特表 2024-510556 線量計装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-08

(54)【発明の名称】線量計装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/00 20060101AFI20240301BHJP

   G01T 1/16 20060101ALI20240301BHJP

【ＦＩ】

G01T1/00 A

G01T1/16 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023551757

(86)(22)【出願日】2022-02-25

(85)【翻訳文提出日】2023-10-20

(86)【国際出願番号】 GB2022050520

(87)【国際公開番号】W WO2022185032

(87)【国際公開日】2022-09-09

(31)【優先権主張番号】2102987.1

(32)【優先日】2021-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＰＹＴＨＯＮ

２．ＭＡＴＬＡＢ

(71)【出願人】

【識別番号】523320711

【氏名又は名称】シメトリカ リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＳＹＭＥＴＲＩＣＡ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】ラムスデン， デイヴィッド

【テーマコード（参考）】

2G188

【Ｆターム（参考）】

2G188AA01

2G188BB17

2G188CC15

2G188CC20

2G188CC22

2G188DD05

2G188DD42

2G188DD45

2G188EE39

2G188JJ03

(57)【要約】

検知領域内で第１の方向に略平行に延び、第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバであって、複数のシンチレーションファイバの放射線吸収特性が、人体組織の放射線吸収特性に近似するように構成された、複数のシンチレーションファイバと、シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域を含む光検出器とを備え、光検出器領域から信号を受信し、複数の光検出器領域からの信号が、複数のシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、検知領域における放射線量の空間分布を決定するように配置されたコントローラをさらに備える、検知領域内の放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検知領域内で第１の方向に略平行に延び、前記第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバであって、前記複数のシンチレーションファイバの放射線吸収特性が、人体組織の放射線吸収特性に近似するように構成された、複数のシンチレーションファイバと、
前記シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、前記複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の前記光検出器領域を含む光検出器と
を備え、
前記光検出器領域から信号を受信し、前記複数の光検出器領域からの前記信号が、前記複数のシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、前記検知領域における放射線量の空間分布を決定するように配置されたコントローラをさらに備える、
検知領域内の放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計。

【請求項2】

複数の平行シンチレーションファイバが、複数の積層された層に配置されている、請求項１に記載の線量計。

【請求項3】

前記複数の積層された層内のシンチレーションファイバの各層が、シンチレーションファイバの予め作製されたマットを含み、各マット内の前記シンチレーションファイバが同じ方向に配向され、前記マットが互いに結合されて前記複数の積層された層を形成する、請求項２に記載の線量計。

【請求項4】

前記シンチレーションファイバが、０．５ｍｍ～３ｍｍの幅を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項5】

前記シンチレーションファイバが正方形断面を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項6】

前記複数のシンチレーションファイバと前記複数の光検出器領域との間に光ファイバフェースプレートが配置されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項7】

前記複数のシンチレーションファイバと前記複数の光検出器領域との間にフィルタが配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項8】

前記複数のシンチレーションファイバの各々が、前記光検出器に結合された第１の端部と、前記第１の端部の遠位にある第２の端部とを含み、前記線量計が、前記シンチレーションファイバの各々の前記第２の端部から放出された信号を反射して前記第１の端部に向かって戻すように配置された１つ以上の反射要素を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項9】

前記光検出器領域に結合された前記複数のシンチレーションファイバの回転軸周りの異なる配向について前記複数の光検出器領域によって信号が生成され得るように、前記第１の方向に垂直な回転軸周りに前記複数のシンチレーションファイバを回転させるように配置された駆動機構をさらに備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項10】

前記複数の光検出器領域の各々が、前記複数の平行シンチレーションファイバのうちの１つ以上から受信した信号の少なくとも１つのパラメータを所定の積分期間にわたって積分するように構成される、請求項１～９のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項11】

前記光検出器が、センサ画素のアレイを含む光検出器パネルを備え、前記複数の光検出器領域の各々が、１つ以上のセンサ画素を含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項12】

前記光検出器が、相補型金属酸化膜半導体パネルを備える、請求項１～１１のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項13】

前記光検出器が、複数の前記光検出器領域が前記複数の平行シンチレーションファイバの各々に結合されるように、前記複数の平行シンチレーションファイバに結合される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項14】

前記検知領域内で第２の方向に略平行に延び、前記第２の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置されたさらなる複数のシンチレーションファイバと、
前記さらなる複数のシンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの前記光検出器領域に対する信号を生成するように、前記さらなる複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域と
をさらに備え、
前記第１の方向が、前記第２の方向と異なる、
請求項１～１３のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項15】

複数の垂直に積層された平面が、前記第２の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面と交互積層された、前記第１の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面を含む、請求項１４に記載の線量計。

【請求項16】

前記線量計が、シンチレーションファイバキャリアの積層体を含み、各シンチレーションファイバキャリアが、前記第１の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面を含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項17】

各シンチレーションファイバキャリアが、前記第２の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面をさらに含む、請求項１６に記載の線量計。

【請求項18】

前記第１の方向が前記第２の方向に直交する、請求項１４～１７のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項19】

前記複数の光検出器領域から収集された信号を表すデータに再構成アルゴリズムを適用することによって、前記検知領域内の放射線量の空間分布を決定するように構成されたコントローラをさらに備え、前記データが、前記複数のシンチレーションファイバが第１の配向で配向されているときに前記複数の光検出器領域から収集された信号と、前記複数のシンチレーションファイバが第２の異なる配向で配向されているときに前記複数の光検出器領域から収集された信号とを含む、請求項１～１８のいずれか一項に記載の線量計。

【請求項20】

検知領域内で第１の方向に略平行に延び、前記第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバであって、前記複数のシンチレーションファイバの放射線吸収特性が、人体組織の放射線吸収特性に近似するように構成された、複数のシンチレーションファイバと、前記シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、前記複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の前記光検出器領域を含む光検出器とを備える線量計の検知領域における放射線量の空間分布を特徴付けるための方法であって、
コントローラによって、前記シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの前記光検出器領域に対して生成された信号を受信するステップと、
前記コントローラによって、前記複数の光検出器からの前記信号が前記シンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、前記検知領域における放射線量の空間分布を決定するステップと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【分野】

【0001】

本開示は、放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計装置および方法に関する。

【背景】

【0002】

放射線治療（ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｔｈｅｒａｐｙ）（放射線治療（ｒａｄｉｏｔｈｅｒａｐｙ）としても知られる）は、ヒトまたは動物の身体におけるがん性腫瘍および／またはがん性病変などの病状の治療に電離放射線を使用するアプローチを指す。放射線治療中、例えばＸ線または加速荷電粒子の形態の電離放射線は、一般に、がん性細胞の細胞死を誘導するために腫瘍の部位に送達される。強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）および粒子線治療は、がん性腫瘍の治療に使用され得る２つの放射線治療モダリティである。ＩＭＲＴは、一般に、放射線量を送達するためにＸ線またはガンマ線を使用し、粒子線治療は、放射線量を送達するために陽子などの荷電粒子を使用する。ＩＭＲＴの場合、１つ以上の腫瘍の部位を標的とするために患者の身体内に導かれるＸ線の１つ以上のビームを生成するために、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）が一般に使用される。荷電粒子線治療の最もよく知られたモダリティである陽子線治療の場合、陽子線は、アイソクロナスサイクロトロン、シンクロトロンまたは線形加速器などの源によって生成され、１つ以上の腫瘍（例えば、拡大した腫瘍または複数の腫瘍）の部位を標的とするために１つ以上のビーム（例えば、１つ以上のペンシルビーム）の形態で身体内に導かれる。陽子線治療などの荷電粒子線治療は、典型的には、物質中の加速荷電粒子のブラッグ特性を利用する。物質中の荷電粒子のエネルギー損失はそれらの速度の二乗に反比例するので、物質を通って移動する荷電粒子によるエネルギーの最大蓄積は、荷電粒子が完全な停止に達する直前に起こる。したがって、身体内の所定の深さでのピーク放射線量を標的とするために、陽子のビームの加速電位を選択することができ、この場合、深さは、典型的には、治療される腫瘍の部位に対応するように選択される。図１は、典型的には腫瘍などのがん性組織の領域を含む治療部位３に線量の放射線を送達するために、陽子ビーム１が患者の頭部２に向かって導かれる放射線治療構成を概略的に示す。図１に概略的に示されているように、陽子ビームのエネルギーは、理想的には、かなりの数（略すべてであり得る）の陽子が所定の治療部位３の近傍で静止および／またはそのエネルギーの大部分を蓄積するように選択される。ビームの適切な加速電位は、治療計画段階において（例えば、コンピュータ断層撮影に由来する）治療部位および周囲組織の２Ｄ／３Ｄ画像データならびに陽子ビームのブラッグ特性の知識を使用して決定することができる。このアプローチは、治療部位３の外側の健康な組織の領域におけるエネルギーの蓄積を低減するので、有効であると考えられ得る。これは図１に概略的に示されており、ビーム１内の略すべての陽子は治療部位３の近傍に静止し、治療部位を越えて延びる大きな退出ビームはない。

【0003】

人体における電離放射線の使用は（例えば、治療部位の前後のビーム経路の部分に沿って）健康な組織に損傷を引き起こす可能性があるため、患者への放射線治療の送達には治療計画段階が先行し、治療計画段階では、放射線ビームパラメータ（例えば、加速電位およびビーム形状）、身体へのビーム進入方向、および線量送達期間が計算されて、患者の健康な組織への放射線量を最小限に抑えながら、必要な治療効果を提供するのに適していると判定された線量の放射線が１つ以上の腫瘍に送達される。治療計画は、一般に、患者の３Ｄ Ｘ線コンピュータ断層撮影（ＸＣＴ）および／または３Ｄ磁気共鳴画像および／または陽子線写真および／または３Ｄ陽子線コンピュータ断層撮影から得られた（例えば、陽子線撮像データを使用して較正されたＸ線撮像データを使用して、Ｘ線および陽子線が身体組織と相互作用する様々な様式を説明する）３次元（３Ｄ）画像データを使用して行われる。これらのデータは、例えば腫瘍、筋肉、脂肪、骨構造、および臓器などの患者の身体内の異なる組織の３Ｄ分布の可視化を可能にする。身体内の組織の３Ｄ分布に関する情報は、コンピュータ支援アプローチ（コンピュータシミュレーションなど）によって腫瘍を治療するのに適した線量強度パターンを決定するために、異なる組織における放射線吸収特性の計算と併せて使用することができる。典型的には、放射線治療では、異なる向きから腫瘍部位に向かって導かれた複数の強度変調放射線ビームの組み合わせを使用して、腫瘍に隣接する正常組織への線量を最小限に抑えながら、１つ以上の腫瘍の組織内で受ける線量を最大にする、身体内のカスタマイズされた放射線量分布を生成する。治療計画段階の成果は、一般に治療計画と呼ばれる患者への放射線の送達のためのプロトコルであり、これは、使用されるビームの強度および形状、それらが身体で導かれるべき向き、ビームの加速電位、ならびに身体が各ビームに曝露されるべき期間に関する情報を含み得る。

【0004】

放射線治療による治療中に身体内の正しい部位に放射線量を送達することの重要性のために、治療計画が患者の身体に適用される前に治療計画を検証することを可能にし、治療計画段階中に計画された放射線量の空間分布が放射線治療装置によって送達される実際の線量の空間分布に対応することを確実にするアプローチを開発することが望まれている。上述した問題の少なくともいくつかに対処または緩和するのを助けることを試みる様々なアプローチが本明細書に記載される。

【概要】

【0005】

本開示の第１の実施形態によれば、検知領域内で第１の方向に略平行に延び、第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバと、シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域を含む光検出器とを備え、光検出器領域から信号を受信し、複数の光検出器領域からの信号が、複数のシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、検知領域における放射線量の空間分布を決定するように配置されたコントローラをさらに備える、検知領域内の放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計が提供される。

【0006】

いくつかの実施形態によれば、複数の平行シンチレーションファイバが複数の積層された層に配置される。

【0007】

いくつかの実施形態によれば、複数の積層された層内のシンチレーションファイバの各層は、シンチレーションファイバの予め作製されたマットを含み、各マット内のシンチレーションファイバは同じ方向に配向され、マットは互いに結合されて複数の積層された層を形成する。

【0008】

いくつかの実施形態によれば、シンチレーションファイバは、０．５ｍｍ～３ｍｍの幅を有する。

【0009】

いくつかの実施形態によれば、シンチレーションファイバは、正方形断面を有する。

【0010】

いくつかの実施形態によれば、複数のシンチレーションファイバの放射線吸収特性は、人体組織の放射線吸収特性に近似する（すなわち、一致する）ように構成される。いくつかの他の実施形態では、これは当てはまらず、複数のシンチレーションファイバの放射線吸収特性は、人体組織の放射線吸収特性に近似する（すなわち、一致する）ように構成されない。

【0011】

いくつかの実施形態によれば、光ファイバフェースプレートが、複数のシンチレーションファイバと複数の光検出器領域との間に配置される。

【0012】

いくつかの実施形態によれば、フィルタが、複数のシンチレーションファイバと複数の光検出器領域との間に配置される。

【0013】

いくつかの実施形態によれば、複数のシンチレーションファイバの各々は、光検出器に結合された第１の端部と、第１の端部の遠位にある第２の端部とを含み、線量計は、シンチレーションファイバの各々の第２の端部から放出された信号を反射して第１の端部に向かって戻すように配置された１つ以上の反射要素を備える。

【0014】

いくつかの実施形態によれば、線量計は、光検出器領域に結合された複数のシンチレーションファイバの回転軸周りの異なる配向について複数の光検出器領域によって信号が生成され得るように、第１の方向に垂直な回転軸周りに複数のシンチレーションファイバを回転させるように配置された駆動機構を備える。

【0015】

いくつかの実施形態によれば、複数の光検出器領域の各々は、複数の平行シンチレーションファイバのうちの１つ以上から受信した信号の少なくとも１つのパラメータを所定の積分期間にわたって積分するように構成される。

【0016】

いくつかの実施形態によれば、光検出器は、センサ画素のアレイを含む光検出器パネルを備え、複数の光検出器領域の各々は、１つ以上のセンサ画素を含む。

【0017】

いくつかの実施形態によれば、光検出器は、相補型金属酸化膜半導体パネルを備える。

【0018】

いくつかの実施形態によれば、光検出器は、複数の光検出器領域が複数の平行シンチレーションファイバの各々に結合されるように、複数の平行シンチレーションファイバに結合される。

【0019】

いくつかの実施形態によれば、線量計は、検知領域内で第２の方向に略平行に延び、第２の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置されたさらなる複数のシンチレーションファイバと、さらなる複数のシンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するように、さらなる複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域とを備え、第１の方向は、第２の方向と異なる。

【0020】

いくつかの実施形態によれば、複数の垂直に積層された平面は、第２の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面と交互積層された、第１の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面を含む。

【0021】

いくつかの実施形態によれば、線量計は、シンチレーションファイバキャリアの積層体を含み、各シンチレーションファイバキャリアは、第１の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面を含む。

【0022】

いくつかの実施形態によれば、各シンチレーションファイバキャリアは、第２の方向に配向されたシンチレーションファイバの平面をさらに含む。

【0023】

いくつかの実施形態によれば、第１の方向は、第２の方向に直交する。

【0024】

いくつかの実施形態によれば、線量計は、複数の光検出器領域から収集された信号を表すデータに再構成アルゴリズムを適用することによって、検知領域内の放射線量の空間分布を決定するように構成されたコントローラを備え、データは、複数のシンチレーションファイバが第１の配向で配向されているときに複数の光検出器領域から収集された信号と、複数のシンチレーションファイバが第２の異なる配向で配向されているときに複数の光検出器領域から収集された信号とを含む。

【0025】

本開示の一実施形態によれば、検知領域内で第１の方向に略平行に延び、第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバと、シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域を含む光検出器と、光検出器領域から信号を受信するように配置されたコントローラとを備える線量計の検知領域における放射線量の空間分布を特徴付けるための方法であって、コントローラによって、シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して対応するそれぞれの光検出器領域に対して生成された信号を受信するステップと、コントローラによって、複数の光検出器からの信号がシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、検知領域における放射線量の空間分布を決定するステップと、を含む方法が提供される。

【0026】

ここで、添付の図面を参照して、本開示の実施形態を単なる例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本開示のいくつかの実施形態による放射線治療アプローチの概略図である。

【図2】本開示のいくつかの実施形態による線量計の検知領域の概略図である。

【図3】本開示のいくつかの実施形態による線量計の検知領域を通る断面の概略図である。

【図4】本開示のいくつかの実施形態による線量計の検知アセンブリの概略図である。

【図5】本開示のいくつかの実施形態による線量計の検知領域の概略図である。

【図6】本開示のいくつかの実施形態による線量計の検知領域の概略図である。

【図7】本開示のいくつかの実施形態によるシンチレーションファイバキャリアの概略図である。

【図8】本開示のいくつかの実施形態による再構成アプローチの態様の概略図である。

【図9】本開示のいくつかの実施形態による回転線量計配置の概略図である。

【図10】本開示の実施形態に従って構成された線量計配置を使用する陽子線写真技術の概略図である。

【詳細な説明】

【0028】

特定の例および実施形態の態様および特徴が、本明細書で説明／記載される。特定の例および実施形態のいくつかの態様および特徴は、従来通りに実施されてもよく、これらは、簡潔にするために詳細に説明／記載されない。したがって、詳細に記載されていない本明細書で説明される装置および方法の態様および特徴は、そのような態様および特徴を実施するための任意の従来技術に従って実施され得ることが理解されよう。

【0029】

本開示の態様は、線量計の検知領域における放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計に関する。特徴付けられる放射線量は、電離放射線の入射ビーム、例えばＸ線、ガンマ線、または陽子もしくはイオンなどの荷電粒子のビームを供給するように構成された装置によって送達され得る。しかしながら、特徴付けられる放射線の特定の種類は特に重要ではなく、本開示による線量計は、任意の形態の電離放射線によって供給される放射線量の空間分布を特徴付けるように構成され得ることが理解されよう。

【0030】

線量計の検知領域は、放射線量が放射線の入射ビームによって送達され得る線量計の体積を含む。したがって、検知領域は、放射線ビームからのエネルギーが物質によって吸収されるように、入射放射線ビームと相互作用するように構成された物質を含む。本明細書でさらに説明するように、検知領域は、シンチレーションファイバなどの固体物質に加えて、（例えば、樹脂灌流などの製造プロセスのアーチファクトとしての）ガスによって占有された空所を含んでもよく、または検知領域は、代替的に、固体物質によって完全に占有されてもよい。検知領域は、複数のシンチレーションファイバを含み、各シンチレーションファイバは、入射放射線ビームからの放射線を吸収し、シンチレーション材料内のシンチレーション光子の放出を引き起こすように構成されたシンチレーション材料を含み、前記光子の少なくとも一部は、シンチレーションファイバによって光検出器の１つ以上の光検出器領域に向かって案内される。本明細書でさらに説明するように、検知領域は、少なくとも部分的に検知領域を通って延びる複数のシンチレーションファイバを含むが、所与のシンチレーションファイバの部分は、（例えば、検知領域内の所与のシンチレーションファイバの部分内で放出された光子が、検知領域の外側に位置する光検出器領域に案内されることを可能にするために）検知領域の外側に延び得ることが理解されよう。

【0031】

シンチレーションファイバの各々は、所与のシンチレーションファイバの領域における放射線相互作用事象から生じるシンチレーション光子が前記シンチレーションファイバに沿って案内され、光検出器領域の１つ以上によって受け取られるように、１つ以上の光検出器領域に（例えば、本明細書でさらに説明する適切な光結合アプローチによって）結合される。光検出器は、入射放射線によってシンチレーションファイバ内に放出された光子に感受性の複数のセンサ画素を含む１つ以上のフラットパネル光検出器（１つ以上の相補型金属酸化膜半導体光検出器パネルなど）を含み得る。そのような実施形態では、光検出器領域は、単一の検出器画素、またはセンサ画素領域を形成する複数のセンサ画素を含み得る。各光検出器領域は、光検出器領域が結合されている１つ以上のシンチレーションファイバからの１つ以上のシンチレーション光子の受け取りに応答して電気信号を生成するように構成される。線量計は、検出器の光検出器領域から信号を受信し、複数の光検出器領域からの信号が、複数のシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、検知領域における放射線量の空間分布を決定するように構成されたコントローラを備える。例えば、コントローラは、複数の光検出器領域から受信した信号を所定の積分時間にわたって積分し、前記信号の１つ以上のパラメータ（例えば、それらの大きさおよび／またはスペクトル情報）を表す値を適切なメモリ素子に格納することができる。

【0032】

コントローラは、複数の光検出器領域の各々がそれぞれの光検出器領域に結合された１つ以上のシンチレーションファイバ内に放射線相互作用事象があったことを示す程度を表すデータに適用される計算再構成アプローチによって、検知領域内の放射線量の空間分布を決定することができる。本明細書にさらに記載するように、検知領域内の各シンチレーションファイバの空間配置に関する情報（例えば、検知領域内のその向きおよび範囲）は、放射線量の空間分布の再構成における入力として使用され得る。例えば、複数のシンチレーションファイバが、検知領域を通って第１の方向に略平行に延び、第１の方向に垂直な第１の平面内に２次元（２Ｄ）アレイに配置され得る。複数のシンチレーションファイバは、複数のシンチレーションファイバ内で放出された光子が複数のシンチレーションファイバのそれぞれの第１の端部から放出される、第１の平面に平行な終端平面で終端し得る。いくつかの実施形態では、フラットパネル光検出器は、例えば光検出器の検出面を終端平面に当接させることによって、複数のシンチレーションファイバの第１の端部に結合され得る。そのような例における光検出器は、平行シンチレーションファイバのアレイからシンチレーション光子を受け取るセンサ画素などの光検出器素子のアレイを含む。検出器がシンチレーションファイバの方向に直交して配向されている結果として、検出面の平面上の位置ｘｙを中心とする光検出器領域にシンチレーションファイバを介して到達するシンチレーション光子は、位置ｘｙで検出面と交差する検出面に垂直なベクトル上におよそある検知領域内の点で放出されたと見なすことができる。本明細書でさらに説明するように、近似の程度は、他の要因の中でも、ｘｙを中心とする光検出器素子に光学的に結合された１つ以上のシンチレーションファイバの断面積に依存する。

【0033】

検出面が、各々が平行シンチレーションファイバのうちの１つ以上に結合された光検出器領域の２Ｄアレイを含む場合、光検出器領域のアレイによって生成され、所定の積分期間中にコントローラによって受信された信号は、コントローラによって使用されて、２Ｄ画像を再構成することができ、それによって、２Ｄ画像の各画素は、積分期間中に光検出器領域から受信した信号の測定値に対応する（ここで、例えば、画素強度は、積分期間中にそれぞれの光検出器領域から受信した信号の大きさに比例する）。例えば、光検出器が光検出器領域の１０００×１０００アレイを含む場合、コントローラは、所定の積分期間にわたって積分された、光検出器上の対応する位置の１つ以上の光検出器領域に結合された１つ以上のシンチレーションファイバから光検出器の検出面に到達する光子の計数に比例する値を各画素が有する１０００×１０００画素画像を再構成することができる。したがって、検出面に略直交する方向におけるファイバの平行な配向に起因して、そのような画像は、検出面に垂直なベクトルに沿って積分された、検知領域で受けた線量の表現を含む。線量計の使用において、放射線の１つ以上のビームが、（例えば、治療計画の一部として）検知領域内に導かれてもよく、１つ以上のそのような２Ｄ画像は、１つ以上のビームが検知領域内で放射線相互作用事象を引き起こしている間に、所定の積分時間にわたって複数の光検出器領域から信号を収集することによって、コントローラによって再構成することができる。検知領域を通って延び、検知領域内の異なる方向に略平行に配向されたシンチレーションファイバの組を提供することによって、および／または検知領域内の平行シンチレーションファイバの組のうちの１つの範囲の方向に垂直な回転軸の周りで１つ以上の平行シンチレーションファイバの組を回転させ、データに対する異なる回転角度について、複数の光検出器領域から受信した信号からコントローラによって画像を再構成することによって、異なる方向に略平行に配向された平行シンチレーションファイバの組について、画像を再構成することができる。複数のそのような画像は、例えば、コントローラがフィルタ補正逆投影または反復再構成アルゴリズムを画像に適用することによって、検知領域内の推定光子放出の３次元分布を再構成するためのアルゴリズムに入力され得る。

【0034】

図２は、本開示の実施形態による線量計１０の検知領域１００を概略的に示す。図２では、検知領域１００は立方体の形態であるが、本明細書でさらに説明するように、立方形、円筒形または他の形状などの他の検知領域形状を採用してもよい。図２の配置では、検知領域１００は、線量計の検知領域内の第１の方向に略平行に延びる複数のシンチレーションファイバ１１０を含み、第１の方向は、図１に概略的に示す例示的な参照システムによるｘ方向に対応する。「シンチレーションファイバ」という用語は、入射光子または荷電粒子と相互作用するときに光子を放出するシンチレーション材料を含む細長い光子案内要素を説明すると考えることができる。複数のシンチレーションファイバ１１０の各々は、放射線の入射ビームからの入射光子／粒子が、前記ファイバのシンチレーション材料との相互作用の結果としてシンチレーション事象を引き起こし、ファイバ内の光子の放出をもたらし、次いでファイバの端部に向かって案内され得るように、入射放射線と相互作用するように構成される。光子および荷電粒子と物質との相互作用ならびにシンチレーション光子の放出は確率的プロセスであり、その結果、シンチレーションファイバ１１０の各々を通過する入射光子または荷電粒子は、所与のファイバ内の１つ以上のシンチレーション光子の放出を引き起こしてもよく、引き起こさなくてもよいことが理解されよう。典型的には、シンチレーションファイバ１１０の各々はクラッドシンチレーションファイバを含み、シンチレーションコアおよび光子案内コアは、各シンチレーションファイバの捕捉効率を制御するように選択されたクラッド材料で被覆されている。各シンチレーションファイバ内で放出され、各シンチレーションファイバによって案内されるシンチレーション光子の波長は、スペクトルの可視部分にあってもよく、なくてもよいことが理解されよう。各シンチレーションファイバのコアは、典型的には、コア内の全内部反射を促進するために、コア材料の屈折率よりも低い屈折率のクラッド材料でクラッドされる。一例では、ファイバはポリスチレンコアを含み、クラッド材料はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む。シンチレーションファイバ１１０はまた、コアの周りにクラッドの２つ以上の層を含むマルチクラッドファイバを含むことができ、層の屈折率はコアから離れるにつれて減少する。各ファイバの捕捉効率は、コア材料およびクラッド材料の屈折率ならびにコアの断面を変化させることによって制御することができる。コア材料は、一般に、ベース材料（例えばポリスチレン）を含み、ベース材料は、任意選択的に、ベースのシンチレーションによって放出された光子を吸収し、コアによってより容易に案内され得るより長い波長を有する光子を放出する１つ以上の蛍光体／発光体でドープされてもよい。

【0035】

シンチレーションファイバのシンチレーション特性は、当業者に知られている異なるコア材料およびクラッド材料の選択によって変化させることができる。コア材料およびクラッド材料、ならびにコア内のドーパントとして使用される１つ以上の蛍光体／発光体は、線量計によって特徴付けられる放射線の特定の種類、ならびに例えば実験および／またはモデリングに基づく所望の透過効率および捕捉効率に基づいて選択することができる。したがって、当業者は、線量計が主に陽子線源、Ｘ線源、ガンマ放射線源、または別の放射線源からの放射線量の空間分布を特徴付けるために使用されるかどうかに応じて、異なるコア材料およびクラッド材料を選択することができる。複数のシンチレーションファイバ１１０内で放出されるシンチレーション光子の特徴的な波長は、線量計によって特徴付けられる入射放射線の特性、例えば治療計画で使用される放射線の加速電位および種類、ならびにシンチレーションファイバ１１０が構築される材料に応じて変化することが理解されよう。したがって、シンチレーション光子は、例えば、電磁スペクトルの紫外領域、可視領域または赤外領域にあってもよい。Ｓｔ Ｇｏｂａｉｎ ＣｒｙｓｔａｌｓおよびＫｕｒａｒａｙは、本開示による線量計に使用され得るシンチレーションファイバの商業的製造業者の２つの例である。

【0036】

線量計１０の検知領域１００は、放射線の入射源から放射線量を受けるように構成され、光検出器の１つ以上の光検出器領域によって検出され得る受けた線量に応答してシンチレーション光子を放出するように構成されたシンチレーションファイバを含む線量計内の体積領域を含むと考えることができ、検知領域の複数のサブ領域の各々内の光子の放出は、各サブ領域（すなわち、前記サブ領域を通って延びるシンチレーションファイバの部分）に吸収される放射線量の積分に比例する。所与のサブ領域を通って延びる１つ以上のシンチレーションファイバに結合された１つ以上の光検出器領域によって受信された信号は、コントローラに送信され、本明細書にさらに記載される再構成原理に従って、所定の積分期間中に前記サブ領域で受けた放射線量を特徴付けるためにコントローラによって使用され得る。したがって、検知領域１００は、コントローラによって放射線量の空間分布を特徴付けることができる、線量計１０の領域を含むと考えることができる。図２に概略的に示す検知領域１００は、複数のシンチレーションファイバ１１０がｘ方向として示される第１の方向に略平行に延びる立方体検知領域１００を含む。「略平行」という用語は、複数のシンチレーションファイバ１１０がすべて第１の方向に正確に平行であるとは限らないことを示す。したがって、いくつかの実施形態では、検知領域内に延びる複数のシンチレーションファイバ１１０はすべて、第１の方向の５度以内、または第１の方向の３度以内、または第１の方向の１度以内、または第１の方向の０．５度以内、または第１の方向の０．１度以内、または第１の方向の０．０１度以内に配向され得る。複数のシンチレーションファイバ１１０の各々は、検知領域内にある前記ファイバの部分にわたって第１の方向（すなわち、ｘ方向）に略平行に延びる。しかしながら、検知領域の外側の複数のシンチレーションファイバの部分は、上記方向に略平行でなくてもよい。例えば、検知領域１００の外側の複数のシンチレーションファイバ１１０の部分（図示せず）は、シンチレーションファイバ内の光子を検知領域１００の外側に配置された１つ以上の光検出器領域に案内するために湾曲していてもよい。

【0037】

図３は、図２に概略的に示す検知領域を通る平面断面を概略的に示す。図２の参照配列において、図３は、ｙｚ平面と整列した検知領域１００を通る断面を示す。ｙｚ平面はｘ方向に垂直であり、複数のシンチレーションファイバ１１０は、複数のシンチレーションファイバ１１０がｙｚ平面内に２次元アレイに配置されるように、シンチレーションファイバの複数の積層された層１１２内に配置される。図３に概略的に示す例では、複数のシンチレーションファイバ１１０は、ｚ方向に沿って積層された均一な層１１２に配置されているが、これは必須ではなく、本明細書でさらに説明するように他の配置も可能である。シンチレーションファイバの各層１１２は、層１１２内のすべてのシンチレーションファイバが略同じ方向（すなわち、層１１２に略平行）に配向されるように互いに結合された個々のシンチレーションファイバの予め作製されたマットまたはリボンを含み得る。層１１２は、例えば、ポリマー樹脂を使用して互いに結合されてもよい。予め作製されたマットの形態のシンチレーションファイバの層１１２が、図２および図３に概略的に示す層状形状を維持する治具内で互いに積層されてもよく、または個々のシンチレーションファイバが、図２および図３に示す層状形状を同様に維持する治具内で層１１２に互いに積層されてもよい。次いで、複数のシンチレーションファイバ１１０は、検知領域（および潜在的にはその外側に延びる領域）にポリマー樹脂を注入し、樹脂を硬化させてシンチレーションファイバ１１０を互いに結合することによって、および／またはシンチレーションファイバキャリアの積層体などの本明細書でさらに説明する適切な支持構造においてシンチレーションファイバ１１０を支持することによって、検知領域１００内の定位置に固定され得る。

【0038】

図２および図３に概略的に示す複数のシンチレーションファイバ１１０は、円形断面を有する。しかしながら、これは必須ではなく、代替の断面形状が選択されてもよい。例えば、正方形または立方形の断面を有するシンチレーションファイバを使用することができる。これは、正方形または立方形の断面を有するシンチレーションファイバが、円形断面を有するファイバよりも（ファイバ方向に垂直に配向された断面平面においてファイバによって占有される断面積の割合に関して）検知領域１００内により密接に詰め込まれ得るため、有効であると考えられ得る。検知領域１００内に複数のシンチレーションファイバ１１０を詰め込む密度を増加させることは、入射放射線ビームからの光子または粒子が複数のシンチレーションファイバ１１０のうちの１つのコアと相互作用して、１つ以上のシンチレーション光子の放出を引き起こす可能性が増加することによって、線量計１０の効率を改善し得る。シンチレーションファイバ１１０が密接に詰め込まれていない場合、ファイバ間の間隙空間は、本明細書でさらに説明するように、シンチレーションファイバを第１の方向に略平行に整列させるための適切な治具および／または支持体を使用してシンチレーションファイバを配置した後、例えば樹脂材料によって充填されてもよい。例えば、液体形態のポリマー樹脂を、シンチレーションファイバによって占有されていない空所に導入し、次いで硬化させ、ファイバを固体樹脂マトリックスに埋め込むことができる。樹脂の放射線学的特性は、ヒト組織の放射線学的特性に密接に近似するように選択され得る。

【0039】

シンチレーションファイバの断面幅は、いくつかの要因に応じて選択することができる。例えば、（本明細書でさらに説明するように）線量計の空間分解能を高めるために、より細いファイバを選択してもよく、またはより太いファイバを選択してもよい。いくつかの例では、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々１つは、０．５ｍｍ～３ｍｍの幅を有する。代替的に、シンチレーションファイバは、特徴的な断面積によって画定されてもよい。例えば、シンチレーションファイバは、０．２ｍｍ^２～７ｍｍ^２の特徴的な断面積を有し得る。しかしながら、任意の幅または断面積のシンチレーションファイバが使用され得ることが理解されよう。

【0040】

複数のシンチレーションファイバ１１０の各々は、第１および第２の端部を含む。各シンチレーションファイバの第１および／または第２の端部は、検知領域１００の境界で終端してもよい。例えば、図２の配置では、立方体検知領域１００のｙｚ面は、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々が終端する終端面を含み得る。他の実施形態では、シンチレーションファイバ１１０の一部または全部は、検知領域１００を越えて延びてもよく（図示せず）、図２に示す検知領域１００は、検知領域１００と同じ形状を有し得る、より大きな体積（例えば、シンチレーションファイバの積層体）のサブ領域であると考えることができる。したがって、シンチレーションファイバの積層体（例えば、図２に示すような立方体形状を有する）の外部境界は、検知領域１００の境界を含むことができ、「積層体」という用語は、「検知領域」という用語と互換的であると考えることができる。他の実施形態では、検知領域は、図１に概略的に示す立方体積層体などのシンチレーションファイバの積層体内にサブ領域（すなわち、サブ体積）を含み得る。例えば、図２に示すような、ｘｙ外面、ｙｘ外面およびｘｚ外面を有するシンチレーションファイバの立方形積層体は、例えば、立方体、立方形、円筒形または他の幾何学的形状を有する積層体内のサブ領域／サブ体積を含む検知領域１００を含み得る。

【0041】

シンチレーションファイバ１１０の各々は、本明細書でさらに説明するように、１つ以上の光検出器の１つ以上の光検出器領域に結合される。光検出器領域の各々は、入射光子の検出に応答して電気信号を生成するように構成された１つ以上の感光性検知素子を含む。この点において、光検出器領域は、当業者に知られている任意の光子検知技術に従って構築することができる。例えば、光検出器領域は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタ、光起電力素子または金属酸化物半導体素子などの電気光学検知素子を含み得る。本開示の好ましい実施形態では、光検出器領域は、電荷結合素子（ＣＣＤ）パネルまたは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）パネルなどの光検出器のサブ領域を含む。重要であると考えられ得るのは、光検出器の光検出器領域の各々が、１つ以上の複数のシンチレーションファイバ１１０内で放出された光子が前記光検出器領域によって１つ以上のシンチレーションファイバから受け取られる程度に応じて出力信号を生成するように構成されていることである。光検出器は、光検出器領域が、検知領域１００で受けた放射線量に応答してシンチレーションファイバによって放出された光子の波長の範囲に対する感度を有するように選択され、これは実験および／またはモデリングを通じて当業者によって決定され得る。

【0042】

様々なアプローチを使用して、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々を、線量計１０に含まれる１つ以上の光検出器の１つ以上の光検出器領域に結合することができる。場合によっては、複数のシンチレーションファイバ１１０からの１つ以上のシンチレーションファイバは、シンチレーション計数器に含まれる１つ以上の光検出器領域に結合される（例えば、光学的に結合される）。しかしながら、好ましい実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々の第１の端部は、本明細書でさらに説明するように、複数の光検出器領域を含むフラットパネル光検出器が当接する平坦な放出面（図２に概略的に示すｙｚ平面のうちの１つなど）で終端し、任意選択的に、放出面と光検出器との間に１つ以上の間隙フェースプレートおよび／またはフィルタが介在する。これらの要素のうちの１つ以上の間に１つ以上のエアギャップが設けられてもよい。図４は、図２から認識され、図２のように、検知領域１００を通って、ｘ方向に対応する第１の方向に略平行に延びる複数のシンチレーションファイバ（図示せず）を含む検知領域１００を示す。複数の光検出器領域（図示せず）を含む光検出器２０１は、検知領域１００の外側ｚｙ面のうちの一方に当接して、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々のそれぞれの第１の端部から放出された光子を受け取る。複数のシンチレーションファイバ１１０中のシンチレーションファイバのすべてが必ずしも光検出器２０１の１つ以上の光検出器領域に結合されているわけではない（すなわち、光検出器２０１は、複数のシンチレーションファイバ１１０のすべての第１の端部とｙｚ平面内で重ならなくてもよい）ことが理解されよう。

【0043】

放出面が平坦である場合（例えば、図４の光検出器２０１が当接するｙｚ平面）、所望の平坦度を達成し、平坦な放出面で終端する複数のシンチレーションファイバ１１０のそれぞれの第１の端部からの光子の放出を改善するために機械加工することができる。しかしながら、他の実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０の第１の端部が終端する放出面は平坦でなくてもよく、例えば湾曲していてもよい。例えば、検知領域１００は、円筒形の検知領域を含んでもよく、複数のシンチレーションファイバ１１０を含む積層体は、円筒の形態で配置されてもよい（例えば、本明細書にさらに記載するように、樹脂などのプラスチック材料に埋め込まれた複数の平行なシンチレーションファイバ１１０を含むブロック／積層体を機械加工することによって形成され得る）。一実施形態では、センサ画素を含む光検出器領域の可撓性アレイを含む光検出器は、円筒形の検知領域１００を含むシンチレーションファイバ１１０の積層体の外側の湾曲した放出面に当接し得る。

【0044】

光検出器２０１は、単一のＣＭＯＳパネルなどの単一のフラットパネル検出器を含んでもよく、または複数の個々の検出器ユニットの光検出器領域を含むタイル状の検出面を形成するようにそれらの縁部に沿って突き合わされた複数のフラットパネル検出器を含んでもよい。このアプローチは、光検出器２０１の検出面を拡大し、光検出器２０１で利用可能な光検出器領域（例えば、センサ画素）の数を増加させるために使用することができる。検知領域１００および／または検知領域１００を含む積層体が立方形である場合、検知領域１００／積層体のｘ寸法、ｙ寸法およびｚ寸法は、光検出器２０１（タイル状光検出器であってもよい）の寸法に一致させてもよい。

【0045】

複数のシンチレーションファイバ１１０の第１の端部と光検出器２０１の複数の光検出器領域との結合は一対一方式に従うことができ、それによって各シンチレーションファイバ（例えば、前記ファイバの第１の端部）は単一の光検出器領域（例えば、単一のセンサ画素）に光学的に結合される。他の実施形態では、複数の光検出器領域（例えば、複数のセンサ画素）は、所与のシンチレーションファイバに（例えば前記ファイバの第１の端部に）光学的に結合される。これは、複数の光検出器領域（例えば、センサ画素）または複数のセンサ画素を含む単一の光検出器領域を使用して単一のシンチレーションファイバから光子を収集することにより、線量計１０による光子の検出の精度および／または感度（例えば、信号対雑音比）を高めることができるため、有効であると考えられ得る。例えば、一実施形態では、光検出器２０１は、各々が５０×５０μｍの検知領域を有する、光検出器２０１の検出面上に配置された感光画素を含む２４００×４８００個の光検出器領域のアレイを有するＣＭＯＳ撮像パネルを含む。具体例の提供を目的として、１ｍｍ×１ｍｍの正方形断面を有するシンチレーションファイバが（例えば、検出面に垂直なベクトルに沿って、前記シンチレーションファイバの第１の端部を光検出器２０１の検出面に当接させることによって、光検出器に結合される場合、シンチレーションファイバの第１の端部の端面は、シンチレーションファイバの第１の端部から放出されたシンチレーション光子がシンチレーションファイバの第１の端部に重なる光検出器領域の１つ以上によって検出され得るように、検出面の平面内の２０×２０個の光検出器領域のアレイに重なる。コントローラ６００は、所定の積分期間（例えば、３３ミリ秒）にわたって複数のシンチレーションファイバのそれぞれ各１つに結合された複数の光検出器領域によって出力された信号を平均または好ましくは合計して、積分期間中にシンチレーションファイバによって吸収された放射線の線量を表す値を決定することができる。他の実施形態では、複数のシンチレーションファイバのサブセットを含む複数のシンチレーションファイバは、複数の光検出器領域のうちの単一の光検出器領域に結合されてもよい。本明細書で提供される光検出器領域の寸法は例示的なものであり、他の値が当業者によって選択されてもよいことが理解されよう。例えば、光検出器の光検出器領域を含むセンサ画素は、正方形、円形または他の断面を有してもよく、例えば、２００μｍ未満、１００μｍ未満、７５μｍ未満、５０μｍ未満、２５μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満または１μｍ未満の幅を有してもよい。シンチレーションファイバ直径と光検出器領域サイズとの比は、実験および／またはモデリングに基づいて当業者によって選択され得る。

【0046】

本明細書にさらに記載するように、いくつかの実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０の第１の端部を光検出器領域に結合する（例えば、光学的に結合する）ために、光ファイバフェースプレート（図示せず）が、複数のシンチレーションファイバ１１０の第１の端部と光検出器（例えば、図４に概略的に示す光検出器２０１）に含まれる複数の光検出器領域との間に配置される。いくつかの実施形態では、１つ以上のフィルタが、光ファイバフェースプレート内に含まれてもよく、および／または光ファイバフェースプレートに加えてもしくはその代わりに、複数のシンチレーションファイバ１１０の第１の端部と光検出器領域との間に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のフィルタは、減光フィルタを含む。フィルタ特性は、放射線が検知領域１００に導かれてシンチレーションファイバ１１０内のシンチレーション光子の放出を引き起こしている間に、光検出器領域の各々について生成された信号を測定するためにコントローラによって使用される積分時間中に光検出器領域の容量を超えない（例えば、過飽和にならない）ことを確実にするように（例えば、ＣＭＯＳ光検出器のセンサ画素を含む光検出器領域の電荷蓄積容量を超えないように）、複数のシンチレーションファイバ１１０から放出される信号（例えば、光信号）を減衰させるように選択され得る。

【0047】

いくつかの実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０は、１つ以上の光検出器領域に結合された第１の端部の遠位にあるシンチレーションファイバの各々の第２の端部に反射手段が設けられてもよい。設けられている場合、１つ以上の反射手段は、シンチレーションファイバの各々の第２の端部に到達する光／光子を反射してそれぞれのシンチレーションファイバコアに、第１の端部に向かって戻すように構成される。これは、前記ファイバの第２の端部からの光子損失を低減または排除し、第２の端部に案内された光子が第１の端部に戻るように案内され、光検出器によって受け取られる可能性を高めることによって、所与のシンチレーションファイバ内で放出された光子の検出効率を高め得る。いくつかの実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々は、再帰反射器要素であり得る個々の反射器が設けられている。他の実施形態では、単一の反射要素が複数のシンチレーションファイバ１１０の各々の第２の端部に結合（例えば、光学的に結合）されてもよい。複数のシンチレーションファイバ１１０の各々の第２の端部が平面（例えば、図２に示すｙｚ面のうちの１つ）で終端する場合、平面反射器は、光検出器２０１を複数のシンチレーションファイバ１１０に結合するために使用されるのと同様の様式で前記平面に嵌合されてもよく、平面は、本明細書にさらに記載するように機械加工されてもよい。他の実施形態では、複数のシンチレーションファイバ１１０の各々の第２の端部は、さらなる光検出器の複数の光検出器領域（例えば、図２に概略的に示すシンチレーションファイバ１００の検知領域／積層体の平面の外面に配置された第２の光検出器パネル（図示せず）に含まれ、光検出器２０１が配置されているのとは反対側の検知領域１００／シンチレーションファイバの積層体のｚｙ面と整列している）に結合されてもよい。

【0048】

本開示の実施形態によれば、図２に概略的に示すように、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０が、線量計１０の検知領域１００内で第２の方向に略平行に延びて設けられ、第２の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置されてもよく、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０のそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するように、さらなる複数の光検出器領域がさらなる複数のシンチレーションファイバ１２０のそれぞれに結合されている。図２は、図２の参照システムのｙ方向に対応する第２の方向に略平行に整列したさらなる複数のシンチレーションファイバ１２０を示す。「略平行」という用語は、複数のシンチレーションファイバ１１０に関して使用されるのと同じ意味を有すると考えられる。図２では、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０は、第１の方向（すなわち、複数のシンチレーションファイバ１１０が略平行に配向されている方向）に略直交する方向に略平行に配向されている。略直交するという用語は、第１の方向と第２の方向とが、互いに正確に９０度で整列していなくてもよいが、例えば、互いに７５度～９５度、７６度～９４度、７７度～９３度、７８度～９２度、または８９度～９１度であり得ることを意味すると解釈される。本明細書にさらに記載するように、他の実施形態では、第１の方向と第２の方向とは、略直交していなくてもよいが、例えば、互いに略４５度に配向され得る。積層体／検知領域１００と１つ以上の光検出器領域との組み合わせは、検知アセンブリと呼ぶことができる。

【0049】

図３は、図２に概略的に示す検知領域１００を通る平面断面を示す。図２の参照配列において、図３は、検知領域１００を通り、ｙｚ平面と整列した断面を示す。ｙｚ平面はｘ方向に垂直であり、複数のシンチレーションファイバ１２０がｘｚ平面内に２次元アレイに配置されるように、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０がシンチレーションファイバの積層された層１２２内に配置される。したがって、図３には、各層１２２の単一のシンチレーションファイバの断面が示されており、各シンチレーションファイバの長軸はｙｚ平面にあり、ｙ方向に延びている。図２および図３に概略的に示す例では、複数のシンチレーションファイバ１２０は均一な層１２２に配置されているが、これは必須ではなく、本明細書でさらに説明するように他の配置も可能である。図２および図３に概略的に示すように、第１の方向（例えば、ｘ）に略平行に配向されたシンチレーションファイバの層１１２は、第２の方向（例えば、ｙ）に略平行に配向されたシンチレーションファイバの層１２２と交互の配置で積層され、ｚ方向に積層される。しかしながら、他の実施形態では、異なる積層配置を採用してもよい。例えば、第１の方向に略平行に延びるシンチレーションファイバの２つ、３つ、４つ、５つまたはそれ以上の層１１２の組が、第２の方向に略平行に延びるシンチレーションファイバの２つ、３つ、４つ、５つまたはそれ以上の層１２２の組と交互になってもよい）。さらに、シンチレーションファイバの層１１２、１２２は、（各層のすべてのシンチレーションファイバが同じ平面の略中心にあるという意味で）均一でなくてもよいが、上記平面（例えば、図２および図３の参照配列のｙｚ平面）に略平行でありながら、面外方向に互い違いに配置されてもよい。

【0050】

さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０が検知領域１００を通って延びて設けられている場合、さらなる光検出器２０２は、光検出器２０１の複数のシンチレーションファイバ１２０への結合について説明したのと同じ様式で、さらなる複数のシンチレーションファイバ１１０に結合することができる。図４は、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０の第１の端部が終端するシンチレーションファイバ積層体／検知領域１００の放出面に当接する、ｚｘ平面に平行に整列したさらなる光検出器２０２を概略的に示す。これは、第１の光検出器２０１を複数のシンチレーションファイバ１１０に結合するための本明細書に記載のアプローチに広く従うことができる。代替的に、複数のシンチレーションファイバ１２０は、単一の光検出器を使用して複数のシンチレーションファイバ１１０および複数のシンチレーションファイバ１２０から光子を収集することができるように、検知領域境界を越えて延び、複数のシンチレーションファイバ１１０に結合された光検出器に含まれる光検出器領域と結合するように丸く湾曲していてもよい。シンチレーションファイバ１１０はまた、シンチレーションファイバ１１０、１２０の端部が、検知領域１００の面または検知領域１００を含む積層体に嵌合していない光検出器に結合され得るように、検知領域１００を越えて延びてもよく、湾曲していてもよい。

【0051】

図２～図４は、２組のシンチレーションファイバが設けられた検知領域を示し、２組はそれぞれ、検知領域を通って第１の方向に略平行に延びる第１の複数のシンチレーションファイバ１１０と、検知領域を通って第２の方向に略平行に延びるさらなる複数のシンチレーションファイバ１２０とを含み、第１の方向と第２の方向とは略直交しているが、他の構成も可能であることが理解されよう。例えば、線量計１０は、検知領域を通って延びるすべてのシンチレーションファイバが単一の方向に略平行に配向されている検知領域を備えてもよい。図５は、図２から認識される検知領域１００を概略的に示すが、ただし、検知領域を通って延びるすべてのシンチレーションファイバ１１０は単一の方向（すなわち、図５の参照配列におけるｘ方向）に略平行であり、さらなる複数のシンチレーションファイバ１２０は設けられていない。他の点では、光検出器の複数の光検出器領域の、複数のシンチレーションファイバ１１０への結合は、本明細書でさらに説明するアプローチに従って実行することができる。

【0052】

いくつかの実施形態では、シンチレーションファイバが延びる検知領域１００を画定するためのシンチレーションファイバの積層体の構築は、複数のシンチレーションファイバキャリア５００が検知領域１００を形成するように配置されるアプローチに従うことができる。図６は、図２から認識され、本開示によるアプローチに従って構築された積層体／検知領域１００を示し、検知領域１００を通って第１の方向に略平行に延びる複数のシンチレーションファイバ１１０の層１１２と、検知領域１００を通って第１の方向に略直交する第２の方向に略平行に延びるさらなる複数のシンチレーションファイバ１２０の層１２２とをそれぞれ含むシンチレーションファイバの層１１２、１２２が、複数のシンチレーションファイバキャリア５００によって支持されている。シンチレーションファイバキャリア５００の各々１つは、シンチレーションファイバキャリア５００が互いに積層されたときに検知領域１００内にあるシンチレーションファイバキャリアの領域内で、第１の方向に略平行に配向されたシンチレーションファイバの少なくとも第１の層１１２を支持する、支持要素５１０を含む。検知領域１００は、シンチレーションファイバキャリア５００の積層体の略すべてを含んでもよく、またはシンチレーションファイバキャリア５００の積層体内に画定されたサブ体積を含んでもよい。任意選択的に、シンチレーションファイバ１２２の少なくとも１つのさらなる層は、シンチレーションファイバ１２２が支持要素５２０の第２の方向に略平行に延びるように、略平面の各支持要素５２０の中または上に配置される。図７は、本開示の実施形態によるシンチレーションファイバキャリア５０１を概略的に示す。シンチレーションファイバキャリアは、図７の例では２つの主面（すなわち、ｘｙ平面に平行）および４つの副面を有する略平面の矩形要素である支持要素５１０を含む。支持要素は、一般にプラスチック材料で作られるが、他の材料を使用してもよい。図７に示すシンチレーションファイバキャリア５０１では、支持要素の２つの主面の各々は、複数のシンチレーションファイバ１１２（および／または１２２）を受け入れることができるチャネルまたはスロットを形成するように凹んでいる。例えば、チャネルは、支持要素５２０の主面を機械加工することによって形成してもよく（例えば、平面の原料から支持要素５２０を機械加工してもよい）、または主面の各々にチャネルを設けて、支持要素５２０を直接形成してもよい。例えば、支持要素５２０は、片面もしくは両面にチャネルを画定して、プラスチック材料から射出成形または３Ｄ印刷されてもよい。各チャネルは、支持要素の各主面の非凹状端側領域５２１および５２２に対して深さを有し、これは一般に、支持要素によって支持されるシンチレーションファイバ１１２の断面幅に等しい。チャネルが支持要素５２０の一方の主面にのみ画定される場合、支持要素５２０の（例えば、端側領域５２１、５２２の）最大厚さは、一般に、チャネル内に受容されるシンチレーションファイバ１１２の断面幅よりわずかにのみ厚くてもよく、最小厚さは、支持要素に使用される材料の機械的特性（例えば、剛性）および製造方法に基づいて当業者によって決定される。支持要素５２０の主面の各々にチャネルが画定される場合、支持要素の厚さ（チャネルの深さを含む）は、一般に、シンチレーションファイバの幅の２倍よりわずかに厚いのみでよく、最小厚さは前述のように決定される。図７に示すように、各チャネルは、支持要素の非凹状端側領域５２１、５２２によって境界付けられた側面に直交する２つの開放側面を有する。シンチレーションファイバの層１１２が第１のチャネル内に受容され、シンチレーションファイバの各々は、チャネル境界を画定する非凹状端側領域５２１、５２２の長縁に略平行に配向されている。シンチレーションファイバの層１１２は、本明細書でさらに説明するように、予め作製されたシンチレーションファイバのマット、または層１１２に配置され、例えば適切な治具を使用して製造中に所定の位置に保持された複数の個々のシンチレーションファイバを含み得る。シンチレーションファイバは、一般に、本明細書でさらに説明するように、プラスチック樹脂を使用して支持要素５２０に結合される。図７に示す例では、支持要素の両方の主面が、複数のシンチレーションファイバが受容されるチャネルを含む。２つのチャネルが設けられる場合、これらは、典型的には、第１のチャネル内の複数のシンチレーションファイバ１１２が第１の方向に略平行に延び、第２のチャネル内の複数のシンチレーションファイバ１２２が第２の方向に略平行に延びるように互いに直交して配向され、第１の方向と第２の方向とは互いに直交する。支持要素を含むシンチレーションファイバキャリア上にシンチレーションファイバが支持される任意の実施形態では、各シンチレーションファイバキャリアは、各シンチレーションファイバキャリアの均一な厚さおよび主面の平坦性を確実にするために、シンチレーションファイバの取り付け後に機械加工された主面を有し得る。

【0053】

他の実施形態では、複数のシンチレーションファイバは、支持要素上の１つ以上のチャネルまたはスロットに受容されなくてもよいが、支持要素の主面に直接結合されてもよく、または製造中に支持要素に埋め込まれてもよい。例えば、平行なシンチレーションファイバの１つ以上の層を治具内に配置することができ、支持要素をシンチレーションファイバの周りに成形して支持要素内にシンチレーションファイバを埋め込むことができる。この実施形態では、支持要素は、硬化時に固化する液体ポリマー樹脂から形成されてもよい。代替的に、両方のチャネルが、支持要素５２０の一方の面に画定されてもよく、第１のチャネルに受容されたシンチレーションファイバの第１の層１１２が、第２のチャネルに受容されたシンチレーションファイバの第２の層１２２の上に重なるように、異なる深さであり得る。

【0054】

線量計の検知領域１００は、複数のシンチレーションファイバキャリア５００を積層体に配置することによって形成することができ、それによって、積層体の外部境界が検知領域１００の範囲を画定するか、または検知領域１００が積層体内にサブ体積を含む。個々のシンチレーションファイバキャリア５０１は、積層体を形成するためにそれらの主面で互いに接着結合または機械的に固定されてもよい。例えば、シンチレーションファイバキャリア５００の各々は、複数の貫通孔（例えば、図７に示すように、支持要素５１０の各角に１つずつ）を含むことができ、複数のシンチレーションファイバキャリア５００は、各シンチレーションファイバキャリア上のそれぞれの孔を整列させ、各組の孔に連結棒を挿入し、連結棒の両端部に固定具をねじ込んで、シンチレーションファイバキャリアの積層体を圧縮することによって、積層体に配置することができる。連結棒は、複数のシンチレーションファイバ１１０および／またはシンチレーションファイバキャリアの積層体に含まれる支持要素の放射線吸収特性と同様の放射線吸収特性を有するように選択され得るプラスチック材料を含み得る。支持要素５２０が形成される材料は、放射線吸収および／または放射線散乱に関してシンチレーションファイバと同様の放射線学的特性を有するように選択されてもよく、例えばポリスチレンを含んでもよく、または支持要素５２０による放射線の吸収を最小限に抑えるように選択されてもよい。

【0055】

図７に概略的に示す実施形態では、各シンチレーションファイバキャリア５０１は、シンチレーションファイバの２つの直交する層１１２、１２２を含む。したがって、積層体に含まれる複数のシンチレーションファイバキャリア５００の各々は、図６および図７に示すｚ軸の周りで同じ回転方向に配向され、シンチレーションファイバの交互積層された層の積層体を形成することができ、シンチレーションファイバの隣接する層は、（図７に示すように）直交するファイバ配向を有する。しかしながら、他の実施形態では、各シンチレーションファイバキャリアは、シンチレーションファイバ（例えば、それぞれの支持要素５２０の一方の側の単一のチャネルに受容される）の単一の層１１２のみを含み得ることが理解されよう。複数のそのようなシンチレーションファイバキャリア５００を同じ回転の向きに配置して、積層体内の複数のシンチレーションファイバのすべてが積層体内の検知領域において第１の方向に略平行に配向された積層体を形成する（図５に概略的に示した配置と同様の配置を形成する）ことができる。代替的に、複数のそのようなシンチレーションファイバキャリアは、交互のシンチレーションファイバキャリアがｚ軸の周りで互いに９０度オフセットして配向され、シンチレーションファイバの交互積層された層の積層体が形成されるように配置してもよく、隣接する層は直交するシンチレーションファイバ配向を有する。いくつかの実施形態では、積層体内の複数の隣接するシンチレーションファイバキャリア５００は、例えば、複数の組のシンチレーションファイバキャリアが交互積層され得るように、各支持要素５２０の主面に垂直な回転軸（例えば、軸ｚ）に対して同じ回転の向きに配向されてもよく、各組のシンチレーションファイバキャリアは、同じ方向に配向された複数の隣接するシンチレーションファイバキャリア（例えば、１を超える、２を超える、５を超える、または１０を超えるシンチレーションファイバキャリア）を含むが、隣接する組は、互いに異なる回転方向に（例えば、ｚ軸における９０度の回転で）配向される。

【0056】

検知領域１００が積層体内に配置された複数のシンチレーションファイバキャリア５００を含む実施形態では、積層体内のシンチレーションファイバへの複数の光検出器素子の結合は、本明細書にさらに記載するアプローチに従うことができる。例えば、検知領域１００が、それぞれ直交配向に略平行に配向された第１の組のシンチレーションファイバ１１０および第２の組のシンチレーションファイバ１２０を含む場合、第１の光検出器２０１および第２の光検出器２０２が、図４に概略的に示すように、それぞれ第１の組のシンチレーションファイバ１１０および第２の組のシンチレーションファイバ１２０の各々の第１の端部が終端する積層体／検知領域１００の第１の放出面および第２の放出面に結合されてもよい。積層体／検知領域１００の１つ以上の外面は、本明細書でさらに説明するように機械加工されてもよい。

【0057】

本明細書にさらに記載するように、線量計１０は、コントローラを備えてもよく、または適切なデジタルもしくはアナログコネクタを介してコントローラに接続されるように構成される。コントローラは、複数の光検出器領域から受信した信号の収集および処理のための１つ以上のルーチンを実装するソフトウェアを実行するように構成された汎用コンピュータを備えることができ、さらに、線量計１０の検知領域１００が受けた放射線量の空間分布の表現を再構成するための１つ以上のルーチンを実装するソフトウェアを実行することができる。線量計１０の１つ以上の光検出器に含まれる複数の光検出器領域からの信号の収集、これらの信号のデータ（例えば、１つ以上の画像またはアレイ）への処理、および前記データからの放射線量の空間分布の再構成は、別個のコントローラ／コンピュータによって実行される処理ステップを含むことができ、これらのステップの各々から生じる情報は、１つ以上のさらなるコントローラ／コンピュータによって実行されるさらなるステップのために、適切なデータ送信プロトコルを介して（例えば、ローカルエリアネットワークを介して）送信されることが理解されよう。線量計１０に含まれるコントローラは、いくつかの実施形態では、複数の光検出器領域から信号を受信する機能のみを実行することができ、線量計１０の検知領域１００が受けた放射線量の空間分布の表現の再構成は、線量計から物理的に分離され得るさらなるコントローラによって実行され得る。

【0058】

線量計の１つ以上の光検出器に含まれる複数の光検出器領域から受信した信号に関する情報に基づいた、線量計１０の検知領域１００が受けた放射線量の空間分布の再構成は、本明細書でさらに説明するように、様々な異なる様式で実行することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、線量計の検知領域１００を通って第１の方向に略平行に延びる１組のシンチレーションファイバ１１０に結合された第１の複数の光検出器領域から、および線量計の検知領域１００を通って第１の方向とは異なる第２の方向に略平行に延びるさらなる組のシンチレーションファイバに結合された第２の組の光検出器領域から、（ならびに任意選択的に、さらなるｎ組のシンチレーションファイバにそれぞれ結合されたさらなるｎ組の光検出器領域から（さらなるｎ組のシンチレーションファイバの各々は、検知領域１００を通るさらなるｎ個の方向のうちの１つに略平行に延びる複数のシンチレーションファイバを含み、その各々は第１および第２の方向とは異なる））、信号を収集するように構成される。しかしながら、他の実施形態では、コントローラは、線量計の検知領域１００を通って第１の方向に略平行に延びる１組のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から、第１の組の信号を収集し、複数のシンチレーションファイバが第１の方向に対して異なる配向で延びるように、検知領域１００の回転（例えば、図２、図４および図６に示すｚ軸の周りに）後に同じ複数のシンチレーションファイバに結合された同じ複数の光検出器領域から、さらなる組の信号を収集するように構成される。一般に、第１および第２の組の信号の収集間の複数のシンチレーションファイバの回転は、複数のシンチレーションファイバが略平行に配向されている方向に対して略直交して配向された軸（例えば、図２、図４、図５および図６の参照配列のｚ軸）の周りの回転を含む。したがって、重要であると考えられ得るものは、線量計１０が、複数の異なるそれぞれの配向に略平行な方向に沿って延びる１つ以上の複数のシンチレーションファイバに結合された光検出器素子から信号を収集することを可能にするように構成されていることであり、これは、検知領域内にｎ個の方向の各々についてｎ組のシンチレーションファイバが存在するように、各配向に略平行に配向された別個の複数のシンチレーションファイバを提供することによって達成されてもよく、および／または、１つ以上の組の略平行なシンチレーションファイバを複数の回転ステップを通して回転させ、各回転ステップにおいて、各組のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から信号を収集することによって達成されてもよいことが理解されよう。光検出器領域からの信号の取得の間に、１つ以上の組の略平行なシンチレーションファイバを回転させることにより、検知領域１００内に物理的に画定されるよりも多数のシンチレーションファイバ方向について、コントローラによって信号を収集することが可能になる。例えば、（図５に概略的に示すように）第１の方向に略平行に配向された第１の複数のシンチレーションファイバ１１０を有する線量計の検知領域１００は、第１および第２の組に含まれるシンチレーションファイバ１１０に結合された複数の光検出器領域から、第１および第２の組の信号をコントローラが取得する間に、９０度（すなわち、ｚ軸の周りに）回転することができる。これは、各方向に対して異なる組のシンチレーションファイバを物理的に設ける必要なく、検知領域を通って異なる方向にそれぞれ略平行に配向されたシンチレーションファイバの組に結合した光検出器の光検出器領域によって信号を収集することを可能にする効果を有すると考えられ得る。静的構成（検知領域が回転しない場合）と比較した場合、光検出器領域による信号の収集間または収集中に回転を導入することにより、＜ｎ個の別個の組のシンチレーションファイバを使用してｎ個のファイバ方向についてデータを収集することが可能になり、各組は、単一の方向に略平行に配向された複数のシンチレーションファイバを含む。同様に、検知領域１００が２組以上のシンチレーションファイバを含み（図２、図４および図６に概略的に示すような２組のシンチレーションファイバを有する実施形態など）、各組が検知領域１００内の異なる方向に略平行に延びる複数のシンチレーションファイバを含む場合、検知領域１００はｎ回の回転ステップで（例えば、ｚ軸の周りに）回転することができ、各回転ステップの間に、各組のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から（例えば、図４に概略的に示す光検出器２０１、２０２の各々の光検出器領域から）、コントローラによって信号が受信される。

【0059】

検知領域１００内の第１の方向に略平行に配向された複数のシンチレーションファイバに結合された光検出器領域から信号が収集され、第１の方向に略直交する検知領域１００内の第２の方向に略平行に配向された複数のシンチレーションファイバに結合された光検出器領域から信号が収集される場合（線量計が検知領域内の異なる方向に配向されたファイバを含むかどうか、および／またはコントローラによる光検出器領域からの信号の収集の間に９０度回転されるかどうかにかかわらず）、以下のアプローチを使用して、受信信号に基づいて（例えば、コントローラまたはコントローラからデータを受信するように構成された別のコントローラを使用して）検知領域１００内の受けた線量の３次元分布の表現を再構成することができる。

【0060】

本開示による線量計の検知領域１００における放射線量の空間分布表現のコントローラによる再構成は、図２に示すｘ、ｙ、ｚ座標系などの座標系に従って説明され得る線量マップを含み得る（ただし、ｘ、ｙおよびｚの方向は例示的なものであり、例えば、ｚ方向は線量計１０の垂直方向に必ずしも対応しないことが理解されよう）。線量マップは、３Ｄマトリックス値を含むことができ、マトリックス内の所与の位置ｘ１’、ｙ１’、ｚ１’における値は、線量計の検知領域１００内の対応する位置ｘ１、ｙ１、ｚ１で受けた推定放射線量の表現である。線量マップは、体積画像として表すことができ、３Ｄ画像／体積内の位置ｘ１’、ｙ１’、ｚ１’を中心とするボクセルは、線量計の検知領域１００内の対応する位置ｘ１、ｙ１、ｚ１で受けた推定放射線量の表現である。スケーリング係数は、検知領域内の座標系の寸法スケールと、マトリックスまたは３Ｄ画像の形態の再構成された線量マップの寸法スケールとの間に適用され得ることが理解されよう。

【0061】

図８は、図２に示すような検知領域１００を通るｘｙ平面の表現を概略的に示す。積分時間ｔにわたって受けた、所与の深さｚにおける、検知領域を通るｘｙ平面内の放射線の２Ｄ線量は、関数によって記述することができる。

【数1】

【0062】

式中、ｆ（ｘ，ｙ）は、ｘｙ平面内の任意の位置における線量を与える。図８を参照すると、ｙ方向に略平行に配向され、光検出器領域に結合された１つ以上のシンチレーションファイバから前記光検出器領域に到達する光子に基づく、位置ｘ_ｉを中心とする１つ以上の光検出器領域で積分時間ｔ中に生成された信号の和は、前記シンチレーションファイバが受けた線量に比例し、Ｆ_１（ｘ_ｉ）で表すことができる。

【数2】

【0063】

同じ原理が直交方向の場合にも当てはまり、ｙ_ｊを中心とする１つ以上の光検出器領域の信号の和は、Ｆ_２（ｙ_ｊ）で表すことができる：

【数3】

【0064】

ｘ_ｉおよびｙ_ｊはまた、それぞれｙ方向およびｘ方向に略平行に配向されたシンチレーションファイバの第１の端部の座標を記述するために利用され得ることも理解されよう。ｆ_１（ｘ_ｉ）およびｆ_２（ｙ_ｊ）の値は、それぞれ以下の関数で表すことができる。

【数4】

【数5】

【0065】

これらの関数の積は、検知領域１００内の点ｘ_ｉ，ｙ_ｊにおける再構成線量を与える。

【数6】

【0066】

最後の式の分母は、検知領域１００内の所与の深さｚにおいて測定された総線量であり、これは、

【数7】

または

【数8】

のいずれかで表すことができ、検知領域１００内の点ｘ_ｉ，ｙ_ｊにおける再構成線量の式を以下のように与えることができる。

【数9】

【0067】

検知領域内のすべての深さｚについてｆ（ｘ_ｉ，ｙ_ｊ）を再構成することにより、積分期間ｔ中に検知領域１００で受けた空間線量分布の３Ｄ再構成（すなわち、期間ｔ中に受けた放射線量の線量マップ）がもたらされる。

【0068】

この方式による１つ以上の線量マップの再構成は、線量計に含まれるコントローラ、または当業者に知られている任意の適切なアプローチに従って（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐｙｔｈｏｎ、ＩＤＬまたはＭａｔｌａｂなどの適切な汎用プログラミング言語で命令を符号化することによって）上記の計算を実行するように構成された別個の装置（例えば、複数のＣＰＵおよび／もしくはＧＰＵ要素を備える汎用コンピュータ、またはスーパーコンピュータクラスタ）に含まれるコントローラによって実行することができる。

【0069】

当業者に知られている他の計算再構成アプローチを適用して、ｎ組の信号から線量マップを再構成することができ、各組の信号は、検知領域を通ってｎ個の異なる方向のうちの１つに略平行な方向に沿って検知領域を通って延びる複数のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から受信した信号を含むことも理解されよう。一般に、ｎ組の信号は、同じ平面（例えば、図２に示すｘｙ平面）に拘束され、同じ交点で交差する、ｎ個の方向に略平行に配向されたシンチレーションファイバについて得られ、ｎ個の方向のうちの連続する方向間の角度は、一般に、３６０／２ｎ度に設定される（ただし、方向は、任意の適切な方式に従って選択することができ、均一な回転オフセットにある必要はない）。方向の数は当業者によって決定されてもよく、典型的には、収集された信号から再構成された線量マップの空間分解能を高めるために、より多くの固有の方向が使用される。１組の信号が、ｎ個の方向のうちの第１の方向に略平行な方向に沿って検知領域１００を通って延びる複数のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から、コントローラによって積分時間ｔ中に収集され、これが、ｎ個の方向の各々について繰り返されて、ｎ個の方向の各々について１組の光検出器領域信号が得られる（線量計のすべての光検出器領域からの信号の収集は略同時であり得ることに留意されたい）。本明細書にさらに記載するように、これは、ｎ組のシンチレーションファイバを含む検知領域１００を線量計に設けることによって達成することができ、この場合、各組はｎ個の方向のうちの１つの異なる方向に略平行な方向に沿って検知領域１００を通って延びる複数のシンチレーションファイバを含み、および／またはｎ組未満のシンチレーションファイバを有する線量計を設けることができ、検知領域１００がｎ個の方向に直交する回転軸の周りにいくつかの回転ステップを通して回転され、各回転ステップの間に光検出器素子から信号が収集される。検知領域１００を通って延び、ｎ個の方向のうちの所与の方向に略平行に配向されたシンチレーションファイバに結合された光検出器領域が、所与の方向に直交して配向されたアレイに配置されている場合、特定の積分時間ｔ中に各光検出器領域から受信した信号の強度を表す値の２Ｄアレイ（すなわち、画像）は、コンピュータ断層撮影の分野から知られている放射線写真に類似していることが理解されよう（各光検出器領域で生成された信号は、光検出器領域に結合され、光検出器領域のアレイに略直交して配向された１つ以上のシンチレーションファイバに沿って受けた線量の積分に比例する）。したがって、検知領域１００で受けた放射線量の３Ｄ線量マップを再構成するために、当業者に知られているフィルタ補正逆投影（ラドン変換を使用する）または反復再構成などの既知の３Ｄ再構成方式を、そのような値の２Ｄアレイの組に適用することができ、各値は、ｎ個のシンチレーションファイバ配向の１つの異なる方向について複数の光検出器領域によって受信された信号を表す。

【0070】

いくつかの実施形態では、線量計１０は回転線量計を含み、回転線量計において、コントローラ６００は、検知領域を通って第１の方向に略平行に延びる複数のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域から信号を収集することを可能にするために、検知領域１００を回転させることができ、信号の組は、線量計１０の外側の基準フレームに対する第１の方向のそれぞれの異なる配向について収集することができる。検知領域１００を通って延びるシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域からの信号の組の取得の間に検知領域１００を回転させる一般的な原理を本明細書でさらに説明する。図９は、検知アセンブリ７１０を含むシンチレーションファイバの積層体が支持要素７２０に回転可能に取り付けられている回転線量計１０の実施形態を概略的に示す。検知アセンブリ７１０は、典型的には、本明細書でさらに説明するような、その例が図２、図４、図５および図６に概略的に示されている）、検知領域１００を含むシンチレーションファイバの配置を含む。検知アセンブリ７１０は、典型的には、検知アセンブリ７１０に含まれる複数のシンチレーションファイバに結合された複数の光検出器領域を各々が含む１つ以上の光検出器（図４に概略的に示す光検出器２０１、２０２など）も含む。本明細書でさらに説明するように、検知アセンブリ７１０は、検知領域１００と、検知領域１００を通って第１の方向に略平行に延びる第１の複数のシンチレーションファイバとを含み、任意選択的に、検知領域１００を通って、第１の方向とは異なる１つ以上のそれぞれのさらなる方向の各々に略平行に延びる１つ以上のさらなる複数のシンチレーションファイバを含み得る。検知アセンブリ７１０は、ステッパモータなどの回転アクチュエータ７４０に機械的に結合された回転要素７３０に取り付けられている（ただし、任意の適切なモータまたは回転アクチュエータを使用することができる）。図９に示す例では、シャフト７３０が検知アセンブリ７１０に結合され、シャフト７３０は、軸受（図示せず）を介して支持要素／ベースプレート７２０に取り付けられている。シャフト７３０は、検知アセンブリ７１０を支持し、シャフト７３０の軸周りに回転自由に検知アセンブリ７１０を拘束する。シャフトは、回転アクチュエータ７４０からの回転駆動が検知アセンブリ７１０の回転を引き起こすように、適切なギヤ配置またはプーリ配置によって回転アクチュエータ７４０の出力シャフト７５０に接続されている。このような配置により、回転アクチュエータ７４０からシャフト７３０に駆動をギヤダウンするように構成することができる。回転エンコーダ７６０（シャフトエンコーダなど）は、好ましくは、検知アセンブリ７１０の回転位置に関する情報を提供するために、出力シャフト７５０に、またはモータと検知アセンブリ７１０との間の駆動システム（例えば、ギヤトレイン）内の別の回転要素に結合される。コントローラ６００などのコントローラは、適切なデジタルまたはアナログインターフェースによって回転アクチュエータ７４０および回転エンコーダ７６０に結合され、回転エンコーダ７６０からの出力を監視することによって、シャフト７３０の回転軸周りに検知アセンブリ７１０の角度位置を可能にするように回転アクチュエータ７４０を駆動するように構成される。一般に、検知アセンブリ７１０の回転軸は、検知アセンブリ７１０に含まれる検知領域１００の幾何学的中心を通過するように構成される。図９に概略的に示す特定の配置は例示的なものであり、いくつかの実施形態では、配置は異なって構成され得ることが理解されよう。例えば、回転アクチュエータ７４０の出力シャフト７５０は、出力シャフト７５０と検知アセンブリ７１０との間にギヤ配置またはプーリ配置を介在させることなく、検知アセンブリ７１０に取り付けられてもよい。本明細書にさらに記載するアプローチに従って、コントローラ６００が複数の異なるシンチレーションファイバ配向の信号を収集および再構成することを可能にするために、回転線量計アセンブリを使用することができる。放射線ビームが１つ以上の光検出器を通過するのを回避するために、治療計画の特徴付け中に検知アセンブリ７１０を回転させることが有効であると考えられ得る。

【0071】

本明細書にさらに記載するように、本開示による線量計１０の１つの使用は、ＩＭＴＳまたは粒子線治療による治療の治療計画を検証することであり、前記治療計画は、患者内の治療領域に１つ以上の放射線ビームを導くことを含む。治療計画は、同時にまたは異なる時間に治療領域に複数のビームを導くことと、患者内の所定の空間分布にわたって所定の放射線量の送達を試みるためにビームの強度を任意選択的に変調することとを含み得る。治療計画は、一般に、腫瘍または病変の部位（すなわち、治療部位）に最大放射線量を送達し、治療部位の周囲の健康な組織における放射線量を最小限に抑えることを試みるように設計される。本開示による線量計は、線量計の検知領域内の放射線量の３Ｄ再構成（すなわち、線量マップ）を取得し、放射線量の空間分布を示し、それを、例えば患者の身体のＣＴまたはＭＲＩ画像に基づく数学的モデリングによって決定される治療計画のための放射線量の予測される空間分布と比較することによって、受けた放射線量の空間分布を検証するために使用することができる。

【0072】

使用中に、線量計１０は、線量計の検知領域１００が放射線量が送達される空間領域と整列するように、放射線量を送達するために使用される装置に対して所定の位置に配置される。例えば、線量計は、治療計画の送達中に患者が配置される作動治療テーブルに取り付けられてもよい。線量計の検知領域に対して既知の位置に配置された線量計１０上の基準マーカ（図示せず）を使用して、検知領域１００が、治療計画の送達中に患者の治療部位が配置される体積領域と空間的に（例えば、完全にまたは部分的に）整列するように、線量計１０を整列させることができる。検知領域１００のサイズおよび形状は、治療部位および周囲組織に対応する体積を包含するように構成されてもよく、場合によっては、治療される身体の全体（例えば、頭部、胴体または肢部）と同様のサイズおよび／または形状であるように構成されてもよい。次いで、患者に適用される治療計画は、ビームの入射方向およびビームパラメータ（例えば、加速電位）が治療計画に従って変調された状態で、１つ以上の放射線ビーム（例えば、１つ以上の高エネルギー陽子ペンシルビーム）を検知領域１００内に導くことによって、線量計１０の検知領域１００に適用される。治療計画中、線量計１０は、コントローラ６００によって制御されて、本明細書にさらに記載するアプローチに従って線量計に含まれる複数の光検出器領域のそれぞれから信号を収集する。信号は、連続的に光検出器領域から収集されてもよい。例えば、光検出器領域は、３３ミリ秒ごとに各センサ画素からコントローラによって信号が受信され、信号は、前記センサ画素に結合された１つ以上のシンチレーションファイバから受信したセンサ画素における光子計数に比例するように、センサ画素のアレイに対して例えば３０フレーム毎秒のフレームレートを有する、１つ以上のＣＭＯＳ光検出器のセンサ画素を含むことができる。コントローラは、ローリングシャッタ方式に従って光検出器から信号を読み取ることができる。各光検出器領域（例えば、１つ以上のセンサ画素）から受信した信号は、治療計画の期間以下であり得る積分期間にわたってコントローラ６００によって積分され得る。非回転線量計１００（すなわち、コントローラ６００からの入力に基づいて検知領域１００を回転させる回転アクチュエータ７４０を含まない）の場合、線量マップが治療計画の送達中に検知領域１００で受信した全線量を表すように、各光検出器領域の治療計画にわたる積分信号は、（本明細書でさらに説明するアプローチに従う）線量マップの再構成のための入力として使用され得る。他の例では、各光検出器領域から受信した信号は、治療計画の期間よりも短い積分期間にわたってコントローラによって積分されてもよい。治療計画（またはその一部）は、複数回繰り返されてもよく、線量計の検知アセンブリは治療計画（または一部）の各反復間で回転され、その結果、コントローラは、治療計画の各反復について検知領域を通って異なる方向に略平行に延びるシンチレーションファイバのそれぞれの組に結合された光検出器領域から信号の組を受信することができる。このようにして取得された信号を表すデータを使用して、本明細書にさらに記載される再構成アプローチ（例えば、直交シンチレーションファイバ配向について図８に関連して説明したアプローチ、および／または直交または非直交ファイバ配向のいずれかについてのフィルタ補正逆投影もしくは反復再構成アプローチなど）の１つを使用して線量マップを再構成することができる。

【0073】

本開示による線量計のさらなる使用は、陽子線写真または断層撮影プロトコルにおけるものであり、撮像される対象物を直に通過するのに十分高いエネルギーの陽子を含む複数の陽子ペンシルビームが、上述の線量計で検出され得る。陽子ビームがそれらの別個の経路に沿って遭遇する組織の阻止能の空間的変動に起因して、陽子は異なる残余飛程を有して出現する。この情報は、図１０に示すように線量計の各ビームの透過の深さを記録することによって見出すことができる。この情報は、陽子線治療によって治療される領域の陽子線－放射線写真を構築するために使用することができる。

【0074】

このようにして撮像される対象物の関心部位は、ヒトもしくは動物の身体の全体もしくは一部、または特徴付けの関心対象である任意の他の対象物であり得る。図１０は、陽子線源（図示せず）が、高エネルギー陽子線１の１つ以上のペンシルビームを人体の一部２（この例では頭部）を通って導くように配置される配置を概略的に示す。本明細書に記載の線量計１０は、陽子ビーム１の経路と一致して、撮像される部分の反対側に配置される。この構成における線量計１０は、陽子検出器として機能すると考えられ得る。陽子ビーム１が撮像される部分を通過した場合、撮像される部分を通過する陽子（すなわち、撮像される部分内で静止に至らない）は、本明細書にさらに記載するアプローチによる検出のために（すなわち、１つ以上の光検出器を使用して、線量計１０内のシンチレーション事象から光子信号を検出することによって）線量計１０によって捕捉され得る。撮像される部分を通過した「透過」光子ビームのエネルギー特性は、入射ビームの初期エネルギー特性、ならびに撮像される部分を通る陽子ビーム経路に沿った材料の陽子吸収特性および／または陽子散乱特性の関数となる。したがって、陽子線源と線量計１０との間の所与の経路線上の位置ｘにおける残余陽子エネルギーは、初期陽子エネルギー（すなわち、エネルギー降下）の関数として、陽子線源と位置ｘとの間の経路に沿った陽子減衰の線積分を表すと考えることができる。撮像される部分を通る所与の線経路上の陽子の残余エネルギーは、本開示による線量計１０によって特徴付けることができる。

【0075】

図１０は、ビーム１（例えば、ペンシルビーム）に含まれるいくつかの概念的な平行陽子ビーム経路を示し、それに沿って光子が撮像される部分２を通過し、線量計１０によって捕捉される。陽子のブラッグ特性の結果として、所与の経路に沿った線量計への陽子透過距離は、線量計材料の減衰特性、および前記経路に沿って移動する陽子の残余エネルギーの関数である。残余陽子が有するエネルギーが多いほど、残余陽子は線量計１０に（すなわち、本明細書でさらに説明するように、検知領域に）さらに透過する。線量計の陽子減衰特性が事実上均一であると仮定すると、所与のビーム経路に沿った陽子透過距離（線量計１０の検知領域内にある前記経路の部分に沿った蓄積エネルギー分布によって定量化される）を初期ビームエネルギーと共に使用して、撮像される部分を通る前記経路に沿った陽子減衰の線積分を定量化することができる。このようにして、（本明細書にさらに記載のアプローチ、すなわち、静的または回転構成に従って）線量計を使用して、透過陽子ビームのエネルギーを空間分解して特徴付けることができる。したがって、ビーム形状および線量計位置に関する情報を使用することによって、放射線写真を再構成することができ、この場合、画素強度値は撮像される部分を通る陽子減衰の線積分を表す。陽子線源および線量計１０が撮像される部分周りの角度の異なる位置に移動され、各角度位置について陽子ビーム１の陽子減衰が線量計１０によって特徴付けられる場合、得られた陽子線写真の組を使用して、当業者に知られている断層撮影アプローチを使用して撮像される部分内の陽子減衰の３Ｄマップを再構成することができる。撮像される患者／対象物が陽子ビーム内で回転される場合、ビームが通過する患者の領域内の組織構造の３Ｄ画像は、Ｘ線ＣＴ撮像に類似し、当業者に知られている技術（例えば、フィルタ補正逆投影または代数的再構成）を使用して、線量計によって得られた放射線写真に基づいて再構成することができる。そのような陽子線写真／断層撮影アプローチは、放射線治療による治療の治療計画段階で使用するために患者の治療部位を表す画像データを取得するために使用されてもよく、および／または陽子線治療中に（陽子線が患者を透過していないことを検証することによって）ビームエネルギーが高すぎないことを検証するために使用されてもよい。これらの技術は、陽子と同様のブラッグ特性を示す他の放射線の種類を使用した撮像に使用され得ることが理解されよう。

【0076】

したがって、検知領域内で第１の方向に略平行に延び、第１の方向に垂直な平面内で２次元アレイに配置された複数のシンチレーションファイバと、シンチレーションファイバのそれぞれにおける放射線相互作用事象に応答して、対応するそれぞれの光検出器領域に対する信号を生成するために、複数のシンチレーションファイバのそれぞれに結合された複数の光検出器領域を含む光検出器とを備え、光検出器領域から信号を受信し、複数の光検出器領域からの信号が、複数のシンチレーションファイバのうちの異なるシンチレーションファイバに放射線相互作用事象があったことを示す程度に基づいて、検知領域における放射線量の空間分布を決定するように配置されたコントローラをさらに備える、検知領域内の放射線量の空間分布を特徴付けるための線量計の実施形態が記載されている。

【0077】

本明細書に記載の様々な実施形態は、特許請求される特徴の理解および教示を支援するためにのみ提示される。これらの実施形態は、実施形態の代表的なサンプルとしてのみ提供され、網羅的および／または排他的ではない。本明細書に記載の利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、および／または他の態様は、特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲に対する制限または特許請求の範囲の均等物に対する制限と見なされるべきではなく、特許請求された発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を利用することができ、修正を行うことができることを理解されたい。本発明の様々な実施形態は、本明細書に具体的に記載されたもの以外の、開示された要素、構成要素、特徴、部分、ステップ、手段などの適切な組み合わせを適切に含むか、それからなるか、または本質的にそれからなることができる。さらに、本開示は、現在特許請求されていないが、将来特許請求され得る他の発明を含み得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】