検出器デバイス
本発明は、標的ボリューム（２３）に与えられる粒子線（２２）の貫通深さを検出する、少なくとも１つの検出手段（２５，５２）を備える検出器デバイスに関する。検出デバイス（１００，１５０）は、標的ボリューム内で生成された光子、特にガンマ量子、を検出するように構成及び設計されている。本発明はさらに、物体（２４）、特に物体（２４）の標的ボリューム（２３）に与えられる粒子線（２２）の貫通深さを判定する方法に関し、粒子線（２２）の相互作用によって物体（２４）内で生成された光子、特にガンマ量子、が検出器デバイス検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検出器デバイス、放射線デバイス、及び標的ボリュームに加えられた粒子線の貫通深さを判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の照射ボリューム（照射されるかたまり）内の標的ボリューム（標的のかたまり）をイオンビーム又は粒子線で照射することは、物質の、特に有機、無機及び生物学的材料の照射に関し、これは研究、工業、及び医療技術の様々な分野で用いられる。本文脈において標的ボリュームは特に、照射された材料を改変するために定められた線量が付与される領域を含み、特に、照射ボリュームはまた、この放射線によって定められた線量が標的ボリュームに加えられるような放射線によって貫通される、材料の領域を含む。「粒子線」又は「イオンビーム」との用語は、例えば陽子、炭素イオン、若しくは他の元素のイオンのような荷電粒子、パイオン、又は例えば中性子のような他の中性粒子からなる、高エネルギービームのことを特に指す。以下の説明において、「イオンビーム」及び「粒子線」との用語は、同義のものとして用いられる。高エネルギーとは、数ＭｅＶ／ａｍｕから数ＧｅＶ／ａｍｕ（ａｍｕ：原子質量単位）の範囲にある粒子のエネルギーを特に指す。
【０００３】
照射を行うのに適した放射線デバイスは概して、イオンビームを生成し形作る加速手段を有し、照射の目的のために、このイオンビームはビーム運搬システムを用いて照射ボリュームが位置する領域へと伝えられる。さらに放射線デバイスは、標的ボリュームの位置及び大きさへとイオンビームのパラメータを適合させる、ビーム修正手段を備える。特に、ビーム修正手段は、線量分布がおおよそ標的ボリュームの位置及び大きさに対応するような方法でイオンビームのエネルギー、方向、及び影響若しくは線量を特定するアプリケーションシステムとも呼ばれる。
【０００４】
照射ボリュームは、例えば照射フィールドを確認するために働く検出手段によって、シミュレートされうる。照射ボリュームは概して、横方向（ラテラル方向）、一般的にはｘ及びｙ方向へ最大の伸張を有し、イオンビームの方向とは垂直である、照射フィールドを含む。ここで、検出手段は、確認フィールド、又はいくつかの横方向（ラテラル方向）に伸張する確認フィールドが後ろに並んで配置されたいわゆるスタックで構成されうる。線量計測の分野においては、例えば、写真乳剤のフィルムが用いられる。さらに、照射フィールドにおける影響分布を測定するために、コアトレース検出器が採用される。医療応用の分野においては、生物学的組織の照射は、惑星間空間における宇宙線への暴露の影響を推定することができるように、粒子照射の影響を研究するために用いられる。
【０００５】
最後に、照射ボリューム内の標的ボリュームは、患者内の腫瘍のボリュームでもありうる。一般に、本明細書における照射ボリュームは治療する医師によって特定され、実際の標的ボリュームすなわち腫瘍ボリュームの他に、可視の腫瘍ボリュームの周りの安全マージンをも含む。ここで用いられるイオンビームは、照射ボリューム内の腫瘍組織を破壊する。
【０００６】
腫瘍治療において、イオンビームの特別な特性は、周りの健康な組織への損傷を最小限にしながら、腫瘍組織を非常に高い線量にさらすことを可能とする。これは主に、イオンビームの好ましい深さ−線量分布のためである。高エネルギーイオンビームが材料内に貫通する時、イオンビームは最初には小さいエネルギーしか付与（デポジット）しない。深さが増すにつれて、特定のエネルギー付与は増加し、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）ピークと呼ばれる分布カーブ領域において最大に達し、そして急激に低下する。結果として、より深い腫瘍であっても、周りの健康な組織によりも腫瘍組織により多くのエネルギーが付与されうる。さらに、例えば炭素イオンのような重イオンビームについては、生物学的有効性はブラッグピークの最大値において増加する。
【０００７】
標的ボリュームは概して、ブラッグピークが標的ボリュームにわたってｚ方向にシフト又は走査されるように、粒子線の方向（ｚ方向）において１スライス又は１層走査される。一般に、このブラッグピークのシフトは、粒子線のエネルギーが変化されるように行われる。この工程において標的ボリュームは、いわゆる等エネルギー層（アイソ・エネルギー・レイヤ）に分割され、種々の等エネルギー層のそれぞれは、異なるエネルギーの粒子線を受ける。標的ボリュームの横方向（ラテラル方向）の走査は、概してｘ，ｙ平面内の等エネルギー層を、好ましくは一度に一点、粒子線が走査するように行われる。このｘ−ｙ平面は、問題の等エネルギー層に対して本質的に垂直である。走査している点は概してマトリックス点と呼ばれ、標的ボリュームはマトリックス点に分割され、マトリックス点のそれぞれはｘ，ｙ，ｚ座標点を有し、好ましくは順番に走査され、特定の線量の粒子線が与えられる。
【０００８】
この工程において、照射される体（特に照射される体の内部のボリューム領域）は、静的／動かないか、又は動いていることができる。照射される物体中の照射ボリューム又は照射ボリューム、特に照射される標的ボリュームが、動いていることがありうる。動きは外部座標系に対して並進的なものであることができるだけでなく、むしろ照射される体の種々の領域の互いに対するシフトという形（ねじれ及び変形を含む）でもありうる。
【０００９】
本来的に動く体を照射することが可能であるために、いわゆる四次元照射法が用いられる。実際、時間変動を伴う（時間を４番目の次元として有する）三次元照射方法が存在する。このような処理方法は、高度に集積された部品（特にマイクロプロセッサ及びメモリチップ）の生産、及びミクロ構造又はナノ構造の機構の生産における、材料科学領域において見られることができる。
【００１０】
走査方法が用いられうる。特に、３つの特定のアプローチが議論される。これらは、いわゆる再走査（リスキャニング）法、ゲーティング法、及び追跡（トラッキング）法である。
【００１１】
再走査法の場合、照射される体は多くの回数の連続的な照射手順を受ける。統計的な平均として、動く体（又は照射される標的領域）が周期的に繰り返される移動パターンを有する場合に、標的ボリュームの十分に強い照射が達成される。しかしながら、このことはほぼ不可避なことに、実際には照射されるべきではない標的の体の部分領域への比較的高い放射線量をもたらす。さらに、再走査処理の原則は、比較的速く周期的に繰り返す動きに対して主に役に立つものではないことを意味する。
【００１２】
ゲーティング法の場合、照射されるボリューム領域が、比較的狭く範囲が定められ規定された領域内に位置する時にのみ、標的の体のアクティブな照射は行われる。他の時刻においてはしかしながら、照射は行われない（一般に、なぜなら粒子線がオフにされるため）。原則的に、ゲーティング法はよい照射結果を生み出す。しかしながら欠点は長い照射期間であり、このことはとりわけより高い費用を必要とする。
【００１３】
特に有望なアプローチが、追跡法によって提供される。この場合、照射される標的の体のボリューム領域の動きに対応して照射にさらされる領域は追跡される。追跡法は、精密な標的化された治療という利点と、比較的短い照射時間という利点とを併有する。
【００１４】
標的ボリュームの照射、及びすなわち腫瘍の照射に基づく腫瘍治療の成功は、イオンビームの有効部分が標的ボリュームにのみ集中することができる度合いに大きく依存する。
【００１５】
この理由のため、照射中に、物体の標的ボリューム内のイオンビームの正確な位置を可能な限り正確に知ることが望ましい。
【発明の概要】
【００１６】
標的ボリュームに与えられる粒子線の位置を判定する方法及び検出器デバイスを作り出すことが、本発明の目的である。さらに、このような検出器デバイスを有する照射デバイスを作り出すことが、本発明の目的である。
【００１７】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。有利な改善が、従属請求項の特徴から発見されうる。
【００１８】
本発明に係る、標的ボリュームに与えられる粒子線の貫通深さを検出する検出器デバイスは、前記標的ボリューム内で生成された光子、特にガンマ量子、を検出するように用意され構成された少なくとも１つの検出手段を有する。このように、粒子、特にイオンが減速する間に標的ボリューム内で生成される即発ガンマ線を検出することが可能となる。即発ガンマ線は、数ＭｅＶのエネルギー分布を有する光子であり、好適には３ＭｅＶと１０ＭｅＶとの間の連続的なエネルギー分布を有する。即発ガンマ線は、標的ボリュームの周りに本質的に等方的に放出される。したがって、少なくとも１つの検出手段は任意の角度方向に、特に標的ボリュームの周りに放射状に配置されうる。好ましくは検出手段は、イオンビームの方向から見て、標的ボリュームの横に（ラテラル方向に）及び／又は下に若しくは後ろに配置される。ガンマ線はイオンの減速過程のために標的ボリューム内で生成されるために、ガンマ線は有利なことに、標的ボリュームが粒子線を照射された時刻に検出されることができる。結果として、粒子線が標的ボリュームの１以上のマトリックス点へと与えられうる照射と同時に、光子が検出されうる。言い換えると、粒子線が標的ボリュームに与えられた時刻に、光子は測定される。得られた情報は、特にさらなる照射の進行を制御するために、さらなる照射の実行の際に有利に用いられることができる。この工程において、貫通深さが判定されたために、例えば粒子線のエネルギー補正が行われることができる。さらに、例えば追跡（トラッキング）法が用いられる場合、粒子線のエネルギーは検出手段から得られた情報を用いて追跡されることができる。これが再走査を用いる照射工程である場合、検出手段を用いて得られた貫通深さに関する情報は、さらなる照射の進行、特に再走査パラメータ、を行うために用いられうる。
【００１９】
検出器デバイスの好ましい実施形態において、さらなる検出手段が備えられ、前記さらなる検出手段が第１検出手段であり、前記少なくとも１つの検出手段は第２検出手段であり、前記少なくとも１つの第２検出手段は前記粒子線の方向から見て前記第１検出手段の後ろに配置されている。結果として、第１検出手段と第２検出手段との相対的な配置により、特に粒子線及び／又は標的ボリュームにおける粒子線の線量付与の空間分布を測定することができる。特に、粒子線を用いた標的ボリュームの照射によって生成された、特に高エネルギー光子又は即発ガンマ量子三次元の方向分解能のある検出が、達成されうる。好ましくは第１検出手段は粒子線を特徴付ける第１の量を測定するために備えられ、第２検出手段は粒子線を特徴付ける第２の量を測定するために備えられる。この過程において、光子は好ましくは第２検出手段でカウントされることができ、こうしてイオンビームの粒子の影響が判定されうる。しかしながら、光子はまたアナログ手段によって測定されることもできる。
【００２０】
好適には、第１検出手段は粒子線の方向を測定することができ、第２検出手段は標的ボリュームで生成された光子の強度を測定することができる。ここで第１検出手段は好適には、粒子線が標的ボリュームにぶつかり好ましくはそこで減速されて付与される前に、粒子線によって照射又は貫通されるように、配置されることができる。結果として、粒子線分布、特に標的ボリュームに対してｘ方向とｙ方向との少なくとも一方における位置が、特に第１検出手段の測定に基づいて判定されうる。第２検出手段は標的ボリュームにおけるｚ方向の位置を判定することができ、こうしてイオンビームの貫通深さを判定することができる。好適には第２検出手段はぶつかる光子を検出するので、標的ボリュームのどの等エネルギー層に特定の線量が付与されたのかが判定されうる。このことは、生成されたガンマ線の数が判定され、特にカウントされることによってなされうる。この原理に基づいて、標的ボリュームに既に付与された粒子の線量が、例えばカウントされた粒子を積分（インテグレーション）することによって判定されることができる。好適には、第１検出手段による測定及び第２検出手段による測定は、同時に行われることができる。特に、本質的に光子が生成された時点に、線量は測定されることができる。
【００２１】
ここで、上述の検出器デバイスを用いて、粒子線の局所分布、及び物体特に患者の標的ボリュームにおける粒子線の線量付与が、非侵襲的にそしてなによりも同時に測定されうることは有利である。照射の際（粒子線を当てる際）に判定される線量分布は、照射、特に当てることを制御するために用いられうる。このことは、とりわけ標的ボリュームの個々の小さな連続した部分ボリュームが照射される、例えば再走査法と追跡法との少なくとも一方のような、照射のアクティブな適用のために特に重要でありうる。
【００２２】
検出器デバイスの好適な実施形態において、前記第１検出手段が粒子線の少なくとも１つのラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段は用意され構成されている。第１検出手段は、好ましくは透過検出器であって粒子線を本質的に変化させない第１検出器でありうる。第１検出手段は特に、空間分解能のある検出器であることができ、例えば第１検出手段はワイヤチェンバ又はピクセルイオンチェンバでありうる。好適には、第１検出手段は小さな面密度を有する検出器である。
【００２３】
好適な実施形態において、前記第１検出手段が、前記粒子線の、第１のラテラル次元とは異なる少なくとも１つの第２のラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段は用意され構成されている。このように、ｘ座標とｙ座標のうちの少なくとも一方が、マトリクス点又はボクセルと呼ばれる標的ボリュームの特定の標的照射点にぶつかる粒子線について特定される。したがって、標的ボリューム内での粒子線の場所又は位置が、粒子線の方向を判定することによって本質的に判定されうる。特にビーム制御パラメータと組み合わせることにより、標的ボリューム内での粒子線の方向が、第１判定手段におけるラテラル（ｘ，ｙ）位置の判定に基づいて、判定されうる。標的ボリューム内の粒子線の位置は、同時に、高エネルギー光子が生成された場所でありうる。
【００２４】
検出器デバイスの第２検出手段は好適には、標的ボリューム内で生成された光子、好ましくは数ＭｅＶに至る又はこれより低いエネルギー範囲の高エネルギー光子の空間分解能のある測定によって、標的ボリューム内での粒子線の貫通深さを判定するように用意され構成されている。標的ボリューム内での粒子線の標的位置、特にブラッグピークは、高エネルギー光子が生成される場所であるため、光子が生成される場所の判定は、標的ボリュームに与えられる粒子線のブラッグピークの位置を、さらには標的ボリューム内の粒子線の貫通深さを、測定することを可能とする。この過程において、特に標的ボリュームの外側において空間分解能があるように光子が測定されるという点で、光子が生成される位置は第２検出手段によって判定されうる。標的ボリュームから出る光子の空間分布は、好ましくは等方的である。好適には、第２検出手段は標的ボリュームに関して横に（ラテラルに）、かつ粒子線の軸の外側に配置される。特に好適には、第２検出手段は好ましくは粒子線の軸の周りに放射状に、特に標的ボリュームから外側へと放射状に向かう軸の上に配置される。
【００２５】
ここで、空間分解能のある測定を行う少なくとも１つのガンマ検出器が、第２検出手段して用いられうる。好適には、検出器デバイスの第２検出手段は層構造を有する。前記第２検出手段の前記層は、当該層の１つの面が前記粒子線の軸に垂直に向けられるように構成されている。ここで第２検出手段はプレートで構成されていてもよく、このプレートは互いに平行に配置されていてもよい。プレートはいわゆるプレートスタック（積み重ね）を構成する。プレートの狭い側面は、標的ボリュームの方向に向けられうる。ビーム軸方向へのプレートスタックの範囲は、好ましくは標的ボリュームの範囲に等しいか又はそれより大きい。好適には、プレートスタックの面は本質的にビーム軸と平行に配置される。ここで、個々のプレートの面はビーム方向と平行に向けられていてもよい。結果として、標的ボリュームからの光子は個々のプレートの面にぶつかることができる。標的ボリューム内の位置に応じて、光子は異なるプレートに異なる角度でぶつかる。光子はそのエネルギーを１つのプレートへと又はいくつかのプレートへと放出し、あるいは通過するプレートへとエネルギーを付与する。ここで、コンプトン散乱、光電効果、及び対生成のような様々な過程によって、電子が生成される。プレート又は層は好ましくは薄いため、このことは標的ボリューム内での光子の異なる出所を十分に区別することを可能とし、こうして良い空間分解能を可能とする。運動量保存則のために、個々のプレートにおいて形成された電子は前方に散乱される。結果として、電子は元々形成された光子の伝搬方向に散乱される。こうして、１つの検出器プレート又は１つの検出器層に垂直にぶつかった電子のみが、その全てのエネルギーをその１つのプレート又は１つの層に付与することができる。斜めにぶつかった電子は、１つのプレートへとそのエネルギーの全てを付与する可能性は低く、むしろエネルギーは２以上のプレートで測定されるだろう。プレートあたり測定されるエネルギーはこのような電子については、１つのプレートへとエネルギーを放出する電子と比べて、より低いだろう。したがって、それぞれのプレートで測定された放出エネルギーに基づいて、光子の方向が、したがって標的ボリューム中での出所が、判定されることができる。それゆえ、標的ボリューム中で生成された光子、特にガンマ量子が、空間分解能があるように検出されうる。
【００２６】
好適な検出器デバイスは、第２検出手段がストップ検出器として設計されており、第２検出手段が好ましくはビーム方向からみた時に標的ボリュームの後ろに配置されていることを特徴とする。好適には、第２検出手段はビーム軸上に、又はビーム軸と少なくとも対称に配置される。一般に知られている全てのプラスチック検出器がストップ検出器として用いられうる。ダイヤモンド検出器、特に多結晶ダイヤモンド検出器を用いることもまた考えられる。ストップ検出器は、標的ボリュームの遠位端に、特に粒子線の方向からみて標的ボリュームの後ろに、配置されることが好ましい。特に、ストップ検出器は固定位置を有する。光子、特に即発ガンマ線の出所、特にｚ方向が、位置に基づいて、すなわち標的ボリュームから第２検出手段までの距離に基づいて、及び測定された飛行時間に基づいて、判定されうる。粒子線の生成を開始するレーザパルスは、飛行時間測定の開始信号として働きうる。この原理に基づいて、引き続いて、個々のマトリックス点又はボクセルにおける粒子線の位置が判定されうる。追加のストップ検出器がまた備えられることもできる。特に、追加のストップ検出器は粒子線の軸に対して異なる角度で配置されうる。この原理に基づいて、標的ボリュームにおいて形成されたビームの一部分の位置が、計算アルゴリズムを用いて再構築されうる。
【００２７】
物体内の標的ボリュームを照射する放射線デバイスであって、少なくとも１つの加速手段を有し、ビーム生成手段及びビーム形成手段とさらに粒子線を制御する制御手段と、本発明に係る少なくとも１つの検出器デバイスとを有する放射線デバイスによっても、この目的はまた達成される。加速手段は、数百ＭｅＶから数十ＧｅＶの範囲の粒子線が生成されうるシンクロトロン又はサイクロトロンのような一般に知られている加速器であることができる。しかしながら加速手段はまた、好ましくは、レーザ誘導加速器でありうる。ここで、ストップ検出器として用いられる第２検出手段を備える検出器デバイスに対する開始信号としてレーザビームが機能しうることは有利である。レーザ誘導加速器の場合、非常に高い出力（ペタワットレーザ）を持つレーザビームがフィルムへと発射される。とりわけ、これは粒子線が生成されうる荷電粒子をもたらす。するとこの粒子線は標的ボリュームへと発射されてそこで付与され、このプロセスにおいて粒子がまたブラッグピークにおいて付与されて、減速のために即発ガンマ線が生成される。
【００２８】
放射線デバイスの好適な実施形態において、検出器デバイスは、前記放射線デバイスの前記制御手段へと供給されうる制御信号を生成するように用意され構成されている。制御手段は、特にオンラインで、好ましくは照射と同時に、照射を制御することができる。特に、粒子線の貫通深さに関して、検出器デバイスからの制御信号は標的ボリュームの連続するマトリックス点を走査又は追跡するために用いられうる。
【００２９】
好適には放射線デバイスは、検出器デバイスが光子、特に高エネルギーガンマ線を検出する少なくとも１つの検出手段を有することを特徴とする。好適には、第１検出手段と第２検出手段との少なくとも一方が備えられ、前記第１検出手段及び少なくとも１つの前記第２検出手段は、前記標的ボリュームに対して少なくとも２つの異なる位置に、好適には互いに直角となる２つの位置に、配置されている。好適には、少なくとも１つの第２検出手段は標的ボリュームの側方に配置される。特に、第２検出手段は標的ボリュームを放射状に回る位置に配置されうる。ここで第２検出手段は標的ボリューム面に、又は標的ボリュームの下方に、測地的に配置されることができる。
【００３０】
物体内への、特に該物体内の標的ボリューム内への、粒子線の貫通深さを判定する方法であって、前記粒子線の相互作用によって前記物体内で生成された光子、特にガンマ量子、が少なくとも１つの検出器デバイス、特に請求項１乃至７の何れか１項に記載の検出器デバイスによって検出される方法によってもまた、目的は達成される。
【００３１】
好適には、特に空間分解能のある検出手段を用いて、前記粒子線の方向、特に前記標的ボリューム内での前記粒子線のラテラル位置、が検出されうる。この過程において検出手段は、少なくとも１つの光子の出所として、標的ボリューム内での粒子線の位置を判定することができる。このことは、検出手段において測定された、光子又は光子から生成された電子のエネルギーの測定に基づいてなされうる。
【００３２】
好適には、この方法により、前記光子、特にガンマ量子、が前記粒子線の軸の外側のいくつかの位置において互いに独立に検出されうる。結果として、薄い層を有する層状検出手段が用いられうる。
【００３３】
好適には、前記粒子線によって照射された前記物体の前記標的ボリューム内の前記光子の出所が、前記標的ボリューム内の前記出所から検出手段までの前記光子の飛行時間を測定することによって判定されるように、この方法は構成される。ここで検出手段は好ましくはガンマ検出器である。ここで飛行時間測定は好ましくは粒子線を生成するレーザからの信号によって開始される。
【００３４】
結果として、この方法は標的ボリュームへと与えられる粒子線の位置を判定するために好適であり、標的ボリューム内で生成された光子の位置が検出される。ここで特に、体への粒子線の貫通深さが決定されることができ、粒子線の相互作用によって標的ボリューム内で生成されたガンマ量子の飛行時間が特に検出されうる。
【００３５】
上述のデバイス及び方法の特別な技術的特徴及び利点が、併せて記述及び議論される。ここで、デバイスの特徴及び利点は方法にもあてはまりかつ方法にも有効であり、逆も成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
以下に、有利な実施形態に基づいて、添付の図面を参照して、本発明がより詳細に説明される。同一の又は類似のオブジェクトは、同じ参照番号で表される。
【図１】第１検出手段及び第２検出手段を備える検出器デバイス。
【図２】層状の第２検出手段。
【図３ａ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｂ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｃ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｄ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図４】レーザビームがフィルムを通過する時の過程。
【図５】飛行時間（タイム・オブ・フライト）を測定する構成を有する検出器デバイス。
【図６】光子のカウントレートが光子エネルギーの関数としてプロットされたダイアグラム。
【図７】本発明に係る方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、第１検出手段２０及び第２検出手段２５を備える検出器デバイス１００の概略図を示す。第１検出手段２０は、ビーム方向１０２から見て第２検出手段の前面に配置され、このビーム方向１０２は粒子線２２の方向を示し、矢印１０２によって示される。本明細書において、粒子線２２はイオンビームであってもよく、特に陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン又は酸素イオンのビームでありうる。ビーム２２はまた、パイオン又はミューオンを含んでもよく、上述の粒子の２以上の組み合わせであってもよい。
【００３８】
イオンビーム２２は、イオン源（不図示）を備える加速手段、又はレーザビームによって駆動される加速手段において生成されうる。本文脈において、粒子線２２の生成は、検出器デバイス１００の動作方法にとって重要ではない。粒子線２２のエネルギーは、典型的には数十ＭｅＶ／ａｍｕから数ＧｅＶ／ａｍｕである。ここで粒子線２２のエネルギーは、例えば患者２４のような物体２４内の標的ボリュームの照射のために粒子線２２が適しているように、選択される。物体２４、特に患者２４は、ここでは楕円２４として概略的に描かれている。しかしながら物体２４は人体模型（ファントム）であってもよく、患者の照射前又は照射後に照射パラメータを確認するためのものであってもよい。ここでエネルギーは、粒子線２２が物体２４へと数センチメートル貫通して標的ボリューム２３内で停止するように、典型的には選択される。ここで粒子線２２のエネルギー損失は、典型的にはブラッグ分布に対応する。標的ボリューム２３において、波矢印１０１で示される光子が生成される。生成された光子のエネルギー分布は、図６と共により詳しく説明される。光子は標的ボリューム２３から放出され、標的ボリューム２３の外側で検出されうる。外に出る光子の角度分布は、典型的には等方性である。光子は、ビーム軸の周りに放射状に配置された１以上の検出手段において検出されうる。生成された光子はまた、即発ガンマ量子（プロンプト・ガンマ・クアンタ）とも呼ばれる。
【００３９】
第２検出手段２５は層状検出器として構成され、プレート又は層１，２，３，４，５，６，７，８，９，及び１０を有する。プレート１から１０の番号、又は層１から１０の番号は、単なる例であって、制限する意味はないことが理解されるだろう。検出手段２５の動作方法は、図２及び図３に関する説明においてより詳細に説明される。第２検出手段２５は、斜視図で示される。第２検出手段２５は、標的ボリューム２３に面する正面１０４を有する。さらに第２検出手段２５は、標的ボリューム２３の向きからそれている裏側に裏面１０８を有し、また第１の側面１１０及び第２の側面１１２を有し、さらに上面１０６を有する。
【００４０】
第１検出手段２０は好適には空間分解能を有する検出器であるか、又は空間分解された測定を行う検出器であり、粒子線２２が検出器を通過した場所を検出することができる。ここで検出手段２０の面密度は、検出手段２０が透過検出器であるように選択される。好適には第１検出手段２０は、イオンチェンバ（電離箱）、ワイヤチェンバ、又はピクセルイオンチェンバである。第１検出手段２０は特に、１８１２×１７０７ピクセルの分解能を有するピクセルイオンチェンバでありうる。しかしながら、より小さいピクセル数値を有するピクセルイオンチェンバもまた用いられることができる。典型的には、３ｍｍよりも小さい分解能が達成されうる。典型的には分解能はμｍの範囲にあり、特におよそ１００μｍであるか又はこれより小さい。第１検出手段２０の典型的な幾何的寸法は、およそ４０ｃｍ×４０ｃｍでありうる。
【００４１】
図２は、図１の第２検出手段２５を、長さ方向の断面におけるプレート又は層１から１０の構成とともに示す。長さ方向の断面は、第２検出手段２５の正面１０４と平行に走る。矢印１１４及び矢印１１６は、光子及び光子によって生成された電子の軌道を示し、これらは正面１０４に垂直にぶつかり、そうしてプレートの方向と平行に「走る」。プレートが十分に長いのであれば、電子はその全てのエネルギーをプレートに付与することができる。矢印１１８及び矢印１２０は、光子及び光子によって生成された電子の軌道を示し、これらは角度α１で第２検出手段２５の正面１０４にぶつかる。ここで角度α１は、好ましくは０°と角度αｇｒとの間にある。矢印１２２及び矢印１２８は、角度α２で正面１０４にぶつかる軌道を示し、この角度α２は角度α１よりも大きい。結果として、矢印１３０で示されるプレート方向に対して斜めに走る電子は、そのエネルギーを１つのみのプレートにおいて放出する可能性が小さくなる。このような電子は、いくつかのプレートを通過し、そのエネルギーをいくつかのプレートへと放出するだろう。このように、いくつかのプレートにおいてエネルギー信号を測定することが可能であって、このエネルギー信号は少ない付与エネルギーを示すだろう。図３は、このようなエネルギースペクトルを示す。これらの信号から、標的ボリューム２３内での粒子線２２の範囲、すなわち標的ボリューム２３内における、関連する電子を生成する光子の出所が判定されうる。この目的のために、プレート１から１０は互いに個別に独立に読み出される。このことを示すスペクトルが、図３に示される。
【００４２】
プレート１から１０のうちの１つの厚さが５ｍｍよりも小さい典型的なプレートの厚さにおいては、深さ分解能は５ｍｍよりも小さい。腫瘍治療における応用のため、すなわち標的ボリューム２３内での粒子線２２の臨床上関連する範囲を判定するために、適切な構成及びプレートの厚さによって、１ｍｍの典型的な分解能が達成されうる。この目的のために、好適には第２検出手段２５は標的ボリューム２３の側方に配置され、ほぼ同様の構造を有する他の検出手段（不図示）が標的ボリューム２３を備える患者２４の下方に配置される。いくつかの検出手段２５，２５'，２５''などが標的ボリューム２３の側方及び下方に配置された場合、さらに小さい分解能が達成されうる。原則として、検出手段２５はビーム軸１０２をまわる円上の任意の位置に配置されうる。
【００４３】
検出手段２５の構成は、国際公開第２００８／００９５２８号、特に２３ページから２７ページ、並びに図３、図４、及び図５においてより詳細に説明されており、本明細書においてこれらに参照がなされる。この検出手段２５は方向感度を有する。
【００４４】
図３は、検出手段２５のプレート１から１０へと付与された、光子又は生成された電子のエネルギーの、測定されたエネルギースペクトルを示す。カウントレートＮが、エネルギーＥｄｅｐ（ＭｅＶ）の関数としてプロットされている。ここでエネルギーは、好適には検出手段のプレートへと付与された電子のエネルギーである。運動量保存則のために、コンプトン散乱又は光子散乱、又は光子からの対生成によって検出手段２５のプレートにおいて生成された電子は、前方にすなわち元々生成された光子の伝搬方向に方向付けられるだろう。図３ａは、検出手段のプレート１から１０の配置と平行に光子が検出手段２５にぶつかる場合についての、エネルギースペクトルを示す。図３ｂは、角度α＝３０°についてのエネルギースペクトルを示す。３ＭｅＶのエネルギーにおいてカウントされ又は記録された光子又は電子の数Ｎは、より少ないことがわかるだろう。図３ａのスペクトルにおいておよそＮ＝２８００であるのと比較して、Ｎはおよそ２０００である。図３ｃはα＝６０°である場合についてのエネルギースペクトルを示し、３ＭｅＶのエネルギーにおけるカウントレートＮが２０００イベントよりも少ないことが示されている。図３ｄは、角度α＝９０°の光子又は電子について得られたエネルギースペクトルを示す。ここで、３ＭｅＶのエネルギーについて記録されたイベントの数Ｎは、より少ない。図３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのスペクトルは、個々のプレートのものであり、例示として理解されるだろう。これらのスペクトルに基づいて、個々のプレートに斜めにぶつかる光子又は電子は高エネルギー部分（およそ３ＭｅＶ）においてあまり寄与しないこと、又はそれぞれの個別のプレートにおいてより少ないイベントしか記録されないことが、わかるだろう。一般に、検出手段２５のプレートは、標的ボリューム２３におけるイオンの範囲を超えて広がっている。結果として光子は、プレート１０４の正面１０４に垂直にぶつかることができない。典型的には、番号４，５，６，７，８のプレートは、光子が正面１０４に垂直にぶつかることができるプレートである。番号９及び１０のプレート、また１から３のプレートは、斜めの入射角で光子を受け取るのみである。プレート１から３、９、及び１０にぶつかるこれらの光子は、プレートにより少ないエネルギーしか放出しない。この理由は、幾何学的な環境のために、光子が検出手段２５のプレート１から３及び９及び１０に平行にぶつかることができないからである。
【００４５】
図４は、レーザ駆動加速技術において役割を果たす過程の概略図を示す。短時間パルスレーザは、非常に高い強度（好適にはペタワットの範囲）の光子パルスを、フェムト秒の時間ウィンドウ内で生成し、このレーザは薄い炭素フィルム１４０へと発射される。フィルムにおいてはまず、電子（「−」でマークされている）が炭素フィルム１４０の原子ユニオン（アトミックユニオン）から放出され、これはプラズマ１４２を形成し、これによって残りのイオン（「＋」でマークされている）が、およそ１０１２テスラ毎メートルのフィールド強度によって、１ミリメートルよりも小さい非常に短い加速距離内で数ＭｅＶまで加速される。これらの加速されたイオンは、例えば図１及び図５において参照番号２２によって示される粒子線へと形づけられうる、粒子線を形成することができる。この粒子線２２は、標的ボリューム２３を照射するために用いられる。この粒子線２２又はイオンピームは、図４には示されていない。
【００４６】
図５は、検出デバイス１５０の概略描写を示す。検出デバイス１５０は好適には、イオンビーム２２について非常に短いパルス時間を有するレーザ駆動加速器とともに用いられる。検出デバイス１５０は第１検出手段２０を有する。この第１検出手段２０は、例えばワイヤチェンバでありうる。検出手段２０は、粒子線の方向、又は粒子線のｘ及びｙ方向の横方向（ラテラル方向）位置を判定するために用いられうる。さらに検出デバイス１５０は、第２検出手段１５２を有する。第２検出手段１５２は、粒子線２２の方向から見て標的ボリューム２３の後ろに配置され、ストップ検出器（ストップ・ディテクタ）として働く。標的ボリューム２３において生成される光子、特にガンマ量子は、第２検出手段１５２において記録される。この光子は、第２検出手段１５２の厚さ及び材料に応じて、第２検出手段１５２において停止させられうる。第２検出手段１５２は好適には、一般に知られているプラスチック検出器、又は一般に知られており好適には多結晶ダイヤモンドで構成されているダイヤモンド検出器である。標的ボリューム２３において生成されたガンマ光１５４の正確な位置は、ストップ検出器１５２の位置、若しくは標的ボリューム２３と検出手段１５２との間の距離に由来する飛行距離１６０に基づいて、並びに測定された飛行時間に基づいて、判定されうる。このように、標的ボリューム２３へと与えられる粒子線２２の貫通深さが判定されうる。第２検出手段１５２に加えて、追加のストップ検出器（不図示）がまた、粒子線２２について角度で配置されることができる。
【００４７】
レーザ駆動粒子加速器の特別な特徴、及び標的ボリューム２３における貫通深さの検出との関係が、以下で一般的に説明される。レーザ駆動粒子加速器の場合、粒子線の時間にわたる分解能は本質的に、生成された粒子パルスのエネルギー分解能に依存し、この加速技術の将来の適用においてこれは数パーセントという必要値に達しているだろう。現在のところ、レーザ加速の加速器はまだ実験段階にある。現実的に、時間にわたる分解能が数ピコ秒の範囲となることが想定される。このように、対応する粒子パルス又は粒子線が体又は患者２４へと照射された時を判定することができる。
【００４８】
患者２４内で、腫瘍組織でありうる標的ボリューム２３への減速距離において、エネルギー散乱、及びすなわち放出された即発ガンマ量子の時間にわたる分散は、数パーセントだけ拡大するだろう。このように、即発ガンマ量子も同様にピコ秒の分解能で放出されるものと推測できる。ガンマ量子が生成される位置と、即発ガンマ検出との間の距離は、飛行時間へと変換されうる。光は、０．３ｍｍ／ピコ秒の速度を有する。このことは、検出手段５２において、言い換えれば体２４の外部のカウンタにおいて、放出されたガンマ量子の飛行時間を測定することにより、ミリメートル以内で正確に光子の出所からの距離が判定されうることを意味する。
【００４９】
検出方法はそれゆえ、ＴＯＦ法（ＴＯＦ：飛行時間（タイム・オブ・フライト））であってもよく、この方法によって患者２４内の（粒子）ビームの貫通深さが測定されうる。即発ガンマ量子の生成時刻は、レーザパルスによる生成と併せて上述したように、ピコ秒以内で正確に分かる。この信号は、開始信号として働きうる。患者２４の外部にある高速検出器（ビーム軸１０２上に配置された第２検出手段５２）において、ガンマ量子の衝突が、ストップ検出器として機能する第２検出手段５２への距離にわたる飛行時間に基づいて測定及び判定される。光速はエネルギーに依存しないため、測定された信号は、エネルギーとは無関係に、生成された全てのガンマ量子から生じる。
【００５０】
貫通深さを測定するために、ストップ検出器（第２検出手段５２）は、ビーム方向に、光子の出所の遠位側に配置されうる。一般的に知られているプラスチック検出器、又は例えば多結晶ダイヤモンド検出器のような他のものが、ストップ検出器として用いられうる。同時に生成された光子の飛行時間の測定は、ガンマ放射の源／出所、言い換えれば例えば患者のような標的ボリューム２３にイオンビームがぶつかる場所の正確な位置をもたらす。一次ビーム（最初の粒子線の軸）に対して様々な角度で追加のストップ検出器を用いることにより、適切なプログラムは患者２４内でのビームの一部分のそれぞれの位置を再構築することができる。
【００５１】
図６は、水標的に陽子が発射された場合に光子が生成されるのを示すダイアグラムを表す。ダイアグラムにおいては、生成される光子の数が、そのエネルギー（ｘ軸）の関数として、ｙ軸にプロットされている。ここで、生成される光子の数についての判定は、水標的に発射される１００個の陽子について行われている。生成される光子の強度は、本質的に３ＭｅＶと１０ＭｅＶとの間にある。これは、陽子の粒子線がヒト組織に発射された場合に生成されるであろう光子の数及びエネルギーにおおよそ対応する。このようにこのダイアグラムは、ヒト組織に粒子線が付与された時に、およそ３ＭｅＶから１０ＭｅＶのエネルギーの光子が生成されることを示す。これらの光子はまたガンマ量子としても呼ばれ、そして数ＭｅＶに至る連続したエネルギースペクトルを有し、これらは標的ボリュームにおいて付与された粒子線の周りに等方的に放出される。患者におけるイオンの減速過程において、数ＭｅＶに至るエネルギーを有するこのような高エネルギーのガンマ量子が生成される。これらの量子は本質的に患者から離れ、外部から検出されうる。その数は、付与された粒子の数に依存する。第２検出手段２５及び５２によって検出されるだろう光子は、こうしてこのエネルギー分布によって判定されうる。結果として、検出手段２５及び／又は５２は、３ＭｅＶから１０ＭｅＶの間のエネルギー範囲の光子を検出することができるように設置される。こうして、減速過程において放出されたこれらのいわゆる即発ガンマ量子、すなわち電磁放射の検出は、標的ボリューム２３において粒子線２２の粒子が付与される場所を検出するために役に立ちうる。結果として、第１検出手段２０と第２検出手段２５との組み合わせのために、ガンマ線の源が特定されうるような、方向分解能のある検知が達成される。即発ガンマ量子の測定は、標的ボリューム２３における粒子線２２の貫通深さを判定することを可能とする。
【００５２】
ここで、検出器デバイスは粒子線に応じて異なるように構成される。加速手段を有するシンクロトロン又はサイクロトロンに見られるような型の連続ビームの場合、患者２４の前面にある空間分解能をもつ粒子検出器（検出手段２０）が、治療ビームと平行に患者の隣に取り付けられた連続層ガンマ検出器（第２検出手段２５）と組み合わせて、粒子線２２のために用いられうる。国際公開第２００８／００９５２８号に記載されている検出器エレメントは、この目的のために用いられうる（図１を参照）。空間分解能のある粒子透過検出器（例えばワイヤチェンバ、ピクセルイオンチェンバ、又は他の空間分解能のある面密度の低い透過カウンタ）において、横方向（ラテラル方向）の（ｘ−ｙ）座標は、それぞれのボクセル要素の中の粒子線について特定される。結果として、患者又は体の前面における定められたビーム制御のために、患者又は体内におけるビーム方向もまた定められる。
【００５３】
図１及び図２に関連して詳細な説明において既に説明されたように、貫通深さの測定は層状ガンマ検出器（検出器デバイス２５）を用いて、特に国際公開第２００８／００９５２８号の図１及び図２、並びに１９ページ２１行から２１ページ１４行までに示されているように、行われた。本文脈において、この深さはコリメータを用いることなく、それゆえ高い効率で判定されうる。高エネルギー光子／ガンマ量子の場合、運動力保存則のために、二次生成物、すなわちコンプトン電子又は光電子又は対生成電子は、前方に、すなわち元の光子の伝搬方向に散乱される。検出手段が個々のとりわけ薄い層、すなわちプレートからなるか又はこれで構成されるために、検出手段２５に全てのエネルギーを付与する可能性を有する電子は、プレートの方向と平行に入った電子のみである。斜めにぶつかった電子がそのエネルギーを１つのプレートに付与する可能性はより低いだろう。このことは国際公開２００８／００９５２８号、特にこの文献の図３、図４及び図５に関連する２３ページ２８行から２７ページ３２行に記載されており、ここでこの文献に対する参照がなされる。
【００５４】
国際公開２００８／００９５２８号において地雷を発見することと併せて既に説明された検出システムと同様に、これらの形式の検出器は方向感度を有する。源の方向が探し出される国際公開第２００８／００９５２８号の地雷検出器とは対照的に、検出手段２５は範囲を測定するために用いられうる。このために、検出器材料の列（検出器材料でできたプレート）は個々に、すなわち互いに独立に、読み出されてもよい。患者内でのイオンの範囲を超える検出器には平行にぶつかることができないガンマ量子のみが到達し、それゆえエネルギースペクトルの高エネルギー部分にはほとんど寄与しない。
【００５５】
標的ボリュームにおいて生成された光子の直接検出は、以下に説明するように、他の方法に対する利点を提供する。もし、標的に最もよく一致する照射を達成することが意図されるならば、アクティブな調節、いわゆる強度変調粒子治療（ＩＭＰＴ）が行われ、この場合標的ボリュームは２００００から５００００個の小さい個々のボリューム（ボクセル）に分割され、ボクセルは数分の間に次々と照射される。ＩＭＰＴのための、患者内で生成された同位体１０Ｃ及び１１Ｃの陽電子崩壊の同時測定、いわゆるインビームＰＥＴが、質の保証として開発されており、ダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）重イオン治療において採用された。この技術により、それぞれの照射フラクション（部分照射）の後で患者内のビームの範囲分布を判定することが可能となり、不一致は識別されて患者の少ないパーセントで修正された。しかしながら、２つの重要なＰＥＴ同位体である１０Ｃ及び１１Ｃはそれぞれ１９秒及び２０秒という寿命を有するため、ＰＥＴを用いる分析は照射後にのみ行われることができる。
【００５６】
患者内での線量付与の質を保証するための同様の分析がまた提案されており、陽子治療について試験された。ここでは主に、陽電子放出物質１５Ｏ（半減期：２分）が解析された。したがって、既知の方法の欠点は、このようなＰＥＴ分析が他のイオン放射について可能であったとしても、それぞれの半減期のために、それぞれのフラクションの後の解析に基づいてのみ行われうるという事実にある。
【００５７】
結果として、患者におけるビームの同時観測は達成されない。現時点では、ＧＳＩヘルムホルツ重イオン研究センターＧｍｂＨ（ＧＳＩ Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＧｍｂＨ）によって用いられる形式のインビームＰＥＴを別としては、即発ガンマ量子を解析するために、すなわち患者内でのビームの位置を見つけるために臨床的に用いられうる、標準的な方法は存在しない。
【００５８】
物理学において通常用いられるエネルギー分解能のある分光計は、第一には誤った情報：位置の代わりにエネルギーを与えるため、さらにこのような分光計はまた効率が低いため（応答可能性は数パーセントの範囲にしかない）、さらにこの効率はガンマエネルギーとともに低下し、ＭｅＶの範囲については低いため、このことには適していない。
【００５９】
ＮａＪ又はプラスチックシンチレータ又は他のガンマ検出器（Ｓｉ又はＧｅ半導体）のようなシンチレーションガンマ検出器は、それ自身方向分解能を有さない。これは上流のコリメータによって達成されうるが、やはり、これは効率の代価として得られる。第１の散乱フィルムにおいて光子がフィルムから外へ電子を放出させられ、そして総体的動力学（トータル・キネティクス）の解析から一次光子／ガンマ量子の出所又は方向が判定されるような、コリメータのないコンプトン検出器装置を効率的に用いることは可能ではない。これは、コンプトンカウンタもまた数パーセントのみの低い効率を有し、このため臨床用とにはほとんど適していないからである。
【００６０】
これが、即発放出ガンマ量子を測定する本発明に係る検出器デバイス及び方法が有利な理由である。ここで、治療ビームの時間構造（タイムストラクチャ）に依存して、すなわちイオンビームシンクロトロンの場合のように連続的に（又はほぼ連続的に）放出されるか否かに依存して、又は現在開発されているレーザ駆動加速器のようにマイクロパルスでビームが放出されるか否かに依存して、ガンマ量子は異なる時間構造を有する。（その時間構造についてサイクロトロンはパルス型加速器により似ている。）
【００６１】
図７は、物体２４の標的ボリューム２３内での照射される粒子線２２の貫通深さが判定されうる方法を示す。粒子線の方向は、方法ステップ２００において判定される。このことは好適には、粒子線２２の少なくとも１つの横方向（ラテラル方向）を判定する第１検出手段２０を用いて行われる。標的ボリューム２３内で粒子線２２によって生成される光子のｚ位置は、空間分解能のある検出手段によって、第２の方法ステップ２１０において判定される。方法ステップ２１０において、標的ボリューム２３内の粒子線２２の判定されたｘ又はｙ位置と、判定されたｚ位置とは組み合わされ、標的ボリューム内の照射マトリックス点が判定される。制御信号が方法ステップ２２５において送られうる。放射線デバイスと加速手段との少なくとも一方を制御するために、この制御信号は１つの制御ユニットに供給されうる。
【００６２】
本発明の１つの実施形態において、代わりに、方法ステップ２１０は、前方に、言い換えればビーム方向から見て放出された光子の飛行時間を測定することによって行われることもできる。光子についてのストップ検出器として働く第２検出手段と、粒子線による標的ボリューム内の光子の出所との間の距離は、光子の飛行時間の測定によって判定される。このように、標的ボリューム内の光子の出所の正確な位置が判定されうる。ここで第２検出手段５２は本質的に０°に、好ましくはビーム軸１０２上に位置する。こうして、標的ボリューム２３内での粒子線２２の貫通深さが判定されうる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は検出器デバイス、放射線デバイス、及び標的ボリュームに加えられた粒子線の貫通深さを判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の照射ボリューム（照射されるかたまり）内の標的ボリューム（標的のかたまり）をイオンビーム又は粒子線で照射することは、物質の、特に有機、無機及び生物学的材料の照射に関し、これは研究、工業、及び医療技術の様々な分野で用いられる。本文脈において標的ボリュームは特に、照射された材料を改変するために定められた線量が付与される領域を含み、特に、照射ボリュームはまた、この放射線によって定められた線量が標的ボリュームに加えられるような放射線によって貫通される、材料の領域を含む。「粒子線」又は「イオンビーム」との用語は、例えば陽子、炭素イオン、若しくは他の元素のイオンのような荷電粒子、パイオン、又は例えば中性子のような他の中性粒子からなる、高エネルギービームのことを特に指す。以下の説明において、「イオンビーム」及び「粒子線」との用語は、同義のものとして用いられる。高エネルギーとは、数ＭｅＶ／ａｍｕから数ＧｅＶ／ａｍｕ（ａｍｕ：原子質量単位）の範囲にある粒子のエネルギーを特に指す。
【０００３】
照射を行うのに適した放射線デバイスは概して、イオンビームを生成し形作る加速手段を有し、照射の目的のために、このイオンビームはビーム運搬システムを用いて照射ボリュームが位置する領域へと伝えられる。さらに放射線デバイスは、標的ボリュームの位置及び大きさへとイオンビームのパラメータを適合させる、ビーム修正手段を備える。特に、ビーム修正手段は、線量分布がおおよそ標的ボリュームの位置及び大きさに対応するような方法でイオンビームのエネルギー、方向、及び影響若しくは線量を特定するアプリケーションシステムとも呼ばれる。
【０００４】
照射ボリュームは、例えば照射フィールドを確認するために働く検出手段によって、シミュレートされうる。照射ボリュームは概して、横方向（ラテラル方向）、一般的にはｘ及びｙ方向へ最大の伸張を有し、イオンビームの方向とは垂直である、照射フィールドを含む。ここで、検出手段は、確認フィールド、又はいくつかの横方向（ラテラル方向）に伸張する確認フィールドが後ろに並んで配置されたいわゆるスタックで構成されうる。線量計測の分野においては、例えば、写真乳剤のフィルムが用いられる。さらに、照射フィールドにおける影響分布を測定するために、コアトレース検出器が採用される。医療応用の分野においては、生物学的組織の照射は、惑星間空間における宇宙線への暴露の影響を推定することができるように、粒子照射の影響を研究するために用いられる。
【０００５】
最後に、照射ボリューム内の標的ボリュームは、患者内の腫瘍のボリュームでもありうる。一般に、本明細書における照射ボリュームは治療する医師によって特定され、実際の標的ボリュームすなわち腫瘍ボリュームの他に、可視の腫瘍ボリュームの周りの安全マージンをも含む。ここで用いられるイオンビームは、照射ボリューム内の腫瘍組織を破壊する。
【０００６】
腫瘍治療において、イオンビームの特別な特性は、周りの健康な組織への損傷を最小限にしながら、腫瘍組織を非常に高い線量にさらすことを可能とする。これは主に、イオンビームの好ましい深さ−線量分布のためである。高エネルギーイオンビームが材料内に貫通する時、イオンビームは最初には小さいエネルギーしか付与（デポジット）しない。深さが増すにつれて、特定のエネルギー付与は増加し、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）ピークと呼ばれる分布カーブ領域において最大に達し、そして急激に低下する。結果として、より深い腫瘍であっても、周りの健康な組織によりも腫瘍組織により多くのエネルギーが付与されうる。さらに、例えば炭素イオンのような重イオンビームについては、生物学的有効性はブラッグピークの最大値において増加する。
【０００７】
標的ボリュームは概して、ブラッグピークが標的ボリュームにわたってｚ方向にシフト又は走査されるように、粒子線の方向（ｚ方向）において１スライス又は１層走査される。一般に、このブラッグピークのシフトは、粒子線のエネルギーが変化されるように行われる。この工程において標的ボリュームは、いわゆる等エネルギー層（アイソ・エネルギー・レイヤ）に分割され、種々の等エネルギー層のそれぞれは、異なるエネルギーの粒子線を受ける。標的ボリュームの横方向（ラテラル方向）の走査は、概してｘ，ｙ平面内の等エネルギー層を、好ましくは一度に一点、粒子線が走査するように行われる。このｘ−ｙ平面は、問題の等エネルギー層に対して本質的に垂直である。走査している点は概してマトリックス点と呼ばれ、標的ボリュームはマトリックス点に分割され、マトリックス点のそれぞれはｘ，ｙ，ｚ座標点を有し、好ましくは順番に走査され、特定の線量の粒子線が与えられる。
【０００８】
この工程において、照射される体（特に照射される体の内部のボリューム領域）は、静的／動かないか、又は動いていることができる。照射される物体中の照射ボリューム又は照射ボリューム、特に照射される標的ボリュームが、動いていることがありうる。動きは外部座標系に対して並進的なものであることができるだけでなく、むしろ照射される体の種々の領域の互いに対するシフトという形（ねじれ及び変形を含む）でもありうる。
【０００９】
本来的に動く体を照射することが可能であるために、いわゆる四次元照射法が用いられる。実際、時間変動を伴う（時間を４番目の次元として有する）三次元照射方法が存在する。このような処理方法は、高度に集積された部品（特にマイクロプロセッサ及びメモリチップ）の生産、及びミクロ構造又はナノ構造の機構の生産における、材料科学領域において見られることができる。
【００１０】
走査方法が用いられうる。特に、３つの特定のアプローチが議論される。これらは、いわゆる再走査（リスキャニング）法、ゲーティング法、及び追跡（トラッキング）法である。
【００１１】
再走査法の場合、照射される体は多くの回数の連続的な照射手順を受ける。統計的な平均として、動く体（又は照射される標的領域）が周期的に繰り返される移動パターンを有する場合に、標的ボリュームの十分に強い照射が達成される。しかしながら、このことはほぼ不可避なことに、実際には照射されるべきではない標的の体の部分領域への比較的高い放射線量をもたらす。さらに、再走査処理の原則は、比較的速く周期的に繰り返す動きに対して主に役に立つものではないことを意味する。
【００１２】
ゲーティング法の場合、照射されるボリューム領域が、比較的狭く範囲が定められ規定された領域内に位置する時にのみ、標的の体のアクティブな照射は行われる。他の時刻においてはしかしながら、照射は行われない（一般に、なぜなら粒子線がオフにされるため）。原則的に、ゲーティング法はよい照射結果を生み出す。しかしながら欠点は長い照射期間であり、このことはとりわけより高い費用を必要とする。
【００１３】
特に有望なアプローチが、追跡法によって提供される。この場合、照射される標的の体のボリューム領域の動きに対応して照射にさらされる領域は追跡される。追跡法は、精密な標的化された治療という利点と、比較的短い照射時間という利点とを併有する。
【００１４】
標的ボリュームの照射、及びすなわち腫瘍の照射に基づく腫瘍治療の成功は、イオンビームの有効部分が標的ボリュームにのみ集中することができる度合いに大きく依存する。
【００１５】
この理由のため、照射中に、物体の標的ボリューム内のイオンビームの正確な位置を可能な限り正確に知ることが望ましい。
【発明の概要】
【００１６】
標的ボリュームに与えられる粒子線の位置を判定する方法及び検出器デバイスを作り出すことが、本発明の目的である。さらに、このような検出器デバイスを有する照射デバイスを作り出すことが、本発明の目的である。
【００１７】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。有利な改善が、従属請求項の特徴から発見されうる。
【００１８】
本発明に係る、標的ボリュームに与えられる粒子線の貫通深さを検出する検出器デバイスは、前記標的ボリューム内で生成された光子、特にガンマ量子、を検出するように用意され構成された少なくとも１つの検出手段を有する。このように、粒子、特にイオンが減速する間に標的ボリューム内で生成される即発ガンマ線を検出することが可能となる。即発ガンマ線は、数ＭｅＶのエネルギー分布を有する光子であり、好適には３ＭｅＶと１０ＭｅＶとの間の連続的なエネルギー分布を有する。即発ガンマ線は、標的ボリュームの周りに本質的に等方的に放出される。したがって、少なくとも１つの検出手段は任意の角度方向に、特に標的ボリュームの周りに放射状に配置されうる。好ましくは検出手段は、イオンビームの方向から見て、標的ボリュームの横に（ラテラル方向に）及び／又は下に若しくは後ろに配置される。ガンマ線はイオンの減速過程のために標的ボリューム内で生成されるために、ガンマ線は有利なことに、標的ボリュームが粒子線を照射された時刻に検出されることができる。結果として、粒子線が標的ボリュームの１以上のマトリックス点へと与えられうる照射と同時に、光子が検出されうる。言い換えると、粒子線が標的ボリュームに与えられた時刻に、光子は測定される。得られた情報は、特にさらなる照射の進行を制御するために、さらなる照射の実行の際に有利に用いられることができる。この工程において、貫通深さが判定されたために、例えば粒子線のエネルギー補正が行われることができる。さらに、例えば追跡（トラッキング）法が用いられる場合、粒子線のエネルギーは検出手段から得られた情報を用いて追跡されることができる。これが再走査を用いる照射工程である場合、検出手段を用いて得られた貫通深さに関する情報は、さらなる照射の進行、特に再走査パラメータ、を行うために用いられうる。
【００１９】
検出器デバイスの好ましい実施形態において、さらなる検出手段が備えられ、前記さらなる検出手段が第１検出手段であり、前記少なくとも１つの検出手段は第２検出手段であり、前記少なくとも１つの第２検出手段は前記粒子線の方向から見て前記第１検出手段の後ろに配置されている。結果として、第１検出手段と第２検出手段との相対的な配置により、特に粒子線及び／又は標的ボリュームにおける粒子線の線量付与の空間分布を測定することができる。特に、粒子線を用いた標的ボリュームの照射によって生成された、特に高エネルギー光子又は即発ガンマ量子三次元の方向分解能のある検出が、達成されうる。好ましくは第１検出手段は粒子線を特徴付ける第１の量を測定するために備えられ、第２検出手段は粒子線を特徴付ける第２の量を測定するために備えられる。この過程において、光子は好ましくは第２検出手段でカウントされることができ、こうしてイオンビームの粒子の影響が判定されうる。しかしながら、光子はまたアナログ手段によって測定されることもできる。
【００２０】
好適には、第１検出手段は粒子線の方向を測定することができ、第２検出手段は標的ボリュームで生成された光子の強度を測定することができる。ここで第１検出手段は好適には、粒子線が標的ボリュームにぶつかり好ましくはそこで減速されて付与される前に、粒子線によって照射又は貫通されるように、配置されることができる。結果として、粒子線分布、特に標的ボリュームに対してｘ方向とｙ方向との少なくとも一方における位置が、特に第１検出手段の測定に基づいて判定されうる。第２検出手段は標的ボリュームにおけるｚ方向の位置を判定することができ、こうしてイオンビームの貫通深さを判定することができる。好適には第２検出手段はぶつかる光子を検出するので、標的ボリュームのどの等エネルギー層に特定の線量が付与されたのかが判定されうる。このことは、生成されたガンマ線の数が判定され、特にカウントされることによってなされうる。この原理に基づいて、標的ボリュームに既に付与された粒子の線量が、例えばカウントされた粒子を積分（インテグレーション）することによって判定されることができる。好適には、第１検出手段による測定及び第２検出手段による測定は、同時に行われることができる。特に、本質的に光子が生成された時点に、線量は測定されることができる。
【００２１】
ここで、上述の検出器デバイスを用いて、粒子線の局所分布、及び物体特に患者の標的ボリュームにおける粒子線の線量付与が、非侵襲的にそしてなによりも同時に測定されうることは有利である。照射の際（粒子線を当てる際）に判定される線量分布は、照射、特に当てることを制御するために用いられうる。このことは、とりわけ標的ボリュームの個々の小さな連続した部分ボリュームが照射される、例えば再走査法と追跡法との少なくとも一方のような、照射のアクティブな適用のために特に重要でありうる。
【００２２】
検出器デバイスの好適な実施形態において、前記第１検出手段が粒子線の少なくとも１つのラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段は用意され構成されている。第１検出手段は、好ましくは透過検出器であって粒子線を本質的に変化させない第１検出器でありうる。第１検出手段は特に、空間分解能のある検出器であることができ、例えば第１検出手段はワイヤチェンバ又はピクセルイオンチェンバでありうる。好適には、第１検出手段は小さな面密度を有する検出器である。
【００２３】
好適な実施形態において、前記第１検出手段が、前記粒子線の、第１のラテラル次元とは異なる少なくとも１つの第２のラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段は用意され構成されている。このように、ｘ座標とｙ座標のうちの少なくとも一方が、マトリクス点又はボクセルと呼ばれる標的ボリュームの特定の標的照射点にぶつかる粒子線について特定される。したがって、標的ボリューム内での粒子線の場所又は位置が、粒子線の方向を判定することによって本質的に判定されうる。特にビーム制御パラメータと組み合わせることにより、標的ボリューム内での粒子線の方向が、第１判定手段におけるラテラル（ｘ，ｙ）位置の判定に基づいて、判定されうる。標的ボリューム内の粒子線の位置は、同時に、高エネルギー光子が生成された場所でありうる。
【００２４】
検出器デバイスの第２検出手段は好適には、標的ボリューム内で生成された光子、好ましくは数ＭｅＶに至る又はこれより低いエネルギー範囲の高エネルギー光子の空間分解能のある測定によって、標的ボリューム内での粒子線の貫通深さを判定するように用意され構成されている。標的ボリューム内での粒子線の標的位置、特にブラッグピークは、高エネルギー光子が生成される場所であるため、光子が生成される場所の判定は、標的ボリュームに与えられる粒子線のブラッグピークの位置を、さらには標的ボリューム内の粒子線の貫通深さを、測定することを可能とする。この過程において、特に標的ボリュームの外側において空間分解能があるように光子が測定されるという点で、光子が生成される位置は第２検出手段によって判定されうる。標的ボリュームから出る光子の空間分布は、好ましくは等方的である。好適には、第２検出手段は標的ボリュームに関して横に（ラテラルに）、かつ粒子線の軸の外側に配置される。特に好適には、第２検出手段は好ましくは粒子線の軸の周りに放射状に、特に標的ボリュームから外側へと放射状に向かう軸の上に配置される。
【００２５】
ここで、空間分解能のある測定を行う少なくとも１つのガンマ検出器が、第２検出手段して用いられうる。好適には、検出器デバイスの第２検出手段は層構造を有する。前記第２検出手段の前記層は、当該層の１つの面が前記粒子線の軸に垂直に向けられるように構成されている。ここで第２検出手段はプレートで構成されていてもよく、このプレートは互いに平行に配置されていてもよい。プレートはいわゆるプレートスタック（積み重ね）を構成する。プレートの狭い側面は、標的ボリュームの方向に向けられうる。ビーム軸方向へのプレートスタックの範囲は、好ましくは標的ボリュームの範囲に等しいか又はそれより大きい。好適には、プレートスタックの面は本質的にビーム軸と平行に配置される。ここで、個々のプレートの面はビーム方向と平行に向けられていてもよい。結果として、標的ボリュームからの光子は個々のプレートの面にぶつかることができる。標的ボリューム内の位置に応じて、光子は異なるプレートに異なる角度でぶつかる。光子はそのエネルギーを１つのプレートへと又はいくつかのプレートへと放出し、あるいは通過するプレートへとエネルギーを付与する。ここで、コンプトン散乱、光電効果、及び対生成のような様々な過程によって、電子が生成される。プレート又は層は好ましくは薄いため、このことは標的ボリューム内での光子の異なる出所を十分に区別することを可能とし、こうして良い空間分解能を可能とする。運動量保存則のために、個々のプレートにおいて形成された電子は前方に散乱される。結果として、電子は元々形成された光子の伝搬方向に散乱される。こうして、１つの検出器プレート又は１つの検出器層に垂直にぶつかった電子のみが、その全てのエネルギーをその１つのプレート又は１つの層に付与することができる。斜めにぶつかった電子は、１つのプレートへとそのエネルギーの全てを付与する可能性は低く、むしろエネルギーは２以上のプレートで測定されるだろう。プレートあたり測定されるエネルギーはこのような電子については、１つのプレートへとエネルギーを放出する電子と比べて、より低いだろう。したがって、それぞれのプレートで測定された放出エネルギーに基づいて、光子の方向が、したがって標的ボリューム中での出所が、判定されることができる。それゆえ、標的ボリューム中で生成された光子、特にガンマ量子が、空間分解能があるように検出されうる。
【００２６】
好適な検出器デバイスは、第２検出手段がストップ検出器として設計されており、第２検出手段が好ましくはビーム方向からみた時に標的ボリュームの後ろに配置されていることを特徴とする。好適には、第２検出手段はビーム軸上に、又はビーム軸と少なくとも対称に配置される。一般に知られている全てのプラスチック検出器がストップ検出器として用いられうる。ダイヤモンド検出器、特に多結晶ダイヤモンド検出器を用いることもまた考えられる。ストップ検出器は、標的ボリュームの遠位端に、特に粒子線の方向からみて標的ボリュームの後ろに、配置されることが好ましい。特に、ストップ検出器は固定位置を有する。光子、特に即発ガンマ線の出所、特にｚ方向が、位置に基づいて、すなわち標的ボリュームから第２検出手段までの距離に基づいて、及び測定された飛行時間に基づいて、判定されうる。粒子線の生成を開始するレーザパルスは、飛行時間測定の開始信号として働きうる。この原理に基づいて、引き続いて、個々のマトリックス点又はボクセルにおける粒子線の位置が判定されうる。追加のストップ検出器がまた備えられることもできる。特に、追加のストップ検出器は粒子線の軸に対して異なる角度で配置されうる。この原理に基づいて、標的ボリュームにおいて形成されたビームの一部分の位置が、計算アルゴリズムを用いて再構築されうる。
【００２７】
物体内の標的ボリュームを照射する放射線デバイスであって、少なくとも１つの加速手段を有し、ビーム生成手段及びビーム形成手段とさらに粒子線を制御する制御手段と、本発明に係る少なくとも１つの検出器デバイスとを有する放射線デバイスによっても、この目的はまた達成される。加速手段は、数百ＭｅＶから数十ＧｅＶの範囲の粒子線が生成されうるシンクロトロン又はサイクロトロンのような一般に知られている加速器であることができる。しかしながら加速手段はまた、好ましくは、レーザ誘導加速器でありうる。ここで、ストップ検出器として用いられる第２検出手段を備える検出器デバイスに対する開始信号としてレーザビームが機能しうることは有利である。レーザ誘導加速器の場合、非常に高い出力（ペタワットレーザ）を持つレーザビームがフィルムへと発射される。とりわけ、これは粒子線が生成されうる荷電粒子をもたらす。するとこの粒子線は標的ボリュームへと発射されてそこで付与され、このプロセスにおいて粒子がまたブラッグピークにおいて付与されて、減速のために即発ガンマ線が生成される。
【００２８】
放射線デバイスの好適な実施形態において、検出器デバイスは、前記放射線デバイスの前記制御手段へと供給されうる制御信号を生成するように用意され構成されている。制御手段は、特にオンラインで、好ましくは照射と同時に、照射を制御することができる。特に、粒子線の貫通深さに関して、検出器デバイスからの制御信号は標的ボリュームの連続するマトリックス点を走査又は追跡するために用いられうる。
【００２９】
好適には放射線デバイスは、検出器デバイスが光子、特に高エネルギーガンマ線を検出する少なくとも１つの検出手段を有することを特徴とする。好適には、第１検出手段と第２検出手段との少なくとも一方が備えられ、前記第１検出手段及び少なくとも１つの前記第２検出手段は、前記標的ボリュームに対して少なくとも２つの異なる位置に、好適には互いに直角となる２つの位置に、配置されている。好適には、少なくとも１つの第２検出手段は標的ボリュームの側方に配置される。特に、第２検出手段は標的ボリュームを放射状に回る位置に配置されうる。ここで第２検出手段は標的ボリューム面に、又は標的ボリュームの下方に、測地的に配置されることができる。
【００３０】
物体内への、特に該物体内の標的ボリューム内への、粒子線の貫通深さを判定する方法であって、前記粒子線の相互作用によって前記物体内で生成された光子、特にガンマ量子、が少なくとも１つの検出器デバイス、特に請求項１乃至７の何れか１項に記載の検出器デバイスによって検出される方法によってもまた、目的は達成される。
【００３１】
好適には、特に空間分解能のある検出手段を用いて、前記粒子線の方向、特に前記標的ボリューム内での前記粒子線のラテラル位置、が検出されうる。この過程において検出手段は、少なくとも１つの光子の出所として、標的ボリューム内での粒子線の位置を判定することができる。このことは、検出手段において測定された、光子又は光子から生成された電子のエネルギーの測定に基づいてなされうる。
【００３２】
好適には、この方法により、前記光子、特にガンマ量子、が前記粒子線の軸の外側のいくつかの位置において互いに独立に検出されうる。結果として、薄い層を有する層状検出手段が用いられうる。
【００３３】
好適には、前記粒子線によって照射された前記物体の前記標的ボリューム内の前記光子の出所が、前記標的ボリューム内の前記出所から検出手段までの前記光子の飛行時間を測定することによって判定されるように、この方法は構成される。ここで検出手段は好ましくはガンマ検出器である。ここで飛行時間測定は好ましくは粒子線を生成するレーザからの信号によって開始される。
【００３４】
結果として、この方法は標的ボリュームへと与えられる粒子線の位置を判定するために好適であり、標的ボリューム内で生成された光子の位置が検出される。ここで特に、体への粒子線の貫通深さが決定されることができ、粒子線の相互作用によって標的ボリューム内で生成されたガンマ量子の飛行時間が特に検出されうる。
【００３５】
上述のデバイス及び方法の特別な技術的特徴及び利点が、併せて記述及び議論される。ここで、デバイスの特徴及び利点は方法にもあてはまりかつ方法にも有効であり、逆も成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
以下に、有利な実施形態に基づいて、添付の図面を参照して、本発明がより詳細に説明される。同一の又は類似のオブジェクトは、同じ参照番号で表される。
【図１】第１検出手段及び第２検出手段を備える検出器デバイス。
【図２】層状の第２検出手段。
【図３ａ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｂ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｃ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図３ｄ】第２検出手段の測定ダイアグラムであり、エネルギーＥｄｅｐの関数としてのカウントレート。
【図４】レーザビームがフィルムを通過する時の過程。
【図５】飛行時間（タイム・オブ・フライト）を測定する構成を有する検出器デバイス。
【図６】光子のカウントレートが光子エネルギーの関数としてプロットされたダイアグラム。
【図７】本発明に係る方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、第１検出手段２０及び第２検出手段２５を備える検出器デバイス１００の概略図を示す。第１検出手段２０は、ビーム方向１０２から見て第２検出手段の前面に配置され、このビーム方向１０２は粒子線２２の方向を示し、矢印１０２によって示される。本明細書において、粒子線２２はイオンビームであってもよく、特に陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン又は酸素イオンのビームでありうる。ビーム２２はまた、パイオン又はミューオンを含んでもよく、上述の粒子の２以上の組み合わせであってもよい。
【００３８】
イオンビーム２２は、イオン源（不図示）を備える加速手段、又はレーザビームによって駆動される加速手段において生成されうる。本文脈において、粒子線２２の生成は、検出器デバイス１００の動作方法にとって重要ではない。粒子線２２のエネルギーは、典型的には数十ＭｅＶ／ａｍｕから数ＧｅＶ／ａｍｕである。ここで粒子線２２のエネルギーは、例えば患者２４のような物体２４内の標的ボリュームの照射のために粒子線２２が適しているように、選択される。物体２４、特に患者２４は、ここでは楕円２４として概略的に描かれている。しかしながら物体２４は人体模型（ファントム）であってもよく、患者の照射前又は照射後に照射パラメータを確認するためのものであってもよい。ここでエネルギーは、粒子線２２が物体２４へと数センチメートル貫通して標的ボリューム２３内で停止するように、典型的には選択される。ここで粒子線２２のエネルギー損失は、典型的にはブラッグ分布に対応する。標的ボリューム２３において、波矢印１０１で示される光子が生成される。生成された光子のエネルギー分布は、図６と共により詳しく説明される。光子は標的ボリューム２３から放出され、標的ボリューム２３の外側で検出されうる。外に出る光子の角度分布は、典型的には等方性である。光子は、ビーム軸の周りに放射状に配置された１以上の検出手段において検出されうる。生成された光子はまた、即発ガンマ量子（プロンプト・ガンマ・クアンタ）とも呼ばれる。
【００３９】
第２検出手段２５は層状検出器として構成され、プレート又は層１，２，３，４，５，６，７，８，９，及び１０を有する。プレート１から１０の番号、又は層１から１０の番号は、単なる例であって、制限する意味はないことが理解されるだろう。検出手段２５の動作方法は、図２及び図３に関する説明においてより詳細に説明される。第２検出手段２５は、斜視図で示される。第２検出手段２５は、標的ボリューム２３に面する正面１０４を有する。さらに第２検出手段２５は、標的ボリューム２３の向きからそれている裏側に裏面１０８を有し、また第１の側面１１０及び第２の側面１１２を有し、さらに上面１０６を有する。
【００４０】
第１検出手段２０は好適には空間分解能を有する検出器であるか、又は空間分解された測定を行う検出器であり、粒子線２２が検出器を通過した場所を検出することができる。ここで検出手段２０の面密度は、検出手段２０が透過検出器であるように選択される。好適には第１検出手段２０は、イオンチェンバ（電離箱）、ワイヤチェンバ、又はピクセルイオンチェンバである。第１検出手段２０は特に、１８１２×１７０７ピクセルの分解能を有するピクセルイオンチェンバでありうる。しかしながら、より小さいピクセル数値を有するピクセルイオンチェンバもまた用いられることができる。典型的には、３ｍｍよりも小さい分解能が達成されうる。典型的には分解能はμｍの範囲にあり、特におよそ１００μｍであるか又はこれより小さい。第１検出手段２０の典型的な幾何的寸法は、およそ４０ｃｍ×４０ｃｍでありうる。
【００４１】
図２は、図１の第２検出手段２５を、長さ方向の断面におけるプレート又は層１から１０の構成とともに示す。長さ方向の断面は、第２検出手段２５の正面１０４と平行に走る。矢印１１４及び矢印１１６は、光子及び光子によって生成された電子の軌道を示し、これらは正面１０４に垂直にぶつかり、そうしてプレートの方向と平行に「走る」。プレートが十分に長いのであれば、電子はその全てのエネルギーをプレートに付与することができる。矢印１１８及び矢印１２０は、光子及び光子によって生成された電子の軌道を示し、これらは角度α１で第２検出手段２５の正面１０４にぶつかる。ここで角度α１は、好ましくは０°と角度αｇｒとの間にある。矢印１２２及び矢印１２８は、角度α２で正面１０４にぶつかる軌道を示し、この角度α２は角度α１よりも大きい。結果として、矢印１３０で示されるプレート方向に対して斜めに走る電子は、そのエネルギーを１つのみのプレートにおいて放出する可能性が小さくなる。このような電子は、いくつかのプレートを通過し、そのエネルギーをいくつかのプレートへと放出するだろう。このように、いくつかのプレートにおいてエネルギー信号を測定することが可能であって、このエネルギー信号は少ない付与エネルギーを示すだろう。図３は、このようなエネルギースペクトルを示す。これらの信号から、標的ボリューム２３内での粒子線２２の範囲、すなわち標的ボリューム２３内における、関連する電子を生成する光子の出所が判定されうる。この目的のために、プレート１から１０は互いに個別に独立に読み出される。このことを示すスペクトルが、図３に示される。
【００４２】
プレート１から１０のうちの１つの厚さが５ｍｍよりも小さい典型的なプレートの厚さにおいては、深さ分解能は５ｍｍよりも小さい。腫瘍治療における応用のため、すなわち標的ボリューム２３内での粒子線２２の臨床上関連する範囲を判定するために、適切な構成及びプレートの厚さによって、１ｍｍの典型的な分解能が達成されうる。この目的のために、好適には第２検出手段２５は標的ボリューム２３の側方に配置され、ほぼ同様の構造を有する他の検出手段（不図示）が標的ボリューム２３を備える患者２４の下方に配置される。いくつかの検出手段２５，２５'，２５''などが標的ボリューム２３の側方及び下方に配置された場合、さらに小さい分解能が達成されうる。原則として、検出手段２５はビーム軸１０２をまわる円上の任意の位置に配置されうる。
【００４３】
検出手段２５の構成は、国際公開第２００８／００９５２８号、特に２３ページから２７ページ、並びに図３、図４、及び図５においてより詳細に説明されており、本明細書においてこれらに参照がなされる。この検出手段２５は方向感度を有する。
【００４４】
図３は、検出手段２５のプレート１から１０へと付与された、光子又は生成された電子のエネルギーの、測定されたエネルギースペクトルを示す。カウントレートＮが、エネルギーＥｄｅｐ（ＭｅＶ）の関数としてプロットされている。ここでエネルギーは、好適には検出手段のプレートへと付与された電子のエネルギーである。運動量保存則のために、コンプトン散乱又は光子散乱、又は光子からの対生成によって検出手段２５のプレートにおいて生成された電子は、前方にすなわち元々生成された光子の伝搬方向に方向付けられるだろう。図３ａは、検出手段のプレート１から１０の配置と平行に光子が検出手段２５にぶつかる場合についての、エネルギースペクトルを示す。図３ｂは、角度α＝３０°についてのエネルギースペクトルを示す。３ＭｅＶのエネルギーにおいてカウントされ又は記録された光子又は電子の数Ｎは、より少ないことがわかるだろう。図３ａのスペクトルにおいておよそＮ＝２８００であるのと比較して、Ｎはおよそ２０００である。図３ｃはα＝６０°である場合についてのエネルギースペクトルを示し、３ＭｅＶのエネルギーにおけるカウントレートＮが２０００イベントよりも少ないことが示されている。図３ｄは、角度α＝９０°の光子又は電子について得られたエネルギースペクトルを示す。ここで、３ＭｅＶのエネルギーについて記録されたイベントの数Ｎは、より少ない。図３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのスペクトルは、個々のプレートのものであり、例示として理解されるだろう。これらのスペクトルに基づいて、個々のプレートに斜めにぶつかる光子又は電子は高エネルギー部分（およそ３ＭｅＶ）においてあまり寄与しないこと、又はそれぞれの個別のプレートにおいてより少ないイベントしか記録されないことが、わかるだろう。一般に、検出手段２５のプレートは、標的ボリューム２３におけるイオンの範囲を超えて広がっている。結果として光子は、プレート１０４の正面１０４に垂直にぶつかることができない。典型的には、番号４，５，６，７，８のプレートは、光子が正面１０４に垂直にぶつかることができるプレートである。番号９及び１０のプレート、また１から３のプレートは、斜めの入射角で光子を受け取るのみである。プレート１から３、９、及び１０にぶつかるこれらの光子は、プレートにより少ないエネルギーしか放出しない。この理由は、幾何学的な環境のために、光子が検出手段２５のプレート１から３及び９及び１０に平行にぶつかることができないからである。
【００４５】
図４は、レーザ駆動加速技術において役割を果たす過程の概略図を示す。短時間パルスレーザは、非常に高い強度（好適にはペタワットの範囲）の光子パルスを、フェムト秒の時間ウィンドウ内で生成し、このレーザは薄い炭素フィルム１４０へと発射される。フィルムにおいてはまず、電子（「−」でマークされている）が炭素フィルム１４０の原子ユニオン（アトミックユニオン）から放出され、これはプラズマ１４２を形成し、これによって残りのイオン（「＋」でマークされている）が、およそ１０１２テスラ毎メートルのフィールド強度によって、１ミリメートルよりも小さい非常に短い加速距離内で数ＭｅＶまで加速される。これらの加速されたイオンは、例えば図１及び図５において参照番号２２によって示される粒子線へと形づけられうる、粒子線を形成することができる。この粒子線２２は、標的ボリューム２３を照射するために用いられる。この粒子線２２又はイオンピームは、図４には示されていない。
【００４６】
図５は、検出デバイス１５０の概略描写を示す。検出デバイス１５０は好適には、イオンビーム２２について非常に短いパルス時間を有するレーザ駆動加速器とともに用いられる。検出デバイス１５０は第１検出手段２０を有する。この第１検出手段２０は、例えばワイヤチェンバでありうる。検出手段２０は、粒子線の方向、又は粒子線のｘ及びｙ方向の横方向（ラテラル方向）位置を判定するために用いられうる。さらに検出デバイス１５０は、第２検出手段１５２を有する。第２検出手段１５２は、粒子線２２の方向から見て標的ボリューム２３の後ろに配置され、ストップ検出器（ストップ・ディテクタ）として働く。標的ボリューム２３において生成される光子、特にガンマ量子は、第２検出手段１５２において記録される。この光子は、第２検出手段１５２の厚さ及び材料に応じて、第２検出手段１５２において停止させられうる。第２検出手段１５２は好適には、一般に知られているプラスチック検出器、又は一般に知られており好適には多結晶ダイヤモンドで構成されているダイヤモンド検出器である。標的ボリューム２３において生成されたガンマ光１５４の正確な位置は、ストップ検出器１５２の位置、若しくは標的ボリューム２３と検出手段１５２との間の距離に由来する飛行距離１６０に基づいて、並びに測定された飛行時間に基づいて、判定されうる。このように、標的ボリューム２３へと与えられる粒子線２２の貫通深さが判定されうる。第２検出手段１５２に加えて、追加のストップ検出器（不図示）がまた、粒子線２２について角度で配置されることができる。
【００４７】
レーザ駆動粒子加速器の特別な特徴、及び標的ボリューム２３における貫通深さの検出との関係が、以下で一般的に説明される。レーザ駆動粒子加速器の場合、粒子線の時間にわたる分解能は本質的に、生成された粒子パルスのエネルギー分解能に依存し、この加速技術の将来の適用においてこれは数パーセントという必要値に達しているだろう。現在のところ、レーザ加速の加速器はまだ実験段階にある。現実的に、時間にわたる分解能が数ピコ秒の範囲となることが想定される。このように、対応する粒子パルス又は粒子線が体又は患者２４へと照射された時を判定することができる。
【００４８】
患者２４内で、腫瘍組織でありうる標的ボリューム２３への減速距離において、エネルギー散乱、及びすなわち放出された即発ガンマ量子の時間にわたる分散は、数パーセントだけ拡大するだろう。このように、即発ガンマ量子も同様にピコ秒の分解能で放出されるものと推測できる。ガンマ量子が生成される位置と、即発ガンマ検出との間の距離は、飛行時間へと変換されうる。光は、０．３ｍｍ／ピコ秒の速度を有する。このことは、検出手段５２において、言い換えれば体２４の外部のカウンタにおいて、放出されたガンマ量子の飛行時間を測定することにより、ミリメートル以内で正確に光子の出所からの距離が判定されうることを意味する。
【００４９】
検出方法はそれゆえ、ＴＯＦ法（ＴＯＦ：飛行時間（タイム・オブ・フライト））であってもよく、この方法によって患者２４内の（粒子）ビームの貫通深さが測定されうる。即発ガンマ量子の生成時刻は、レーザパルスによる生成と併せて上述したように、ピコ秒以内で正確に分かる。この信号は、開始信号として働きうる。患者２４の外部にある高速検出器（ビーム軸１０２上に配置された第２検出手段５２）において、ガンマ量子の衝突が、ストップ検出器として機能する第２検出手段５２への距離にわたる飛行時間に基づいて測定及び判定される。光速はエネルギーに依存しないため、測定された信号は、エネルギーとは無関係に、生成された全てのガンマ量子から生じる。
【００５０】
貫通深さを測定するために、ストップ検出器（第２検出手段５２）は、ビーム方向に、光子の出所の遠位側に配置されうる。一般的に知られているプラスチック検出器、又は例えば多結晶ダイヤモンド検出器のような他のものが、ストップ検出器として用いられうる。同時に生成された光子の飛行時間の測定は、ガンマ放射の源／出所、言い換えれば例えば患者のような標的ボリューム２３にイオンビームがぶつかる場所の正確な位置をもたらす。一次ビーム（最初の粒子線の軸）に対して様々な角度で追加のストップ検出器を用いることにより、適切なプログラムは患者２４内でのビームの一部分のそれぞれの位置を再構築することができる。
【００５１】
図６は、水標的に陽子が発射された場合に光子が生成されるのを示すダイアグラムを表す。ダイアグラムにおいては、生成される光子の数が、そのエネルギー（ｘ軸）の関数として、ｙ軸にプロットされている。ここで、生成される光子の数についての判定は、水標的に発射される１００個の陽子について行われている。生成される光子の強度は、本質的に３ＭｅＶと１０ＭｅＶとの間にある。これは、陽子の粒子線がヒト組織に発射された場合に生成されるであろう光子の数及びエネルギーにおおよそ対応する。このようにこのダイアグラムは、ヒト組織に粒子線が付与された時に、およそ３ＭｅＶから１０ＭｅＶのエネルギーの光子が生成されることを示す。これらの光子はまたガンマ量子としても呼ばれ、そして数ＭｅＶに至る連続したエネルギースペクトルを有し、これらは標的ボリュームにおいて付与された粒子線の周りに等方的に放出される。患者におけるイオンの減速過程において、数ＭｅＶに至るエネルギーを有するこのような高エネルギーのガンマ量子が生成される。これらの量子は本質的に患者から離れ、外部から検出されうる。その数は、付与された粒子の数に依存する。第２検出手段２５及び５２によって検出されるだろう光子は、こうしてこのエネルギー分布によって判定されうる。結果として、検出手段２５及び／又は５２は、３ＭｅＶから１０ＭｅＶの間のエネルギー範囲の光子を検出することができるように設置される。こうして、減速過程において放出されたこれらのいわゆる即発ガンマ量子、すなわち電磁放射の検出は、標的ボリューム２３において粒子線２２の粒子が付与される場所を検出するために役に立ちうる。結果として、第１検出手段２０と第２検出手段２５との組み合わせのために、ガンマ線の源が特定されうるような、方向分解能のある検知が達成される。即発ガンマ量子の測定は、標的ボリューム２３における粒子線２２の貫通深さを判定することを可能とする。
【００５２】
ここで、検出器デバイスは粒子線に応じて異なるように構成される。加速手段を有するシンクロトロン又はサイクロトロンに見られるような型の連続ビームの場合、患者２４の前面にある空間分解能をもつ粒子検出器（検出手段２０）が、治療ビームと平行に患者の隣に取り付けられた連続層ガンマ検出器（第２検出手段２５）と組み合わせて、粒子線２２のために用いられうる。国際公開第２００８／００９５２８号に記載されている検出器エレメントは、この目的のために用いられうる（図１を参照）。空間分解能のある粒子透過検出器（例えばワイヤチェンバ、ピクセルイオンチェンバ、又は他の空間分解能のある面密度の低い透過カウンタ）において、横方向（ラテラル方向）の（ｘ−ｙ）座標は、それぞれのボクセル要素の中の粒子線について特定される。結果として、患者又は体の前面における定められたビーム制御のために、患者又は体内におけるビーム方向もまた定められる。
【００５３】
図１及び図２に関連して詳細な説明において既に説明されたように、貫通深さの測定は層状ガンマ検出器（検出器デバイス２５）を用いて、特に国際公開第２００８／００９５２８号の図１及び図２、並びに１９ページ２１行から２１ページ１４行までに示されているように、行われた。本文脈において、この深さはコリメータを用いることなく、それゆえ高い効率で判定されうる。高エネルギー光子／ガンマ量子の場合、運動力保存則のために、二次生成物、すなわちコンプトン電子又は光電子又は対生成電子は、前方に、すなわち元の光子の伝搬方向に散乱される。検出手段が個々のとりわけ薄い層、すなわちプレートからなるか又はこれで構成されるために、検出手段２５に全てのエネルギーを付与する可能性を有する電子は、プレートの方向と平行に入った電子のみである。斜めにぶつかった電子がそのエネルギーを１つのプレートに付与する可能性はより低いだろう。このことは国際公開２００８／００９５２８号、特にこの文献の図３、図４及び図５に関連する２３ページ２８行から２７ページ３２行に記載されており、ここでこの文献に対する参照がなされる。
【００５４】
国際公開２００８／００９５２８号において地雷を発見することと併せて既に説明された検出システムと同様に、これらの形式の検出器は方向感度を有する。源の方向が探し出される国際公開第２００８／００９５２８号の地雷検出器とは対照的に、検出手段２５は範囲を測定するために用いられうる。このために、検出器材料の列（検出器材料でできたプレート）は個々に、すなわち互いに独立に、読み出されてもよい。患者内でのイオンの範囲を超える検出器には平行にぶつかることができないガンマ量子のみが到達し、それゆえエネルギースペクトルの高エネルギー部分にはほとんど寄与しない。
【００５５】
標的ボリュームにおいて生成された光子の直接検出は、以下に説明するように、他の方法に対する利点を提供する。もし、標的に最もよく一致する照射を達成することが意図されるならば、アクティブな調節、いわゆる強度変調粒子治療（ＩＭＰＴ）が行われ、この場合標的ボリュームは２００００から５００００個の小さい個々のボリューム（ボクセル）に分割され、ボクセルは数分の間に次々と照射される。ＩＭＰＴのための、患者内で生成された同位体１０Ｃ及び１１Ｃの陽電子崩壊の同時測定、いわゆるインビームＰＥＴが、質の保証として開発されており、ダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ）重イオン治療において採用された。この技術により、それぞれの照射フラクション（部分照射）の後で患者内のビームの範囲分布を判定することが可能となり、不一致は識別されて患者の少ないパーセントで修正された。しかしながら、２つの重要なＰＥＴ同位体である１０Ｃ及び１１Ｃはそれぞれ１９秒及び２０秒という寿命を有するため、ＰＥＴを用いる分析は照射後にのみ行われることができる。
【００５６】
患者内での線量付与の質を保証するための同様の分析がまた提案されており、陽子治療について試験された。ここでは主に、陽電子放出物質１５Ｏ（半減期：２分）が解析された。したがって、既知の方法の欠点は、このようなＰＥＴ分析が他のイオン放射について可能であったとしても、それぞれの半減期のために、それぞれのフラクションの後の解析に基づいてのみ行われうるという事実にある。
【００５７】
結果として、患者におけるビームの同時観測は達成されない。現時点では、ＧＳＩヘルムホルツ重イオン研究センターＧｍｂＨ（ＧＳＩ Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＧｍｂＨ）によって用いられる形式のインビームＰＥＴを別としては、即発ガンマ量子を解析するために、すなわち患者内でのビームの位置を見つけるために臨床的に用いられうる、標準的な方法は存在しない。
【００５８】
物理学において通常用いられるエネルギー分解能のある分光計は、第一には誤った情報：位置の代わりにエネルギーを与えるため、さらにこのような分光計はまた効率が低いため（応答可能性は数パーセントの範囲にしかない）、さらにこの効率はガンマエネルギーとともに低下し、ＭｅＶの範囲については低いため、このことには適していない。
【００５９】
ＮａＪ又はプラスチックシンチレータ又は他のガンマ検出器（Ｓｉ又はＧｅ半導体）のようなシンチレーションガンマ検出器は、それ自身方向分解能を有さない。これは上流のコリメータによって達成されうるが、やはり、これは効率の代価として得られる。第１の散乱フィルムにおいて光子がフィルムから外へ電子を放出させられ、そして総体的動力学（トータル・キネティクス）の解析から一次光子／ガンマ量子の出所又は方向が判定されるような、コリメータのないコンプトン検出器装置を効率的に用いることは可能ではない。これは、コンプトンカウンタもまた数パーセントのみの低い効率を有し、このため臨床用とにはほとんど適していないからである。
【００６０】
これが、即発放出ガンマ量子を測定する本発明に係る検出器デバイス及び方法が有利な理由である。ここで、治療ビームの時間構造（タイムストラクチャ）に依存して、すなわちイオンビームシンクロトロンの場合のように連続的に（又はほぼ連続的に）放出されるか否かに依存して、又は現在開発されているレーザ駆動加速器のようにマイクロパルスでビームが放出されるか否かに依存して、ガンマ量子は異なる時間構造を有する。（その時間構造についてサイクロトロンはパルス型加速器により似ている。）
【００６１】
図７は、物体２４の標的ボリューム２３内での照射される粒子線２２の貫通深さが判定されうる方法を示す。粒子線の方向は、方法ステップ２００において判定される。このことは好適には、粒子線２２の少なくとも１つの横方向（ラテラル方向）を判定する第１検出手段２０を用いて行われる。標的ボリューム２３内で粒子線２２によって生成される光子のｚ位置は、空間分解能のある検出手段によって、第２の方法ステップ２１０において判定される。方法ステップ２１０において、標的ボリューム２３内の粒子線２２の判定されたｘ又はｙ位置と、判定されたｚ位置とは組み合わされ、標的ボリューム内の照射マトリックス点が判定される。制御信号が方法ステップ２２５において送られうる。放射線デバイスと加速手段との少なくとも一方を制御するために、この制御信号は１つの制御ユニットに供給されうる。
【００６２】
本発明の１つの実施形態において、代わりに、方法ステップ２１０は、前方に、言い換えればビーム方向から見て放出された光子の飛行時間を測定することによって行われることもできる。光子についてのストップ検出器として働く第２検出手段と、粒子線による標的ボリューム内の光子の出所との間の距離は、光子の飛行時間の測定によって判定される。このように、標的ボリューム内の光子の出所の正確な位置が判定されうる。ここで第２検出手段５２は本質的に０°に、好ましくはビーム軸１０２上に位置する。こうして、標的ボリューム２３内での粒子線２２の貫通深さが判定されうる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的ボリューム（２３）に与えられる粒子線（２２）の貫通深さを検出する検出器デバイスであって、前記標的ボリューム内で生成された光子、特にガンマ量子、を検出するように用意され構成された少なくとも１つの検出手段（２５，５２）を備えることを特徴とする検出器デバイス。
【請求項２】
さらなる検出手段（２０）が備えられ、
前記さらなる検出手段（２０）が第１検出手段（２０）であり、
前記少なくとも１つの検出手段（２５，５２）は第２検出手段（２５，５２）であり、
前記少なくとも１つの第２検出手段（２５，５２）は前記粒子線（２２）の方向から見て前記第１検出手段（２０）の後ろに配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の検出器デバイス。
【請求項３】
前記第１検出手段（２０）が前記粒子線（２２）の少なくとも１つのラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段（２０）は用意され構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の検出器デバイス。
【請求項４】
前記第１検出手段（２０）が、前記粒子線（２２）の、第１のラテラル次元とは異なる少なくとも１つの第２のラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段（２０）は用意され構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項５】
前記第１検出手段（２０）がイオンチェンバ又はワイヤチェンバであることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項６】
前記第２検出手段（２５，５２）が、前記標的ボリューム（２３）内で生成された前記光子、特にガンマ量子、を空間分解能をもって検出するように、用意され構成されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項７】
前記第２検出手段（２５）が層構造を有することを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項８】
前記第２検出手段（２５）の前記層は、当該層（１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０）の１つの面（１０４）が前記粒子線の軸（１０２）に垂直に向けられるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項９】
物体（２４）内の標的ボリューム（２３）を照射する放射線デバイスであって、
加速手段と、
粒子線（２２）を制御する制御手段と、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の検出器デバイス（１００，１５０）と、
を備えることを特徴とする放射線デバイス。
【請求項１０】
前記検出器デバイス（１００，１５０）が、前記放射線デバイスの前記制御手段へと供給される制御信号を生成するように用意され構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の放射線デバイス。
【請求項１１】
前記検出器デバイス（１００，１５０）が、光子を検出する少なくとも１つの検出手段（２５，５２）を有することを特徴とする、請求項８又は９に記載の放射線デバイス。
【請求項１２】
第１検出手段（２０）と第２検出手段（２５，５２）との少なくとも一方が備えられ、
前記第１検出手段（２０）及び前記第２検出手段（２５，５２）は、前記標的ボリューム（２３）に対して少なくとも２つの異なる位置に、好適には互いに直角となる２つの位置に、配置されている
ことを特徴とする、請求項８乃至１０の何れか１項に記載の放射線デバイス。
【請求項１３】
物体（２４）内への、特に該物体（２４）の標的ボリューム（２３）内への、粒子線（２２）の貫通深さを判定する方法であって、
前記粒子線（２２）の相互作用によって前記物体（２４）内で生成された光子、特にガンマ量子、が検出器デバイス（１００，１５０）、特に請求項１乃至７の何れか１項に記載の検出器デバイスによって検出されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
特に空間分解能のある検出手段（２０）を用いて、前記粒子線（２２）の方向、特に前記標的ボリューム（２３）内での前記粒子線（２２）のラテラル位置、が検出されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記光子、特にガンマ量子、が前記粒子線の軸（１０２）の外側のいくつかの位置において互いに独立に検出されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記粒子線（２２）によって照射された前記物体（２４）の前記標的ボリューム（２３）内の前記光子の出所が、前記標的ボリューム（２３）内の前記出所から検出手段（５２）までの前記光子の飛行時間を測定することによって判定されることを特徴とする、請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１】
標的ボリューム（２３）に与えられる粒子線（２２）の貫通深さを検出する検出器デバイスであって、前記標的ボリューム内で生成された光子、特にガンマ量子、を検出するように用意され構成された少なくとも１つの検出手段（２５，５２）を備えることを特徴とする検出器デバイス。
【請求項２】
さらなる検出手段（２０）が備えられ、
前記さらなる検出手段（２０）が第１検出手段（２０）であり、
前記少なくとも１つの検出手段（２５，５２）は第２検出手段（２５，５２）であり、
前記少なくとも１つの第２検出手段（２５，５２）は前記粒子線（２２）の方向から見て前記第１検出手段（２０）の後ろに配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の検出器デバイス。
【請求項３】
前記第１検出手段（２０）が前記粒子線（２２）の少なくとも１つのラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段（２０）は用意され構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の検出器デバイス。
【請求項４】
前記第１検出手段（２０）が、前記粒子線（２２）の、第１のラテラル次元とは異なる少なくとも１つの第２のラテラル次元の方向を判定することができるように、前記第１検出手段（２０）は用意され構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項５】
前記第１検出手段（２０）がイオンチェンバ又はワイヤチェンバであることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項６】
前記第２検出手段（２５，５２）が、前記標的ボリューム（２３）内で生成された前記光子、特にガンマ量子、を空間分解能をもって検出するように、用意され構成されていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項７】
前記第２検出手段（２５）が層構造を有することを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項８】
前記第２検出手段（２５）の前記層は、当該層（１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０）の１つの面（１０４）が前記粒子線の軸（１０２）に垂直に向けられるように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか１項に記載の検出器デバイス。
【請求項９】
物体（２４）内の標的ボリューム（２３）を照射する放射線デバイスであって、
加速手段と、
粒子線（２２）を制御する制御手段と、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の検出器デバイス（１００，１５０）と、
を備えることを特徴とする放射線デバイス。
【請求項１０】
前記検出器デバイス（１００，１５０）が、前記放射線デバイスの前記制御手段へと供給される制御信号を生成するように用意され構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の放射線デバイス。
【請求項１１】
前記検出器デバイス（１００，１５０）が、光子を検出する少なくとも１つの検出手段（２５，５２）を有することを特徴とする、請求項８又は９に記載の放射線デバイス。
【請求項１２】
第１検出手段（２０）と第２検出手段（２５，５２）との少なくとも一方が備えられ、
前記第１検出手段（２０）及び前記第２検出手段（２５，５２）は、前記標的ボリューム（２３）に対して少なくとも２つの異なる位置に、好適には互いに直角となる２つの位置に、配置されている
ことを特徴とする、請求項８乃至１０の何れか１項に記載の放射線デバイス。
【請求項１３】
物体（２４）内への、特に該物体（２４）の標的ボリューム（２３）内への、粒子線（２２）の貫通深さを判定する方法であって、
前記粒子線（２２）の相互作用によって前記物体（２４）内で生成された光子、特にガンマ量子、が検出器デバイス（１００，１５０）、特に請求項１乃至７の何れか１項に記載の検出器デバイスによって検出されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
特に空間分解能のある検出手段（２０）を用いて、前記粒子線（２２）の方向、特に前記標的ボリューム（２３）内での前記粒子線（２２）のラテラル位置、が検出されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記光子、特にガンマ量子、が前記粒子線の軸（１０２）の外側のいくつかの位置において互いに独立に検出されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記粒子線（２２）によって照射された前記物体（２４）の前記標的ボリューム（２３）内の前記光子の出所が、前記標的ボリューム（２３）内の前記出所から検出手段（５２）までの前記光子の飛行時間を測定することによって判定されることを特徴とする、請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の方法。
【図１】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５２２９９８（Ｐ２０１２−５２２９９８Ａ）
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０３９１８（Ｐ２０１２−５０３９１８）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２１６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１５６０８
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０９２５５７４９）ジーエスアイ ヘルムホルツツェントゥルム フュア シュヴェリオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＧＳＩ Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚｚｅｎｔｒｕｍ ｆｕｒ Ｓｃｈｗｅｒｉｏｎｅｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｎｃｋｓｔｒａｓｓｅ １ ６４２９１ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ ＧＥＲＭＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２１６１
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１５６０８
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０９２５５７４９）ジーエスアイ ヘルムホルツツェントゥルム フュア シュヴェリオーネンフォルシュング ゲーエムベーハー (7)
【氏名又は名称原語表記】ＧＳＩ Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚｚｅｎｔｒｕｍ ｆｕｒ Ｓｃｈｗｅｒｉｏｎｅｎｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｎｃｋｓｔｒａｓｓｅ １ ６４２９１ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ ＧＥＲＭＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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