(57)【要約】  本発明は、放射線療法中の関心領域の固定化のためのメンブレンマスクを記載する。該マスクは、マトリックスを形成する少なくとも１つの材料と、マトリックス中またはマトリックス上にマイクロまたはナノサイズ材料要素として組み込まれる少なくとも１つの放射線感受性材料とを含む。放射線感受性材料は、線量測定を行うためにマスクを使用する可能性を有利に提供する。マスクの使用及び線量測定を行うための方法もまた記載される。
2018504156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線療法中の関心領域の固定化のためのメンブレンマスクであって、
−マトリックスを形成する少なくとも１つの材料と、
−前記マトリックス中または前記マトリックス上にマイクロまたはナノサイズ材料要素として組み込まれる、少なくとも１つの放射線感受性材料と、を含む、メンブレンマスク。
【請求項２】
放射線感受性材料は、発光材料を含む、請求項１に記載のメンブレンマスク。
【請求項３】
前記放射線感受性材料（１０１）は、粉末材料を含む、請求項１または２のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項４】
前記マイクロまたはナノサイズ放射線感受性材料は、前記メンブレンマスクの有用な表面積の少なくとも一部上の前記マトリックス中または前記マトリックス上に実質的に均一に分散される、請求項１〜３のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項５】
前記マイクロまたはナノサイズ材料要素は、５〜４０マイクロメートルの最大粒径を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項６】
前記放射線感受性材料は、光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）に感受性がある発光材料である、請求項１〜５のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項７】
前記放射線感受性材料は、放射線フォトルミネセンス（ＲＰＬ）に感受性がある発光材料である、請求項１〜６のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項８】
前記マスクは、１重量％〜３０重量％の放射線感受性材料を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項９】
前記マスクは、１重量％〜３０重量％の放射線感受性材料を含むコーティングで被覆される、請求項１〜８のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１０】
１重量％〜９０重量％の放射線感受性材料を含む放射線感受性層が、前記マスクに付着される、請求項１〜９のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１１】
前記マトリックスを形成する前記材料は、少なくとも１つの層のポリマー材料を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１２】
前記マトリックスを形成する前記材料は、成形可能材料である、請求項８〜１０に記載のメンブレンマスク。
【請求項１３】
前記マスクは、固定特徴（１０２）をさらに含む、請求項１〜１２のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１４】
前記マスクは、非粘着性表面コーティングをさらに含む、請求項１〜１３のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１５】
前記マスクは、抗菌性表面コーティング、請求項１〜１４のいずれかに記載のメンブレンマスク。
【請求項１６】
線量測定を行うための方法であって、
−対象の照射中に関心領域を固定化するためのマスクを適用することであって、前記マスクは、少なくとも１つの放射線感受性材料を含むマトリックスを形成する材料を含み、前記少なくとも１つの放射線感受性材料は、前記マトリックスの中または前記マトリックスの上にマイクロまたはナノサイズ材料要素として埋め込まれる、適用することと、
−照射中または照射後、前記放射線感受性材料の物理的反応を検出して、そこから前記対象に適用された放射線量を推定することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記検出することは、前記マスク表面にわたる前記放射線感受性材料の物理的反応の分布を検出することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記検出することは、例えば、光放射を使用して、前記放射線感受性材料からのルミネセンスを刺激することを含む、請求項１６または１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
線量測定情報を取得するための、対象の照射中の請求項１〜１５のいずれかに記載のメンブレンマスクの使用。
【請求項２０】
線量測定情報を取得するための、同一の対象の経時的照射中の請求項１〜１５のいずれかに記載のメンブレンマスクの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線量測定の分野に関する。より具体的には、放射線治療において二次元線量測定を行うためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線品質管理測定は、放射線治療、診断、及びインターベンショナルラジオロジー等の医療用途において非常に重要である。放射線治療の場合、治療の成功に必要な用量（「腫瘍制御確率（ＴＣＰ）」を増加する）と正常組織を害する用量（「正常組織障害確率（ＮＴＣＰ）」を増加する）との間の均衡は、非常に繊細である。これは、適用される線量、放射領域の面積、投与回数及び頻度、放射エネルギー等の最大限の慎重かつ正確な管理を必要とする。この点において、放射線治療技術は、腫瘍により高い放射線量を照射し、周囲組織により低い放射線量を照射することを目的として、相当進歩している。例えば、強度変調放射線療法（ＩＭＲＴ）は、周囲の重要な正常構造への線量を最小限にしながら、腫瘍への原体線量を照射することを目的とする。別の例は、隣接する正常組織への線量を低減する陽子線放射線療法（ＰＲＴ）である。それにもかかわらず、これらの技術の複雑性の増加は、照射線量にある程度の不確実性をもたらす。
【０００３】
腫瘍及び周囲臓器への照射線量を知るための現在の臨床プロトコールは、数学的アルゴリズムを使用する治療計画システム（ＴＰＳ）を介してである。しかしながら、例えば、患者の位置決めにおける誤差に起因して、正確な線量計算が、患者に照射される実際の線量と必ずしも一致するとは限らない。放射線散乱等のこれらの誤差及び他の不確実性は、ＴＰＳからの線量が、患者へ必ずしも正確な線量を提供するとは限らないという事実をもたらす。放射線治療におけるリアルタイム生体内線量測定のための手順の開発は、重要な役割を成す（ＩＡＥＡ，Ｈｕｍａｎ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｒｅｐｏｒｔｓ  Ｎｏ．８，Ｖｉｅｎｎａ  ２０１３）。生体内線量測定技術は、現在、例えば、熱ルミネセンス検出器（ＴＬＤ）等の検出器を適用するか、または患者の皮膚もしくは固定化デバイスにダイオードを適用することによる点光源測定を伴う。このプロトコールは、患者への直接的な入口及び出口線量を測定すること、及び放射線治療の直接的な品質保証を行うことを含む。しかしながら、この技術は、ＩＭＲＴまたは非常に小さな領域の治療には適用可能ではなく、困難な技術のままである。さらに、この技術は、線量分布に関する二次元情報をもたらさず、その同時再現性（患者の正確に同一の位置に検出器を位置付けすること）は、不確かである。
【０００４】
大抵の治療は、数週間または数カ月間の定期的な測定を含む事実に起因して、治療プロトコールの多くには、特定の固定化要素が使用される。これらの要素の例には、真空封止クッション、「ベリーボード」、及び長期治療中の良好な再現性のための、固定化金型（パースペックスシェルまたは他の熱可塑性金型）が含まれる。例えば脳腫瘍照射の場合、マスクは固定されて成形され、その後の治療において提供される放射線の局在化の管理を可能にする。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態の目的は、放射線治療中に二次元線量測定を行うためのシステムと、固定化された対象に対する照射管理の方法を提供することである。
【０００６】
上記の目的は、本発明に従う方法及びデバイスによって達成される。
【０００７】
第１の態様において、関心体積または領域の固定化に適した材料に組み込まれる放射線感受性材料。
【０００８】
本発明のある実施形態において、固定化に適した材料は、ポリマーを含み得、例えば、関心体積または領域上の有利な密着した適用のためのポリマー可撓性メンブレンを含み得る。このように、例えば、体部位に密着に適合するマスクが作製され得、より正確な固定化機能性ならびにより正確な線量測定特性をもたらす。有利な固定化のために、メンブレンのある実施形態は、固定特徴またはフレームを含み得る。本発明のまたさらなる実施形態において、ポリマー材料は、成形可能なポリマー材料、例えば、熱硬化性ポリマー、熱可塑性プラスチック、または他の何らかの材料の群のポリマーを含み得るが、本発明はこれらに限定されない。本発明の実施形態の利点は、メンブレンが、金型を形成し得ることである。
【０００９】
放射線感受性材料は、小粒子、例えば、微小粒子またはナノ粒子の形で存在し得、添加される材料の量の良好な管理を可能にする。実施形態の利点は、最終生成物が、固定化マスクとしてのその特性（機械的特性、色、活性化温度、非粘着性、弾性、放射線減衰等）を保持し得ることである。混合物は、均一であり得、良好な分解及び均一な信号が有利に得られる。
【００１０】
本発明の実施形態の利点は、メンブレンマスクを使用するときに、２つの機能性が同時に組み合わせられることであり、これは、関心領域の固定化ならびに線量の分布の登録及び分析であり、両方とも、良好な知識及び最終的に照射線量の管理につながる。
【００１１】
実施形態の利点は、このマスクが、固定化デバイスとして、ならびに確実で、再現可能、かつ直感的に分析可能な線量計として役立つことである。さらなる利点は、システムが、正確かつ再現可能な方法で、線量マッピングを行い得ることであり、ある実施形態は、照射中の生体内原位置でのマッピングを有利に可能にし得る。
【００１２】
本発明のある実施形態は、非粘着性表面コーティング、抗菌性表面コーティング、またはそれらの組み合わせをさらに含み得、有利に、マスク除去中の皮膚の剥皮及び脱落を低減させるか、または感染のリスクを低減させるか、またはその両方である。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態において、線量測定を行うために、光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）が使用され得る。本発明の実施形態の利点は、解釈し易い、確実かつ正確な検出が得られ得ることである。さらなる利点は、複雑でない機器を用いて、ＯＳＬの検出が行われ得ることである。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態において、線量測定を行うために、放射線フォトルミネセンス（ＲＰＬ）が使用され得る。本発明の実施形態の利点は、マスクの操作中及び信号の読み取り中に何らかの環境光が存在するにもかかわらず、信号損失が存在し得ないことである。本発明のさらなる実施形態の利点は、線量蓄積が可能なことである。したがって、さらなる利点は、本発明のある実施形態に従うマスクが、経時的な照射セッションにおいて、例えば、経時的な治療セッションにおいて使用され得ることである。
【００１５】
例えば、ポリマーは、望ましい光学反応に従って適切な色を選択することによって、ルミネセンスの最適化のために調整され得る。
【００１６】
ある実施形態の利点は、専用読み取りシステムが開発され得、皮膚線量の効率的な二次元読み取りを可能にし、これは、各経時的な放射線治療セッションの線量マップの構築を可能にする。本発明の実施形態の利点は、効率的な方法で読み取られ得る、線量測定システムが提供されることである。
【００１７】
メンブレンマスクは、マスクに付着される、すなわち、マスクの一部であるが、外層として提供される放射線感受性層を有し得、放射線感受性層は、１重量％〜９０重量％の放射線感受性材料を含む。
【００１８】
本発明の別の態様において、例えば、プラスチック押出、鋳造等を使用して、粉末を熱可塑性ポリマーの組み合わせと混合することによって、線量測定研究に適したメンブレンを得るための方法が提供されるが、本発明はこれに限定されない。
【００１９】
線量測定研究に適したメンブレンを得るための本発明に含まれる別の方法は、ローラーコーティング、ローラーブレードコーティング、噴霧コーティング等の技術を使用することによって、放射線感受性材料と混合されたポリマー材料で作製されたコーティングをマスク材料の表面に適用することであり、これは、マスクを電離放射線に対して均等に感受性にさせる。
【００２０】
本発明のさらに別の態様において、照射手順において線量測定を行うための方法が提供される。方法は、対象の照射中に関心領域を固定化するためのマスクを適用することを含み、マスクは、本発明の第１の態様の実施形態に従う。方法は、照射中または照射後、放射線感受性材料の物理的反応を検出して、そこから対象に適用された放射線量を推定することをさらに含む。方法は、マスク表面にわたる放射線感受性材料の物理的反応の分布を検出することを含み得、有利に、用量に関する情報、例えば、照射の均一性を推定するための照射のマッピングを提供する。
【００２１】
方法は、例えば、光放射を使用して、放射線感受性材料からのルミネセンスを刺激することを含み得るが、方法は、これに限定されない。実施形態の利点は、マッピングが、安価かつ容易な方法で、照射中に生体内原位置で行われ得ることである。
【００２２】
本発明の実施形態による方法は、マスク中に貯蔵された信号のブリーチをさらに含み得、有利に、線量測定品質のメンブレンの再利用を可能にする。
【００２３】
代替的に、方法は、マスクされた関心領域の経時的な照射を含み得、有利に、異なる照射セッションでの累積照射のマッピングを可能にする。
【００２４】
本発明の別の態様において、有利に、線量測定情報を有するマップを得るための、対象の照射中の本発明の第１の態様の実施形態に従うメンブレンマスクの使用が提供される。ある実施形態において、メンブレンマスクの使用は、累積的線量測定を得るために、同一の対象に経時的に行われ得る。
【００２５】
本発明の特定の及び好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載される。従属請求項からの特徴は、必要に応じて、単に請求項に明示的に記載されているようにだけでなく、独立請求項の特徴と組み合わせられ得、かつ他の従属請求項の特徴と組み合わせられ得る。
【００２６】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らとなり、かつそれらの実施形態を参照して明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】固定特徴（１０２）を含む、本発明の実施形態による一般的なマスクを例示する。
【図２】頭部固定（２０２）に適した本発明の実施形態に従うマスクの例を例示する。
【図３】少なくとも１つの層のマスクメッシュ（３０１）を含む本発明の実施形態に従うマスクの例を例示する。
【図４】本発明の実施形態を使用して得られ得る、固定及び成形後のマスクの輪郭図を例示する。
【図５】本発明の実施形態において使用され得る、連続的なＯＳＬ刺激中の電子正孔対の減少のグラフを例示する。
【図６】刺激に対する、組成及び色によって異なるポリマーマトリックスを含有するＯＳＬマスクの異なる反応のグラフを例示し、本発明の実施形態の利点を例示する。
【図７】環境光に対する、組成及び色によって異なるポリマーマトリックスを含有するＯＳＬマスクの異なる反応のグラフを例示し、本発明の実施形態の利点を例示する。
【図８】γ線照射を用いた照射後のＲＰＬマスクにおける典型的なＲＰＬ読み取りを表したグラフを例示し、発明の実施形態の利点を例示する。
【図９】Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ線量測定粉末と混合された異なる照射線量の黄色、青色、及び緑色ポリマーマスク材料に対するＲＰＬ反応を例示し（０ＧｙのＲＰＬ反応に対して正規化された値）、本発明の実施形態の利点を例示する。
【図１０】異なるＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ濃度（５、１０、及び２０％）の線量測定コーティングでの異なる照射線量のマスク材料に対するＲＰＬ反応を例示し（０ＧｙのＲＰＬ反応に対して正規化された値）、本発明の実施形態の利点を例示する。
【００２８】
図面は、概略的なものにすぎず、非限定的である。図面において、要素のうちのいくつかのサイズは、例示の目的のために誇張され、縮尺通りに描かれていない可能性がある。
【００２９】
特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定すると解釈されるべきではない。
【００３０】
異なる図面において、同一の参照符号は、同一または類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、特定の実施形態に関して及びある図面を参照して説明されるが、本発明は、それらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載されている図面は、概略的なものにすぎず、非限定的である。図面において、要素のうちのいくつかのサイズは、例示の目的のために誇張され、縮尺通りに描かれていない可能性がある。寸法及び相対寸法は、本発明の実際の実施化と対応していない。
【００３２】
さらに、説明及び請求項での第１、第２等の用語は、同様の要素間を区別するために使用され、時間的、空間的な順位付けで、または他の何らかの方法のいずれかで順序を説明するために必ずしも使用されるものではない。そのように使用された用語は、適切な状況下で置換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示されたもの以外の順序での操作が可能であることが理解されるべきである。
【００３３】
さらに、説明及び請求項での上、下等の用語は、説明目的のために使用され、相対位置を説明するために必ずしも使用されるものではない。そのように使用された用語は、適切な状況下で置換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または例示されたもの以外の配向での操作が可能であることが理解されるべきである。
【００３４】
請求項で使用される「含む」という用語は、それ以降に列挙される意味に制限されて解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを除外しないことに留意されたい。したがって、記述した特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を、言及されたように特定するよう解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素、またはそれらのグループの存在または追加を排除しない。したがって、「手段Ａ及びＢを含むデバイス」の表現の範囲は、構成要素Ａ及びＢのみから成るデバイスに限定されるべきではない。本発明に関して、デバイスの単に関連する構成要素がＡ及びＢであることを意味する。
【００３５】
本明細書全体を通して、「一実施形態」または「ある実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して種々の箇所にある「一実施形態において」または「ある実施形態において」という文言の記載は、必ずしも全てが同一の実施形態を指しているわけではないが、その可能性もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において、本開示の当業者には明らかなように、任意の適した様式で組み合わせられ得る。
【００３６】
同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の種々の特徴は、本開示を簡素化し、種々の本発明の態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的のために、単一の実施形態、図面、またはそれらの説明の中に一緒にグループ化されることがあると理解されるべきである。しかしながら、この開示の方法は、請求項に記載の発明が、各請求項に明確に記載されたものより多くの特徴を必要とする意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映する通り、本発明の態様は、先に開示された単一の実施形態の全ての特徴に満たない状態にある。したがって、詳細な説明に続く請求項は、詳細な説明に明確に組み込まれ、各請求項は、本発明の別々の実施形態としてそれ自体で成立する。
【００３７】
さらに、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、いくつかの特徴は含むが、他の実施形態に含まれる他の特徴は含まず、一方で、当業者には理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であり、異なる実施形態を形成するよう意図される。例えば、以下の請求項において、請求項に記載の実施形態のいずれもが、任意の組み合わせで使用され得る。
【００３８】
本明細書で提供される説明において、多くの具体的な詳細が明記される。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なく実施され得ることが理解される。他の例では、周知の方法、構造、及び技術は、この説明の理解を不明瞭にしないために、詳細には示されていない。
【００３９】
本発明の実施形態において、「マスク」に対して言及される場合、密着した固定を可能にするような弾性を有する成形メンブレンに対して言及される。メンブレンは、熱可塑性プラスチックまたは他のポリマーを含み得るが、本発明は、これらに限定されない。同様に、「マスク」という用語は、その使用に限定していなく、マスクは、任意の領域、体積、または対象に適用可能である。メンブレンの形状は、特定のマスクの用途ごとに有利に最適化され、関心領域の周りを対象の境界に沿って、有利に、二次元である。本発明のいくつかの実施形態において、マスクは、例えば、頭部、四肢、または体の他の何らかの部位の固定化に適し得るが、これらに限定されず、または成形のために使用され得るが、これに限定されない。
【００４０】
本発明の実施形態において、マスクは、１つ以上の放射線感受性材料を含み、例えば、材料は、ポリマーマトリックス中に埋め込まれ得るか、またはマトリックス上に被覆され得るが、本発明は、これらに限定されない。「放射線感受性」とは、放射線に曝露された後、材料が、いくらかの特性及び挙動を示すことを意味し、これは、測定され得、受けた放射線の量に依存し得る。これらの放射線感受性材料は、マスクのマトリックス中またはマトリックス上に均一な層を有利に形成するが、本発明は、これらに限定されない。例えば、利用され、かつ関心領域を包含し得る領域とも定義されるべきである、主に有用な表面に均一な層を呈し得る。したがって、マスクの両側は、これらの材料が減少し得る。１つ以上の放射線感受性材料は、マトリックス中に埋め込まれるか、またはマトリックス上に被覆される線量測定粉末の形であり得る発光線量測定材料を含み得るが、本発明は、これに限定されない。本発明の実施形態において、「ブリーチ」または「ブリーチする」に対して言及される場合、マスク中に貯蔵される放射線レベルに関する情報を消去する行為に対して言及される。
【００４１】
第１の態様において、本発明は、放射線療法中の関心領域の固定化のためのメンブレンマスクに関する。固定化マスクは、典型的には、対象、例えば、放射線療法中に照射される必要がある人体または動物の体の領域を正確に判定するために使用される。放射線感受性材料での誘導体化を通して、この固定化デバイスを放射線感受性にすることによって、マスクは、線量計として役立ち得る。３Ｄ読み取りシステムは、投与した線量の確かなマップを構築することを可能にし得る。さらなるステップは、これをＴＰＳシステムに取り込んで、患者への的確な照射線量の正確な記録を可能にし得る。この記録は、最終的に、個々の患者の経時的なセッション中の放射線治療用線量を調整することを可能にし得、かつ最小限の副作用に抑えながら（ＮＴＣＰを最小限にする）、最適な治療を達成する（ＴＣＰを最大限にする）ことを可能にし得る。
【００４２】
本発明の実施形態に従い、マスクは、マトリックスを形成する少なくとも１つの材料と、マトリックス中またはマトリックス上にマイクロまたはナノサイズ材料要素として組み込まれる少なくとも１つの放射線感受性材料と、を含む。そのような埋め込みは、放射線感受性材料の非常に均一な分布を得ることを可能にする。本発明の実施形態の利点は、そのような固定化マスクが、線量測定用途に対して正確に使用され得ることである。
【００４３】
一態様において、本発明は、第１の態様において説明されたようにマスクを生成する方法に関する。メンブレンは、例えば、プラスチック押出を使用して、線量測定粉末を熱可塑性ポリマーの組み合わせと混合すること（例えば、マスク材料中の線量測定粉末の１〜３０質量％濃度）によってか、または、ローラーコーティングを使用して、マスク材料の表面上に、線量測定材料と混合されたポリマーコーティングを適用すること（例えば、コーティング材料中の線量測定粉末の１〜３０質量％濃度）によって、製造され得るが、本発明は、これらに限定されない。
【００４４】
ポリマーの架橋は、高放射線量（例えば、１０ｋＧｙ）で材料を照射することによって、従来行われる。これは、得られた信号を除去するために、生成後に、広範なブリーチステップを必要とする。他の架橋アプローチ（例えば、ＵＶ架橋）は、これらのステップの省略を可能にし、大規模な生成及び用途に望ましいであろう。コーティングの場合、これは、ブリーチが必要とされないように、架橋後に適用される。
【００４５】
例示として、本発明の実施形態はこれに限定されないが、標準的及び任意の特徴を有する例示的なマスクが、図面を参照してさらに後述される。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態に従ってマスクに使用される線量測定材料は、例えば、Ａｌ２Ｏ３：Ｃ微結晶等の光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）線量測定材料、または、例えば、Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ微結晶等の放射線フォトルミネセンス（ＲＰＬ）材料を含み得るが、本発明は、これらに限定されない。
【００４７】
本発明の実施形態において、放射入口線量の２Ｄマップは、マスクの表面上に形成され得る。ＴＰＳとの連結を介して、臨床標的体積（ＣＴＶ）中の線量の３Ｄ推定が行われ得る。本発明の実施形態の利点は、照射された皮膚領域の良好な分解及びマッピングが、マスクの弾性を損なうことなく、かつ照射治療計画に干渉することなく（例えば、マスクの放射線減衰）、得られ得ることである。したがって、有利な実施形態において、線量測定粉末は、５〜４０μｍ（マイクロメートル）の範囲内の最大粒径を有する粒子及び測定の良好な均一性のために、例えば、１０μｇ／ｍｍ２〜３００μｇ／ｍｍ２の粒子分布（マスク表面上に投影）を含み得る。しかしながら、本発明は、これらの分布値及び粒子サイズによって限定されない。放射線感受性材料の量は、十分な放射線検出能力が提供され、十分な線量範囲に及び得るが、固定化マスクの特性（機械的特性、色、活性化温度、弾性、放射線減衰、粘着係数等）が、マスクの利用を妨げない値内に維持されるように、選択され得る。
【００４８】
メンブレンの厚さは、例えば、０．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、例えば、１．６ｍｍ〜３．４ｍｍであり得る。しかしながら、本発明は、これらの値に限定されない。図１において、線量測定粉末が、そのマトリックス（図示せず）に組み込まれた状態の均一な材料１０１を含むマスク１００の例が表される。良好な固定化を提供するために、マスクは、固定特徴１０２をさらに含み得、これは、マスク表面の放射線照射を研究することによって、投与した線量の正確な３Ｄ情報の取得を可能にするであろう。
【００４９】
マスクを形成するメンブレンは、異なる形状を有し得、これは、異なる用途ごとに最適化されるべきである。例として、図２の実施形態２００は、顔のマスクに適した有孔マスクを示し、これは、患者の快適さを増加させるよう意図される、眼、鼻、もしくは口、またはそれらの組み合わせ等の顔の特徴のための空孔２０２をさらに含み得る。他の例としては、肩、胸、四肢、骨盤、またはそれらの組み合わせのためのマスクが含まれ得るが、これらに限定されない。例えば、肩の退縮の場合、顔、首、及び肩のためのマスクの組み合わせ（複合マスク）が通常である。
【００５０】
図３に概略的に示される別の実施形態３００において、マスクは、１つ以上の層のメンブレンメッシュ３０１、例えば、プラスチックメッシュを含み得る。層が、通気を遮断する場合、マスクは、前述のように、図示されていないが、鼻及び口の空孔も含み得る。メッシュの層のそれぞれは、発光材料を含有し得るか、または発光材料で被覆され得、発光材料は、主に１つの層内に含まれ得る。一例において、そのような層は、表面層、すなわち、皮膚に最も遠い層であり得る。
【００５１】
マスクマトリックスは、ポリマーをさらに含み得る。例えば、放射線との最小限の相互作用のために、低密度ポリマーを含み得る。例えば、マトリックスは、１種類以上の熱可塑性プラスチックを含み得る。したがって、それらの弾性は、管理され得る。本発明の一実施形態の例として、マトリックスは、マスクが、例えば、加熱することによって、柔らかくなり得、関心領域に密着して置かれると、強固な固定化マスクを得ることができるように、熱可塑性プラスチックで構成され得る。その強剛性は、同一の領域に対する再利用を可能にし、したがって、領域位置の再現性を可能にし、これは、長期またはその後の治療に有利である。適した熱可塑性材料の例は、ポリカプロラクトン、またはポリウレタン、またはポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）または１，４−トランス−ポリイソプレン、または熱可塑性樹脂（ポリスチレン、ポリエチレン）、またはエチレン酢酸ビニル、またはポリプロピレン、あるいはそれらのうちの２つ以上の組み合わせを含むが、これらに限定されない。熱可塑性材料は、例えば、限定されないが、放射線腫瘍学用途における患者固定化に適した低溶解温度を有利に有し得る。
【００５２】
図４は、金型として使用された後の固定化マスクの側面図（または輪郭）を例示する。この特定の例において、複合マスクは、顔マスクを含む。金型の強剛性は、良好な固定化及び再現性と共に、照射された領域の正確な線量測定研究を可能にし、同一の強固なマスクは、繰り返される機会において、関心領域を正確に位置付けるために使用され得、これは、さらなる治療または療法が必要とされ得る場合に有利である。
【００５３】
本発明の異なる実施形態におけるマスクは、抗菌性特性を有する非粘着性表面をさらに備え得、有利に、皮膚との相互作用を回避し（例えば、皮膚の脱落がより少ない）、その後の治療における感染のリスクを低減させる。
【００５４】
本発明の異なる実施形態は、一般的な固定化及び照射領域の皮膚への放射線の検証に適している。ＴＰＳを介して、臨床標的体積（ＣＴＶ）に対する線量及びリスク周囲臓器（ＯＡＲ）が計算され得る。最終的に、デバイスは、外部療法、放射線治療、密封小線源治療、内部放射線治療、または定位放射線照射（ＳＲＳ）において、放射線量を調整するために使用され得る。放射線療法における固定化の利点は、周知である（例えば、治療セッション中の健常組織における損傷の低減）。さらに、本発明は、治療手順及び用量全体のより正確な管理を可能にする。概して、放射線療法において、各治療は、判定された量の放射線を必要とする。例えば、ホジキンリンパ腫の場合、適用される総放射線用量は、２０〜４０Ｇｙに及ぶ。人は、放射線に非常に感受性があり、そのような高線量は、致死的であり得、そのため、用量は、例えば、数週間の間に２Ｇｙ未満の線量で分画される。本発明は、経時的な治療セッション中に受けた放射線量の量の正確な測定を可能にするデバイス、ならびに、固定化マスクの放射線曝露を研究することによって、照射領域の表面に関する情報を提供する。しがたって、強度及び照射表面の補正は（例えば、照射表面を低減することで、近くの組織が損なわれない）、治療の初期段階で行われ得、品質管理を向上させる。本発明はまた、誤整列または機器故障の早期検出にもつながり得、したがって、放射線治療における過剰曝露または曝露不足を防止する。
【００５５】
一態様において、本発明は、線量測定を行うための方法に関し、方法は、対象の放射線療法または照射中に関心領域を固定化するためのマスクを適用することであって、マスクは、少なくとも１つの放射線感受性材料を有するマトリックスを形成する材料を含み、少なくとも１つの放射線感受性材料は、マトリックス中にマイクロまたはナノサイズ材料要素として埋め込まれるか、またはマトリックス上に被覆される、適用することと、放射線療法中または放射線療法後、放射線感受性材料の物理的反応を検出して、そこから放射線量を推定することと、を含む。方法は、マスクの表面にわたる放射線感受性材料の物理的反応の分布に基づいて、放射線療法を受けた対象における放射線量の分布を推定することを支援し得る。方法はまた、結果的に、マスク表面にわたる放射線感受性材料の物理的反応の分布を検出することも含み得る。物理的反応の検出は、例えば、光放射を使用して、放射線感受性材料からのルミネセンスを刺激することを含み得る。
【００５６】
例示として、いくつかの例がさらに後述される。
【００５７】
特定の例において、マスクから情報を得るためのステップが提示される。第１に、線量測定材料を、マスク材料と混合する必要がある。代替的に、線量測定材料は、適したコーティング材料と混合され得、その後、マスクの表面に適用される。これは、マスクが対象に沿って形作られる前に行われ得るが、本発明は、これに限定されない。関心領域のための固定化手段であるマスクは、関心領域と一緒に照射される。したがって、組み込まれた放射線感受性材料、例えば、粉末（例えば、発光粉末）は、放射線へのマスクの曝露に起因して照射される。放射エネルギーは、放射線に曝露されたそれらの領域においてのみ、放射線感受性材料によって部分的に貯蔵される。その後、照射中または照射後、粉末結晶中に貯蔵されたエネルギーは、例えば、刺激ステップを使用して放出を誘発することによって、例えば、光の形で放出され得、これは、検出器によって収集され、分析され得る。その後、放射線の量の正確なマッピングが得られる。この情報は、ＣＴＶにおいて受けた線量を評価及び／または有効な照射体積を推定するために使用され得る。利点は、例えば、照射モデリングを使用して、二次元またはさらには三次元（３Ｄ）用量推定が、行われる放射線療法に対してなされ得ることである。そのような３Ｄ用量推定を用いて、ＴＰＳへのフィードバックを整理して、計画された線量と比較し、さらなる治療を最適化し得る。
【００５８】
メンブレンによって吸収される放射線の線量の測定は、マスクのマトリックス中またはマトリックス上のコーティング中に導入される放射線感受性材料の種類に依存する。測定技術と原理の差が根底にある、いくつかの機構がより詳細にさらに説明されるべきである。
【００５９】
第１に、ＯＳＬ線量測定粉末を含むマスクの場合、放射線は、粉末を形成する微結晶の結晶構造の価電子帯中の電子を励起する。エネルギーは、電離を生じさせるのに十分に高いエネルギーであり得るため、電子は、発光材料の比較的広いバンドギャップを克服し、これは、電子正孔対を生じさせる。現在伝導帯に存在する励起された電子は、再び、空孔と再結合され得るか、または結晶欠陥中に捕捉され得、これは、電子トラップとして作用する。再結合中心は、空孔及び電子の両方を捕捉し得る。ＯＳＬ線量測定Ａｌ２Ｏ３：Ｃ結晶の場合、再結合中心として作用する典型的な結晶欠陥は、通常、酸素空孔である（ただし、結晶は、他の種類の再結合中心を認め得る）。したがって、電子及び空孔は、受けた放射線の量と等しい量で、再結合中心に捕捉されたまま残り、エネルギーは、貯蔵される。結晶が、十分なエネルギーで刺激されるとき、欠陥中に捕捉された電子は、エネルギー障壁を克服し、空孔と再結合し、ルミネセンスを生成する。酸素再結合中心の場合、このエネルギーは、４２０ｎｍに近く、したがって、可視スペクトル内である。刺激は、マスクを緑色または青色光に曝露することによって生成され、材料中にルミネセンスを生じさせる。このルミネセンスは、開始ピークＰＯＳＬを有し、かつ時間とともに減少し、これは、再結合中心は、電子正孔対が減少するためである。この情報（ＰＯＳＬ及び総曲線ＴＯＳＬの積分）は、マスクによって受けられる電子正孔対の量（したがって、放射線の量）を計算するために使用され得る。他のＯＳＬ材料は、異なる規格を有し得る。
【００６０】
刺激信号は、連続的（連続波ＯＳＬまたはＣＷＯＳＬ）パルスＯＳＬ等であり得る。図５及び６の場合、３質量％のＡｌ２Ｏ３：Ｃ粉末を含有するメンブレンを使用するＯＳＬ線量測定マスクについて研究を行い、ＣＷＯＳＬで刺激を行った。ＯＳＬ測定は、ルミネセンス信号を収集するために、青色刺激光源（例えば、４７０ｎｍ）及び青色フィルターを有する光電子増倍管を用いて行われ得る。放射光を検出するための他の方法も可能である。
【００６１】
図５は、連続的な照明下での、トラップ内の電子減少の典型的な挙動を表したグラフ５００を示す。ピークＰＯＳＬは、点５０１であり、総曲線ＴＯＳＬ５０２が表され、ポリマーマトリックスに起因して、考慮する必要があるバックグラウンド５０３が存在する。
【００６２】
ポリマーマトリックスの種類だけでなく、その色も光の吸収／放射に影響を及ぼし得る。減少曲線はまた、マトリックスの種類にも依存し得る。図６は、β源９０Ｓｒ／９０Ｉｒを使用した異なる用量に対する、３つの異なるポリマーマトリックスの色（黄色６１０、緑色６１１、及び青色６１２）に対する異なるＰＯＳＬの比較を表したグラフ６００を示す。
【００６３】
電子が、光での励起（刺激）下で再結合するという事実に起因して、マスクが、読み取り前に光に曝露される場合、環境光は、結果に影響し得る。図７は、前述のような同一のポリマーマトリックス（黄色７１０、緑色７１１、及び青色７１２）に対する、異なる曝露の環境光に対する異なる反応を表したグラフ７００を示す。
【００６４】
第２に、組み込まれたＲＰＬ線量測定粉末を有するマスクの場合、結晶は、炭素及びマグネシウム（Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ）を添加したＡｌ２Ｏ３を含み得るが、本発明は、これに限定されない。Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇの根底にある機構は、電離放射線への曝露後のルミネセンス中心のラジオクロミック変換に依存する。電離放射線に曝露されると、価電子帯中の電子は電離し、その後、Ｆ２２＋（２Ｍｇ）フォトルミネセンス中心に捕捉され、これは、以下のようなラジオクロミック変換に従う：
Ｆ２２＋（２Ｍｇ）＋ｅ−→Ｆ２＋（２Ｍｇ）
【００６５】
Ｆ２＋中心の濃度は、照射用量に比例し、これは、２５０、３３５、または６２０ｎｍ光を使用して読み取られ得る。Ｆ２＋中心の刺激は、照射線量に比例する７５０ｎｍでのＲＰＬの放射をもたらす。興味深いことに、貯蔵されたエネルギーの刺激（読み取り）は、ＯＳＬと異なり、中心を破壊しない。したがって、貯蔵された線量は、照射の合間に読み取られ得、いくつかの照射にわたって累積され得る。
【００６６】
貯蔵された情報を消去する（ブリーチする）ために、以下に従って、高出力３３５ｎｍ光（例えば、Ｎ２レーザー３３７ｎｍ）を使用する必要がある。
Ｆ２＋（２Ｍｇ）＋ｈｖＵＶ（光子）→Ｆ２２＋（２Ｍｇ）＋ｅ−
【００６７】
ブリーチ後、材料は、再利用され得、例えば、別の放射線治療セッションにおいて線量を測定し得る。ブリーチしなくとも、蓄積線量は、測定され続け得る。ＯＳＬに優るＲＰＬの利点は、環境光下で貯蔵された情報（ＲＰＬ信号）の損失がないこと、かつ非破壊的読み取りである。したがって、受けた蓄積用量（累積的線量）を追跡することが可能である。読み取りは、例えば、ＬＥＤを使用する、例えば、赤色刺激光（６２０ｎｍ）、及び適切な光フィルターを備えた光電子増倍管を使用して行われ得る。図８及び９の場合、３〜５質量％のＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇを含有するＲＰＬ線量測定マスクについて研究を行った。
【００６８】
図８は、γ線で照射された後のＲＰＬマスク（３質量％のＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ）における典型的なＲＰＬ読み取り８０１を表したグラフ８００を示す。刺激は、連続波赤色光（６２０ｎｍ）で行った。その後、平均ＲＰＬ信号が計算される。
【００６９】
前述のように、ポリマーマトリックスの種類及びその色は、測定に影響し得る。図９は、所与の線量（１８Ｇｙ、５０Ｇｙ、及び８０Ｇｙ）のβ放射線（９０Ｓｒ／９０Ｉｒ）に対する、黄色９１０、緑色９１１、及び青色９１２ポリマー（５質量％のＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ）に対するゼロ線量（０Ｇｙ）平均ＲＰＬに正規化された平均ＲＰＬ信号を示す。肯定的な線量反応が、ポリマーのそれぞれに対して観察される。グラフにおいて見られるように、黄色ポリマー９１０は、青色９１２及び緑色ポリマー９１１と比べてより感受性がある。
【００７０】
上記のように、放射線感受性材料は、例えば、マトリックスの表面上に、線量測定粉末と混合されたポリマー材料から作製されるコーティングを適用することによって、マスク材料に組み込まれ得る。図１０は、異なる線量（０．６Ｇｙ、１．０Ｇｙ、３．２Ｇｙ、１０．０Ｇｙ、及び３４．９Ｇｙ）のβ放射線（９０Ｓｒ／９０Ｉｒ）に対する、異なる濃度のＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ粉末（コーティング材料中５、１０、及び２０質量％濃度のＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ）を含有する線量測定コーティングで被覆された黄色マスク材料のゼロ線量（０Ｇｙ）平均ＲＰＬに正規化された平均ＲＰＬ信号を例示する。ＲＰＬ信号は、被覆された試料によって受けられる放射線の量とともに、かつコーティング中の粉末の濃度とともに増加することが分かる。
【００７１】
ある実施形態において、放射線管理は、マスクの線量測定を監視することによって、放射線療法中に生体内原位置で行われ得る。これは、ルミネセンスを刺激する前に、マスクを除去する代わりに、放射線療法中に物理的効果の刺激を行うことによって可能であろう。これは、放射線療法自体に干渉しない専用読取装置の開発を必要とするであろう。
【００７２】
放射線療法において対象を照射するステップは、それ自体は本発明の一部ではないことに留意されたい。本発明は、線量測定方法に関し、線量測定は、固定化マスクの物理的効果を測定することによって行われ、これは、人体または動物の体における物理的効果の測定を必要としない。結果的に、方法は、人体または動物の体との相互作用を必要とせず、外科手術の方法または治療の方法ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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