厚さεはできる限り小さい。しかし、多層シンチレータの厚さεは、検出感度が許容可能であるためには、各層が十分な厚さを有していなければならない。多層シンチレータの厚さεは、層数に応じて変化するが、２ｃｍ未満又は１ｃｍ未満であることが好ましい。
【００７３】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、第１層２１、第３層２３、第２層２２の平面図であり、各層に関連する配向角θ１、θ３、θ２がそれぞれ異なっていることが分かる。
【００７４】
図４Ａは、検出装置１を表し、図２Ａから図３Ｃに関連して記載された多層シンチレータ２０を含む。装置は、３つの画素化された光検出器３０を含む。各光検出器は、画素の平面上に延びる画素を含む。光検出器は、それぞれの画素平面が、第１配向軸Δ１、第２配向軸Δ２、及び第３配向軸Δ３に対してそれぞれ直角になるように配置されている。このため、各画素化された光検出器３０は層に関連付けられ、層内に形成された導光体から放射されるシンチレーション光を表す空間分解信号を取得することができる。対物又はレンズタイプの光学システム３５は、各光検出器と、画素化された光検出器が関連する層の導光体との間の光結合を確実にする。この例では、互いに区別され、多層シンチレータ２０に対して固定されている３つの光検出器が示されている。これにより、各層で発生したシンチレーション光の同時取得が可能となる。変形例によれば、画素化された光検出器３０がいくつかの連続する位置の間で変位され、各層の導波路によって導かれるシンチレーション光を各位置に集めることができる。
【００７５】
好ましくは、画素化された光検出器３０の各位置において、シンチレーション光を収集する画素間の関係は全単射であり、導光体が画素又は画素のグループに光学的に結合され、一方の導光体に光学的に結合された画素は、他方の導光体に光学的に結合された画素とは異なる。変形例によれば、いくつかの導光体が１つの同一の画素に光学的に結合される。
【００７６】
図４Ｂは、図４Ａの変形例を示しており、ある層の導光体から発せられた光は、ミラー３６によって反射され、別の層に面して延在する光検出器３０に到達する。この例では、画素化された光検出器３０が第２層２２に対向して配置されており、ミラー３６は、第１層及び第３層のそれぞれの導光体によって導かれたシンチレーション光を画素化された光検出器３０に反射することを可能にする。このようなミラーの使用は、使用される光検出器の数を制限することを可能にし、同時に複数の層で生成されたシンチレーション光を収集することを可能にする。
【００７７】
光ファイバによって、層の導光体と光検出器の画素との結合を提供することが可能である。しかし、この結合は、実施するのがより簡単な光学システム３５によって行われることが好ましい。これにより、各光検出器３０を多層シンチレータ２０から離れた位置に維持することも可能となる。あるいは、導光体を光検出器の画素に直接結合することも可能である。この場合、画素と導光体との界面には、導光体と画素との屈折率が一致するように、カップリングオイルやゲル状の光カップリング液を配置することが好ましい。
【００７８】
画素化された光検出器３０は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳタイプのイメージセンサとすることができる。多層シンチレータ２０の異なる層は、照射軸ＺΩに沿って互いにオフセットされており、１つの同じ光検出器３０は、いくつかの層を同時にアドレスすることができ、１つの層に光学的に結合された画素は、他の層に光学的に結合されている画素とは異なる。行に沿って延びるピクセルのストリップを含む線形センサを使用することも可能である。このようなセンサは、層から、また各層から出てくる導光体に対しても直接適用することができる。リニアセンサの一例は、参照番号Ｓ１１８６５−１２８（Hamamatsu）である。層の導光体に対するセンサの直接結合はコンパクト性を高め、安価で広く使用されている線形センサから製造することができる。
【００７９】
図５Ａは、照射ビームに直角な横断面が台形の表面を示す多層シンチレータ２０を示す。第１層２１、第２層２２及び第３層２３が示されている。第１層２１は、軸Ｘに対する配向θ１に従って配向軸Δ１に沿って延在する導光体２１ｇを備える。導光体２１ｇは、第１面Ｆ１から出て、平面ＸＹに対応する検出平面Ｐに対して横断する平面を形成する。第１面Ｆ１は、この例では、好ましい構成に対応する検出平面Ｐに対して直角である。第２層２２は、軸Ｘに対する配向θ２に従って配向軸Δ２に沿って延在する導光体２２ｇを備える。導光体２２ｇは、検出平面Ｐに対して直角に第２面Ｆ２から現れる。第３層２３は、軸Ｘに対する配向θ３を形成する配向軸Δ３に沿って延在する導光体２３ｇを備える。導光体２３ｇは、検出平面Ｐに対して直角に第３面Ｆ３から現れる。各層において、導光体は、プレート２１ｓ、２２ｓ、２３ｓの薄い部分から延在し、それぞれの薄い部分は、チャネルの下の最初のプレートの残りの部分に対応する。
【００８０】
少なくとも１つの面、好ましくは、各面は、該面から現れる導光体とは別に、該面を覆う不透明マスクを含むことができる。不透明マスクは、面に不透明コーティングを施すことによって得ることができる。それは、例えば、面に塗布される不透明な塗料又は吸収性シートであり得る。これにより、導光体によって導光されないシンチレーション光が、プレートの薄い部分から顕著に現れることにより、多層シンチレータの面から放出されることを防止する。１つ以上の面上の不透明マスクの追加は、全ての実施形態に影響を及ぼすことができる。不透明マスクは反射することができる。
【００８１】
図５Ｂは、多層シンチレータ２０が、照射ビームに直角な横断面を有し、五角形表面を示す別の構成を示す。この例では、多層シンチレータは、第１配向軸Δ１、第２配向軸Δ２、第３配向軸Δ３、第４配向軸Δ４及び第５配向軸Δ５に従ってそれぞれ延在する５つの層を含み、これら５つの層はそれぞれ５つの異なる配向θ１、θ２、θ３、θ４及びθ５を規定する。多層シンチレータ２０の横断面は、六角形、八角形、又はより一般的には多角形の形態を有することができる他の構成を自然に想定することができる。
【００８２】
図６Ａ〜図６Ｃは、多層シンチレータ２０が互いに重ね合わされた３つの層２１、２２、２３を含む別の構成を示す。各層は互いに平行に延びている。点線の四角によって具体化されたシンチレータの中央ゾーンＺＣにおいて、各層は、各層に関連する配向に従って互いに平行に延びる導光体を含む。したがって、
−第１層２１において、導光体２１ｇは配向軸Δ１に従って延び、配向θ１を規定する、
−第２層２２において、導光体２２ｇは配向軸Δ２に従って延び、配向θ２を規定する、
−第３層２３において、導光体２３ｇは配向軸Δ３に従って延び、配向θ３を規定する。
【００８３】
シンチレータ２０の中央ゾーンＺＣは、各層が延在する検出平面Ｐ上の、照射ビームΩの軸ＺΩに従って、コリメータ１２によって規定される開口部１３の投影を含む。検出平面Ｐにおける照射光の投影は、「照射野」という用語で示される。
【００８４】
中央ゾーンＺＣの外側では、１つの同じ層の導波路は１つの同じ検出面Ｆ１に向けられ、後者は複数の層に共通であり、この特定の場合にはすべての層に共通である。いくつかの層の導光体が１つの同じ検出面から現れるという事実は、光学システム３５に結合された１つの同じ画素化された光検出器３０で、各導光体において生成されたシンチレーション光を収集することを可能にする。図６Ｂ及び６Ｃでは、導光体の一部のみが示されている。
【００８５】
実施形態にかかわらず、導光体が光検出器に連結された端部と光検出器に連結されていない端部との間を延びる場合、後者は、光検出器に連結された導光体の端部にシンチレーション光を戻すように、反射材料で被覆され得る。これにより、光検出器の集光光量を増加させることができ、測定感度を向上させることができる。
【００８６】
図７は、本願に記載されるすべての実施形態に適用することができる変形例を示す。この変形例によれば、補助検出器２８と呼ばれる放射線検出器が層２１に挿入され、好ましくは２つの導光体２１ｇの間に形成されたチャネル２１ｃに導入される。それは点検出器であることが好ましく、照射ビームΩによって発生する放射線量又はドーズ率の定量値を得ることができる。補助検出器２８は、好ましくは固体検出器であり、チャネルの幅が数十ミクロンから数百μｍの間にあり、好ましくは１００μｍ未満であることに留意して、チャネルに挿入することができるように十分にコンパクトである。図７において、チャネル２１ｃは、補助検出器２８のチャネル２１ｃへの挿入を視覚化することを可能にするために、導光体２１ｇに対してより広いものとして表される。補助検出器２８の検出体積は、１ｍｍ３以下、さらに０．１ｍｍ３以下であることが好ましい。小型化の制約から補助検出器２８は、例えばＧａＮ系のシンチレータであることが好ましい。このようなシンチレータの応答は、照射ビームの入射角に鈍感であるため、照射ビームの軸ＺΩがシンチレータを中心に回転するような強照射下での測定に特に適している。さらに、検出体積が小さいため、狭いチャネルへの挿入に特に適している。補助検出器は光ファイバ２９に結合され、後者は補助検出器と多層シンチレータから離れた補助読み出し回路２９’との間に延在する。補助読み出し回路により、光ファイバ２９を伝送する光の関数として定量的な露出値を得ることができる。
【００８７】
他のシンチレーション材料を実装して補助検出器２８を形成することができる。コンパクトで、残留性が弱く、強い照射レベルに適合し、かつ照射ビームの入射に鈍感な検出器が優先される。引用することができる補助検出器を形成することができる他のシンチレーション材料は、非網羅的に、ＢＧＯ（ゲルマニウム酸ビスマス）、Ｃｓｌ（Ｔｌ）（タリウム添加ヨウ化セシウム）、ＬＳＯ（オキシオルトケイ酸ルテチウム）、ＬＹＳＯ（セリウムドープルテチウムに基づくシンチレーション結晶）、ＧＳＯ（オルトケイ酸ガドリニウム）、又はＬａＢｒ３（臭化ランタン）を含む。
【００８８】
したがって、いくつかの補助検出器を、１つの同じ層に、さらには異なる層において、配置することができる。好ましくは、少なくとも１つの補助検出器が、照射ビームΩのアイソセンタに配置される。定位放射線治療の場合、アイソセンタは照射源の回転中の連続する照射軸ＺΩの交点に対応することに留意されたい。
【００８９】
補助検出器２８は、ある点における放射線量の正確な推定を可能にする。この情報は、正確であるが、分離されており、有利には、後述する検出平面における照射ビームの空間分布の推定と組み合わせることができる。空間情報がスポット定量測定と組み合わされる。
【００９０】
いずれの実施形態においても、多層シンチレータは、ＭＲＩによって可視化される基準点を形成するマークを含むことがでる。これらのマークは、ＭＲＩにおいて造影剤を形成する材料、例えばガドリニウム中で生成されるドット、クロス又はライン型のマークであり得る。このようにすれば、多層シンチレータの輪郭を限定したり、検出平面Ｐにおけるシンチレータの中心などの注目点を特定したりすることが可能となる。多層シンチレータは好ましくは非磁性であることが特定されており、ＭＲＩによる検査で生じる強磁場での使用に適合する。
【００９１】
図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明したシンチレータ２０の第１層２１と同様の単層からなる正方形断面の単層シンチレータを実装して実験を行った。層２１は配向軸Δ１に従って延びている。それは、軸Ｘに対して９０°の配向角θ１に関連付けられている。単層シンチレータは、２００個の（軸Ｚに従う）高さ１ｍｍの導光体２１ｇを備え、２５０μｍの距離に従って互いに離間している。隣接する２つの導光体間には、（軸Ｘに従う）幅６０μｍのチャネル２１ｃが延在している。
【００９２】
シンチレーション光を伝播する導光体の能力を確認するために、多層シンチレータは、まず、ＸＹ平面に対して直角にＵＶ照射（３７５ｎｍ）を行った。照射ビームは、検出平面内に、（軸Ｘに従って）８ｍｍ×（軸Ｙに従って）５０ｍｍの長方形を形成する。光学システム３５と、ＣＭＯＳセンサ型の光検出器３０（Navitar 7000 macro zoomに光学的に接続されたAndor Zyla 5.5 CMOSカメラ）とを、シンチレータの面に対向して、ＸＺ平面に沿って延在して配置した。ＣＭＯＳセンサによって画像が形成されるシンチレータの面を「検出面（detection face）」と称する。
【００９３】
図８Ａは、ＣＭＯＳセンサによって取得された検出面の画像を示す。この画像の強度プロファイルＰ１も追加されている。強度プロファイルは、第１層２１の配向軸Δ１に直交する照射ビームの寸法までさかのぼって求めることができる。後者は軸Ｙと一致するため、プロファイルにより、軸Ｘに従った照射ビームの寸法、すなわち８ｍｍまでさかのぼることができる。このようにして得られるプロファイルは、配向θ１による照射ビームの投影を表している。
【００９４】
第２実験的試行の間に、ＵＶ照射を、（軸Ｘに従って）２００μｍ幅と、（軸Ｙに従って）４７．５ｍｍと４０ｍｍに等しいそれぞれの長さの２つのビームによって形成した。図８Ｂは、マトリクス光検出器によって取得された検出面Ｆ１の画像を示す。この画像の強度プロファイルＰ２も追加されている。このプロファイルはシンチレータの空間分解能を評価することを可能にする。この図は、導光体における層の構造化によって許容される良好な空間分解能を証明する。導光体から発生する信号の強度は、照射に曝された導光体の全長にわたって、導光体が曝された曝露に対応する。２つのピークの振幅の差は、軸Ｙに従ったビームの長さの差に起因する。
【００９５】
別の一連の試験中に、単層シンチレータを６ＭＶ電位に上げ、線量率を１４Ｇｙ／分に上げた加速器からのＸ光子の照射ビームΩに曝露した。軸Ｙに従ったビームの長さは１０ｃｍに増加した。軸Ｘに従ったビームの幅は、３ｃｍ、２ｃｍ、１ｃｍ、０．５ｃｍ及び０．１ｃｍに順次設定した。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ及び９Ｅは、それぞれ、幅３ｃｍ、２ｃｍ、１ｃｍ、０．５ｃｍ及び０．１ｃｍについて、単層シンチレータの検出面から発する導波路によって得られた画像を表す。各画像は、粒子加速器の数パルスに対応する１０ｍｓの持続時間に従って取得された。これらの画像は、シンチレータの層の容量を証明し、層に関連する配向に対して直角の方向に従って照射野の寸法を推定することを可能にする。これらはそれぞれ、各層に関連する配向に応じた照射ビームΩの投影を表す。これらの画像は、導波路中の層の構造化が、例えば０．１ｃｍの狭い幅の照射ビーム寸法を測定することを可能にすることも示している。
【００９６】
別の一連の試験では、図５Ａに関連して説明した例と同様の台形断面のシンチレータの使用をシミュレートした。この構成によれば、シンチレータは、配向軸Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、Δ５、Δ６に従ってそれぞれ延在する６つの層２１、２２、２３、２４、２５、２６を備えている。各層は、それぞれ異なる配向角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６に対応している。各層は、図１０Ａ〜１０Ｆにそれぞれ概略的に示されている。各導光体は、導光体が延在する配向軸に対して直角に、（軸Ｚに従って）５００μｍの高さ及び２５０μｍに等しい幅を有する。２つの隣接する導光体は、６０μｍの厚さのチャネルによって離間される。各層は、２１５個の導光体で構成されている。検出平面ＸＹに直角な多層シンチレータ２０の厚さは３ｍｍである。大きい方の長さは１００ｍｍ程度であり、小さい方の長さは７５ｍｍ程度である。
【００９７】
図１０Ａ〜１０Ｆは、各層の中央部における照射ビームΩの形態も示している。図８Ａ及び図８Ｂ、並びに図９Ａから図９Ｅにおいて、層の導光体から発せられる光が、層の配向に応じた照射ビームの投影を得ることを可能にすることが観察された。層の数を増やすことによって、この特性を利用して、各層が１つの同じ検出平面に従って延びることを考慮して、検出平面における照射ビームΩのトモグラフィーを生成することができる。そのため、多層シンチレータの厚さεは無視した。層数は３層以上２０層以下であることが好ましい。これにより、多層シンチレータの厚さを適度に保ちつつ十分な数の突起を得ることができる。
【００９８】
図１１Ａは、多層シンチレータを実施するトモグラフィー法の主なステップを示す。
【００９９】
ステップ１００：照射ビームΩにおける多層シンチレータ２０の配置、検出平面Ｐ内に延びるシンチレータ。本例では、検出平面Ｐは照射軸ＰΩに直交するが、この条件は必須ではない。
【０１００】
ステップ１１０：トモグラフィーのパラメータ化。これは、伝達マトリックスＭを得るためにモデリングを行うことを含む。検出平面は、いくつかの個別のメッシュに離散化され、伝達マトリックスが計算される。ここで、各項Ｍ（ｉ，ｊ）は、メッシュｊが所与の照射レベルに曝されたときにシンチレータの導光体ｉの出力で測定された光強度に対する寄与に対応する。このような伝達マトリックスを確立することは、トモグラフィーにおける従来のステップである。行列の次元はＩ×Ｊで、Ｉは導波路の数、Ｊはメッシュの数である。
【０１０１】
ステップ１２０：各検出層にそれぞれ形成された導光体から発する光量を表す画像の、１つ以上の画素化された光検出器による取得。次に、各層にそれぞれ関連付けられた配向に従って、照射ビームの投影が得られる。十分な数の画素が存在する場合、例えば、イメージャを使用することによって、照射ビームの範囲及び強度に関する情報を得るために、画像の取得を同時に行うことができる。各信号の量は、測定ベクトルＶを形成することができ、その測定ベクトルＶ（ｉ）は、各ベクトルによって収集された信号量を表す。測定ベクトルの次元Ｉは、考慮される導波路の数に対応する。
【０１０２】
ステップ１３０：反転。これは、照射ベクトルＷを決定することを含み、その各項Ｗ（ｊ）は、メッシュｊで検出された照射量に対応する。照射ベクトルの寸法は、考慮されるメッシュの数Ｊに対応する。測定ベクトルＶと伝達マトリックスＭと照射ベクトルとは、式Ｖ＝Ｍ×Ｗで結合されている。反転により、この関係を最もよく満たすベクトルＷを推定することが可能となる。それは、当業者に公知の異なる方法に従って行われる。
【０１０３】
ステップ１４０：前のステップで推定した照射ベクトルＷから照射ビームΩの２次元空間分布を求める。
【０１０４】
トモグラフィーアルゴリズムの別の例は、先行技術に引用されているGoulet M.による刊行物、「High resolution 2D measurement device based on a few long scintillating fibers and tomographic reconstruction」にも記載されている。
【０１０５】
図１１Ｂは、前述のように、プレートコリメータ１２に形成された開口部１３を示す。図１１Ａに関連して要約されたアルゴリズムは、図１０Ａ〜図１０Ｆに示される６層シンチレータを用いて行われたシミュレーションに基づいて実施された。照射ビームの２次元空間分布が図１１Ｃに示されるように得られた。得られた結果（図１１Ｃ）は、コリメータで生成された開口部（図１１Ｂ）と一致する。
【０１０６】
多層シンチレータが補助検出器を含む場合、後者を使用して、補助検出器によって測定された露出地から得られる２次元空間分布の再調整を実行することができる。次いで、空間情報は、１つ以上のスポット定量的測定値と組み合わされる。
【０１０７】
上述の多層シンチレータ２０は、放射線治療介入、特に定位放射線治療の前に線量測定を予測するために使用することができる。例えば、図１２Ａに示すように、ファントム２内に、互いに平行ないくつかの多層シンチレータ２０を配置することができる。これにより、照射源１１からの異なる距離で、異なる平面に照射ビームの範囲を得ることが可能となる。また、照射ビームの軸に応じて、照射ビームΩの２次元空間分布の傾向を得ることができる。
【０１０８】
また、異なる多層シンチレータをそれぞれ異なる平面に配置して、それぞれ異なる平面における照射ビームの２次元空間分布を得ることも考えられる。図１２Ｂは、異なる向きに従ってファントム内に延びるいくつかの多層シンチレータを示す。２つのシンチレータ２０．１は、検出平面が照射ビームΩの軸と直交するように配置され、他の２つのシンチレータ２０．２は、検出平面が照射ビームΩの軸と平行になるように配置される。
【０１０９】
多層シンチレータ又はシンチレータの配置がどのようなものであっても、ファントム２は点検出器、例えばアイソセンタに、典型的には１ｍｍ３未満の小体積のＧａＮシンチレータを含むことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月20日(2020.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合された少なくとも３層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）を含み、それぞれが検出平面（Ｐ）に平行に延びる多層シンチレーション検出器（２０）であって、
−各層は、電離放射線と相互作用し、相互作用の後にシンチレーション光を形成するように構成された第１シンチレーション材料を含み、
−各層は、それぞれ、長さに従って検出平面に平行に延びる複数の導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）を含み、導光体は、前記シンチレーション材料を含み、配向軸（Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、Δ５、Δ６）に平行に、その長さの全部又は一部にわたって配置され、
−１つの同じ層の導光体の配向軸が、検出平面において、配向（θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６）に従って、各層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）が関連する配向を有するように配向され、少なくとも３つの層のそれぞれの配向軸の配向は、互いに異なり、
−前記シンチレーション材料は、第１屈折率（ｎ１）を有し、
前記各層が、前記シンチレーション材料を含み、前記検出平面に平行に延在するプレートによって形成され、
−前記プレートは、該プレート内に形成され、層に関連する配向に沿って前記検出平面に平行に延びるチャネル（２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２６ｃ）を含み、
−各チャネルは、第１屈折率より低い第２屈折率（ｎ２）の第２材料で満たされ、
−導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）は、隣接する２つのチャネル間に延在し、前記導光体は前記シンチレーション材料によって形成され、前記導光体は電離放射線により照射されたときにシンチレーション光を生成し、層の配向軸に沿ってシンチレーション光を伝搬するように構成される、
多層シンチレーション検出器（２０）。
【請求項２】
１つの同じ層の各導光体は、前記検出平面（Ｐ）に沿って、前記検出器の検出面（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５）に延び、前記検出面が前記検出平面（Ｐ）に対して横方向に配置され、前記導光体で生成されたシンチレーション光が前記検出面に向かって伝播する、
請求項１に記載の検出器（２０）。
【請求項３】
前記検出面は、前記検出平面に垂直である、
請求項２に記載の検出器（２０）。
【請求項４】
いくつかの検出面（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５）を有し、各検出面は、一つの同じ層に形成された前記導光体の端部を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項５】
少なくとも１つの検出面が、異なる層に形成された前記導光体の端部を含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項６】
前記検出平面内に多角形の断面を有する、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項７】
前記検出平面（Ｐ）に直角な少なくとも１つの前記導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）の高さは１００μｍ以上１ｍｍ以下である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項８】
前記導光体の延在する配向軸（Δ１、Δ２、Δ３、Δ４、Δ５、Δ６）に垂直な、前記検出平面における前記導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）の幅は、１００μｍから５００μｍの間である、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項９】
前記第２材料は空気である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１０】
前記第１材料は有機シンチレータである、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１１】
少なくとも１層が、第３材料の厚さによって、その上に重ね合わされる他の層から分離され、
前記第３材料は、
第１光学屈折率（ｎ１）よりも低い第３光学屈折率（ｎ３）であり、
及び／又は不透明であり、
及び／又は反射である、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１２】
少なくとも１層が、該層に形成された測定チャネル内に配置された、補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は、電離放射線で照射されたときに光学的又は電子的信号を誘導するように構成されている、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１３】
前記補助検出器（２８）は、固体材料によって形成され、前記固体材料は光学的又は電気的接続（２９）に接続され、前記接続は前記測定チャネル内に延在する、
請求項１２に記載の検出器（２０）。
【請求項１４】
前記補助検出器（２８）は点検出器であり、前記補助検出器は１ｍｍ３未満、好ましくは０．５ｍｍ３以下の検出体積を有する、
請求項１３に記載の検出器（２０）。
【請求項１５】
前記補助検出器（２８）は、光ファイバに接続されたシンチレーション検出器であり、後者は光接続（２９）を形成する、
請求項１３及び１４のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１６】
前記検出器は、磁気共鳴画像法による検査において造影剤を形成する材料を用いて、少なくとも１つの層に形成されたマークを含み、該マークは前記検出器を磁気共鳴画像法により検査したときに視認可能な基準点を形成する、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の検出器（２０）。
【請求項１７】
−電離放射線により照射されたときにシンチレーション光を発生するように構成されたシンチレーション材料で形成された、請求項１から１６のいずれか１項に記載の多層シンチレーション検出器（２０）と、
−いくつかの画素を含む、少なくとも１つの画素化された光検出器（３０）と、を含み、
−各画素が、前記多層シンチレーション検出器の層（２１、２２、２３、２４、２５、２６）に形成された導光体（２１ｇ、２２ｇ、２３ｇ、２４ｇ、２５ｇ、２６ｇ）に光学的に結合されるように構成され、結合された前記導光体から発するシンチレーション光を収集する、
電離放射線を検出するための装置（１）。
【請求項１８】
各画素が光結合システムによって前記導光体に光学的に結合されるように、少なくとも１つの光結合システム（３５）を含む、
請求項１７に記載の装置（１）。
【請求項１９】
前記多層シンチレーション検出器の少なくとも１つの層は、該層内に形成された測定チャネル内に配置され、補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は、前記補助検出器は電離放射線で照射されたときに光学的又は電子的信号を誘導するように構成され、前記検出器が、前記補助検出器に接続され、前記補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成された測定ユニット（２９’）を含む、、
請求項１７及び１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記補助検出器（２８）が、光ファイバ（２９）に接続されたシンチレータタイプであり、前記光ファイバは前記測定チャネル内に延在する、
請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
照射源（１１）によって出射される照射ビーム（Ω）の２次元空間分布を、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の検出装置（１）を用いて再構成する方法であって、
ａ）照射源（１１）により、検出装置（１）の前記多層シンチレーション検出器（２０）の照射し、前記多層シンチレーション検出器（２０）は検出平面（Ｐ）に平行に延在し、前記照射源は前記検出平面を伝搬する照射ビームを生成し、
ｂ）前記多層シンチレーション検出器の各層から放出されるシンチレーション光の量を、前記検出装置（１）の画素により検出し、各層の前記導光体の配向に従って、前記検出平面内の照射ビームの投影を各層ごとに取得し、
ｃ）ステップｂ）において取得された各投影から、前記検出平面（Ｐ）における照射ビームの２次元空間分布を推定する、
方法。
【請求項２２】
−前記多層シンチレーション検出器は、さらに、該多層シンチレーション検出器の層に形成された測定チャネル内に配置された補助検出器（２８）を含み、前記補助検出器は電離放射線で照射されたときに光学的又は電子的信号を誘起するように構成され、
−前記検出装置（１）は、前記補助検出器に接続され、前記補助検出器によって検出される照射レベルを測定するように構成された測定ユニット（２９’）を含み、
方法は、さらに、前記補助検出器によって検出された照射レベルに基づいて、ステップｃ）で推定された２次元空間分布を再構成するステップｄ）を含む、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップａ）〜ｃ）は、前記多層シンチレーション検出器（２０）を前記照射源から異なる距離に配置することにより実行され、各距離について、前記照射ビームの２次元空間分布が得られる、
請求項２１又は２２に記載の方法。
【国際調査報告】
2021518545.tif 000037
2021518545.tif 000038
2021518545.tif 000039
2021518545.tif 000040
2021518545.tif 000041
2021518545.tif 000042