强子辐射装置和验证方法.pdf

一种强子辐射装置适配为使目标经受强子辐射束的照射，所述装置包括：目标支撑件，其适配为支撑优选地固定目标；强子辐射装置，其适配为沿着束轴发射强子辐射束照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标。辐射装置具有控制系统，该系统至少包括允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度的射束穿透深度控制，其中，所述范围传感器装置包括响应于在所述强子辐射束穿透进入目标的同时所发射的瞬发伽马射线的伽马相机。

1.  一种被适配为使目标经受强子辐射束的照射的强子辐射装置，所述装置包括：
目标支撑件(1)，所述目标支撑件适配为支撑，优选地固定，目标(2)；
强子辐射装置(10)，所述强子辐射装置适配为沿着射束轴发射强子辐射束(11)，优选地为笔形射束，以照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标，
其中，辐射装置具有控制系统(15)，所述控制系统至少包括射束穿透深度控制，射束穿透深度控制允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度，
辐射束范围传感器装置(17)，所述辐射束范围传感器装置适配为确定所述辐射束进入目标的穿透深度，其中所述范围传感器装置包括用于响应当所述辐射束穿透进入目标时发射的瞬发伽马射线的伽马相机(20)，
所述伽马相机包括：
准直器(21)，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔径(22)，
包括一个或多个闪烁元件(24)的检测器，穿过准直器的所述孔径的伽马辐射入射到所述闪烁元件上，
与所述检测器关联的电子读出机构，
其中，伽马相机的准直器是具有细长的狭缝孔径(22)的狭缝准直器，
其特征在于，
准直器(21)为具有可变宽度的细长狭缝孔径的可变宽度狭缝准直器，所述准直器包括第一准直器元件(21a)和第二准直器元件(21b)，其中，第一准直器元件(21a)和第二准直器元件(21b)中的每一个限定狭缝孔径的相对的纵向边缘优选地为刀状边缘中的一个，所述准直器具有用于相对第一准直器元件和第二准直器元件彼此来位移和定位所述第一准直器元件和第二准直器元件的狭缝宽度致动器机构(23)。

2.  根据权利要求1所述的装置，其中，支撑所述准直器(21)使得所述狭缝孔径基本上与射束轴垂直地延伸，并且其中，检测器包括平行并且并排设置的多个细长的闪烁元件(24)的阵列，每个闪烁元件具有沿着与准直器狭缝孔径平行的纵轴的长度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面平行的宽 度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面垂直的高度，其中所述长度大于所述宽度和所述高度中的每一个。

3.  根据权利要求2所述的装置，其中，每个所述闪烁元件(24)实现为固体闪烁材料的细长条带，每个条带具有入射面、与入射面相对的背面、侧面和在条带的纵向端部处的端面，其中闪烁元件将入射伽马射线转换为光辐射，并且其中光检测器例如直接或经由光导例如经由光导纤维连接至条带的端面。

4.  根据权利要求2或3所述的装置，其中，检测器的每个闪烁元件(24)具有与闪烁元件的高度方向中的几何对称平面对应的虚构主平面，并且其中所述阵列的闪烁元件被配置成扇形配置，每个闪烁元件被定向为使其相应的虚构主平面延伸通过准直器的狭缝孔径。

5.  根据权利要求2至4中的一项或多项所述的装置，其中，所述阵列中的闪烁元件的中央组中的每个闪烁元件(24)的宽度比闪烁元件的末端组中的单独的闪烁元件的宽度更小，其中所述中央组位于末端组之间。

6.  根据权利要求2至5中的一项或多项所述的装置，其中，所述阵列的每个闪烁元件(24)具有入射面，所述入射面位于普通平面优选地与准直器的中央平面垂直的平面中，其是通过准直器的狭缝孔径几何对称平面。

7.  根据权利要求2至5中的一个或多个所述的装置，其中，所述阵列的每个闪烁元件(24)具有入射面，所述入射面位于普通凹面中。

8.  根据以上权利要求中的一项或多项所述的装置，其中，所述辐射装置(10)被适配为相对于目标支撑件变化射束轴的位置和方向，例如辐射装置具有可控制磁体组以调整射束并且变化进入目标的穿透深度，以便使发射的辐射束的布拉格尖峰定位在至少由X、Y、Z坐标表示的计划位置处，其中Z坐标是沿着射束轴的并且X与Y坐标是沿着与射束轴垂直的平面中的正交轴的。

9.  根据以上权利要求中的一项或多项所述的装置，其中，伽马相机由伽马相机支撑结构可移动地支撑，以便在基本上与射束轴垂直的Y轴方向中可移动，而不相对于射束装置而移动目标支撑件，优选地使得狭缝孔径与射束轴基本上垂直，并且其中设置Y轴驱动以在所述Y轴方向上可控制地移动伽马相机。

10.  根据以上权利要求中的一项或多项所述的装置，其中，准直器，优选地包括准直器的伽马相机(20)，由伽马相机支撑结构(35)可移动地支撑，以便在与射束轴基本上平行的Z轴方向上可移动优选地超过至少20厘米的长度， 而不相对于射束装置移动目标支撑件，优选地使得狭缝孔径与射束轴基本上垂直，并且其中，设置Z轴驱动(18)以在所述Z轴方向上可控制地移动准直器优选地包括准直器的伽马相机。

11.  根据权利要求9或10所述的装置，其中，Y轴驱动和/或Z轴驱动(18)中的每一个链接至控制系统(15)，并且控制系统适配为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合输入并且存储在存储器中，其中，所述辐射疗程控制数据包括用于表示相对于要执行辐射疗程的目标的一个或多个计划射束位置和/或穿透深度的数据，以及用于分别表示Y轴和Z轴驱动的一个或多个计划Y轴和/或Z轴位置的数据。

12.  根据至少权利要求8所述的装置，其中，所述控制系统(15)被适配为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合输入并且存储在存储器中，其中，所述辐射疗程控制数据包括用于表示要执行的辐射疗程的辐射束的X-Y运动模式的数据，
并且其中，所述辐射疗程控制数据包括表示与要执行的辐射疗程的辐射束的X-Y运动的计划模式同步的准直器狭缝宽度变化模式的数据。

13.  根据以上权利要求中的一个或多个所述的装置，其中，所述控制系统(15)被适配为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合输入并且存储在存储器中，
并且其中，准直器的狭缝宽度致动器机构链接至控制系统，
并且其中，所述辐射疗程控制数据包括用于表示要执行的辐射疗程的一个或多个计划射束穿透深度的数据，例如变化的射束穿透深度的模式，
并且其中，所述辐射疗程控制数据包括用于表示要执行的辐射疗程的准直器的一个或多个计划的狭缝宽度的数据，例如与变化的射束穿透深度模式同步地执行的准直器的狭缝宽度的变化的模式。

14.  一种被适配为使目标经受强子辐射束照射的强子辐射装置，所述装置包括：
目标支撑件(1)，所述目标支撑件适配为支撑，优选地固定，目标(2)；
强子辐射装置(10)，所述强子辐射装置适配为沿着射束轴发射强子辐射束(11)，优选地为笔形射束，以照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标，
其中，辐射装置具有控制系统(15)，所述控制系统至少包括射束穿透深度控制，射束穿透深度控制允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度，
辐射束范围传感器装置(17)，所述辐射束范围传感器装置适配为确定所述辐射束进入目标的穿透深度，其中所述范围传感器装置包括用于响应当所述辐射束穿透进入目标时发射的瞬发伽马射线的伽马相机(20)，
所述伽马相机包括：
准直器(21)，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔径，
包括一个或多个闪烁元件(24)的检测器，穿过准直器的所述孔径的伽马辐射入射到所述闪烁元件上，
与所述检测器关联的电子读出机构，
其中，伽马相机的准直器为具有细长的狭缝孔径(22)的狭缝准直器，
其特征在于，
检测器包括平行并且并排设置的多个细长的闪烁元件(24)的阵列，每个闪烁元件具有沿着与准直器狭缝孔径平行的纵轴的长度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面平行的宽度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面垂直的高度，其中所述长度大于所述宽度和所述高度中的每一个。

15.  一种被适配为使目标经受强子辐射束照射的强子辐射装置，所述装置包括：
目标支撑件(1)，所述目标支撑件适配为支撑，优选地固定，目标(2)；
强子辐射装置(10)，所述强子辐射装置适配为沿着射束轴发射强子辐射束(11)，优选地为笔形射束，以照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标，
其中，辐射装置具有控制系统(15)，所述控制系统至少包括射束穿透深度控制，射束穿透深度控制允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度，
辐射束范围传感器装置(17)，所述辐射束范围传感器装置适配为确定所述辐射束进入目标的穿透深度，其中所述范围传感器装置包括用于响应当所述辐射束穿透进入目标时发射的瞬发伽马射线的伽马相机(20)，
所述伽马相机包括：
准直器(21)，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔径，
包括一个或多个闪烁元件(24)的检测器，穿过准直器的所述孔径的伽马 辐射入射到所述闪烁元件上，
与所述检测器关联的电子读出机构，
其中，伽马相机的准直器为具有细长的狭缝孔径(22)的狭缝准直器，
其特征在于，
检测器包括平行并且并排设置的多个细长的闪烁元件(24)的阵列，每个闪烁元件具有沿着与准直器狭缝孔径平行的纵轴的长度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面平行的宽度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面垂直的高度，其中所述长度大于所述宽度和所述高度中的每一个，
并且在于，所述阵列中的闪烁元件(24)的中央组中的每个闪烁元件的宽度比闪烁元件的末端组中的单独的闪烁元件的宽度更小，其中所述中央组位于末端组之间。

16.  根据权利要求15所述的装置，其中，准直器被可移动地支撑，以便在与射束轴基本上平行的Z轴方向上可移动优选地超过至少20厘米的长度而不相对于射束装置移动目标支撑件，优选地使得狭缝孔径与射束轴基本上垂直，并且其中，设置Z轴驱动(18)以在所述Z轴方向上可控制地移动准直器。

17.  根据权利要求16所述的装置，其中，Z轴驱动(18)链接至控制系统并且其中，所述辐射疗程控制数据包括用于表示要执行的辐射疗程的一个或多个计划射束穿透深度的数据，以及用于表示Z轴驱动的一个或多个计划准直器Z轴位置的数据，例如所述辐射疗程控制数据包括表示与要执行的辐射疗程的变化的射束穿透深度的计划模式同步的伽马相机Z轴运动模式的数据。

18.  一种被适配为使目标经受强子辐射束照射的强子辐射装置，所述装置包括：
目标支撑件(1)，所述目标支撑件适配为支撑，优选地固定，目标(2)；
强子辐射装置(10)，所述强子辐射装置适配为沿着射束轴发射强子辐射束(11)，优选地为笔形射束，以照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标，
其中，辐射装置具有控制系统(15)，所述控制系统至少包括射束穿透深度控制，射束穿透深度控制允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度，
辐射束范围传感器装置(17)，所述辐射束范围传感器装置适配为确定所述辐射束进入目标的穿透深度，其中所述范围传感器装置包括用于响应当所述辐 射束穿透进入目标时发射的瞬发伽马射线的伽马相机(20)，
所述伽马相机包括：
准直器(21)，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔径(22)，
包括一个或多个闪烁元件(24)的检测器，穿过准直器的所述孔径的伽马辐射入射到所述闪烁元件上，
与所述检测器关联的电子读出机构，
其中，伽马相机的准直器为具有细长的狭缝孔径(22)的狭缝准直器，
狭缝孔径具有用于限定狭缝孔径的张角度和对应的视场的非平行表面，
其特征在于，
所述辐射束范围传感器装置包括一个或多个伽马相机，所述伽马相机在相对于射束轴的轴向地隔开的位置处提供多个狭缝孔径，连续的狭缝孔径之间的轴向隔开为至少3厘米，优选地最多10厘米，每个狭缝孔径提供具有张角的视场，在装置的操作中笔形射束与视场相交，视场由相互邻接优选地部分并且不完全重叠的连续狭缝孔径提供，以便建立沿着射束轴的片段的连续视场。

19.  根据权利要求18所述的装置，其中，所有的狭缝孔径是固定宽度狭缝孔径。

20.  根据权利要求18或19所述的装置，其中，所述辐射束范围传感器具有2到6个狭缝孔径，例如2或3个狭缝孔径。

21.  根据权利要求18至20中的任一项所述的装置，其中，射束范围传感器装置包括多个伽马相机，每个伽马相机具有单个狭缝孔径，优选地固定狭缝宽度狭缝孔径。

22.  根据权利要求18至21中的任一项所述的装置，其中，当在与射束轴横向的平面中观看时，狭缝孔径例如每个具有单个狭缝孔径的多个伽马相机设置在相对于目标支撑件的不同角度位置处，例如，一个在目标支撑件以下，而一个从左手边向上成角度，并且一个从右手边向上成角度，例如多个伽马相机相对射束轴相成螺旋状设置。

23.  根据权利要求18至22中的任一项所述的装置，其中，所述装置包括用于支撑多个伽马相机的伽马相机支撑装置，所述支撑装置被适配为允许相对于射束轴调整一个或多个相机位置，引起它们的视场的重叠的调整，例如一个或多个伽马相机可相对于彼此轴向地调整和/或一个或多个相机可关于旋转轴 旋转，例如与射束轴横向的轴允许枢转一个或多个伽马相机以变化它们的定向它们的视场的重叠。

24.  根据权利要求18至23中的任一项所述的装置，其中，所述射束范围传感器装置包括至少一个伽马相机，优选地仅具有单个伽马相机，其具有在如权利要求18所述的轴向地隔开的位置处的多个狭缝孔径。

25.  一种被适配为使目标经受强子辐射束照射的强子辐射装置，所述装置包括：
目标支撑件(1)，所述目标支撑件适配为支撑，优选地固定，目标(2)；
强子辐射装置(10)，所述强子辐射装置适配为沿着射束轴发射强子辐射束(11)，优选地为笔形射束，以照射由目标支撑件支撑的目标，所述辐射束穿透进入目标，
其中，辐射装置具有控制系统(15)，所述控制系统至少包括射束穿透深度控制，射束穿透深度控制允许至少控制和变化辐射束进入目标的穿透深度，
辐射束范围传感器装置(17)，所述辐射束范围传感器装置适配为确定所述辐射束进入目标的穿透深度，其中所述范围传感器装置包括用于响应当所述辐射束穿透进入目标时发射的瞬发伽马射线的伽马相机(20)，
所述伽马相机包括：
准直器(21)，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔径(22)，
包括一个或多个闪烁元件(24)的检测器，穿过准直器的所述孔径的伽马辐射入射到所述闪烁元件上，
与所述检测器关联的电子读出机构，
其中，伽马相机的准直器为具有细长的狭缝孔径(22)的狭缝准直器，
狭缝孔径具有用于限定狭缝孔径的张角度和对应的视场的非平行表面，
其特征在于，
由两个隔开分离的准直器主壁部分和辐射阻挡材料的细长准直器壁棒元件形成狭缝孔径，每个准直器主壁部分限定狭缝孔径的外侧表面，该棒元件设置在所述两个隔开分离的主壁部分之间并隔开所述两个隔开分离的主壁部分，以形成狭缝孔径的第一狭缝通道和第二狭缝通道，所述棒元件限定内侧表面，每个内侧表面将邻近外侧表面与其中一个所述狭缝通道结合绑定，绑定每个狭缝通道的内侧表面和外侧表面是不平行的并且限定狭缝通道的张角和对应的视 场，每个狭缝通道具有最大传输中央表面，所述第一狭缝通道和第二狭缝通道的中央平面不平行并且彼此相交，优选地在准直器和射束轴之间相交，所以狭缝通道的视角部分地重叠并且结合地限定狭缝孔径的总视场。

26.  根据权利要求25所述的装置，其中，当在朝着伽马相机的检测器的射束轴的方向中观看时，准直器的狭缝孔径的外侧表面具有在准直器的远离检测器的侧面的平行外侧表面部分并且具有在面对检测器的侧面处的扩散外侧表面，并且其中准直器壁棒元件具有在准直器的远离检测器的侧面处的扩散内侧表面部分和在面对检测器的侧面处的平行内侧表面。

27.  根据权利要求25或26所述的装置，其中，第一狭缝通道和第二狭缝通道被成形为具有相等的张角。

28.  根据权利要求25至27中的任一项所述的装置，其中，伽马相机使得从第一狭缝通道的视角辐射的伽马辐射图像与从第二狭缝通道的视角辐射的伽马辐射图像在检测器上重叠。

29.  根据权利要求25至28中的任一项所述的装置，其中，在每个主壁部分的外侧表面中存在钝角，该钝角具有等于或大于150°，优选地在155°至170°之间的角度。

30.  根据权利要求25至29中的任一项所述的装置，其中，多个细长的准直器壁棒元件设置在所述两个隔开分离的主壁部分之间并且彼此平行以形成除了所述第一狭缝通道和第二狭缝通道之外的一个或多个中央狭缝通道，优选地每个中央狭缝通道被邻近壁棒元件不平行表面绑定并且限定中央狭缝通道的张角以及对应视场，狭缝的视场部分地重叠并且结合地限定狭缝孔径的视角。

31.  一种使用根据以上权利要求中的一项或多项所述的强子辐射装置的强子辐射治疗验证方法，其中，被实现为体模的目标在辐射疗程内经受强子辐射束的照射，所述方法包括：
将体模(2)设置在目标支撑件(1)上，优选地将体模固定在目标支撑件上；
操作强子辐射装置(10)以沿着射束轴发射强子辐射束来照射受目标支撑件所支撑的体模，所述辐射束穿透进入体模；
利用辐射束范围传感器装置(17)来确定所述辐射束进入体模的实际穿透深度。

32.  根据权利要求31所述的方法，其中，使用这样一种装置，其中，在该装置中控制系统被适配为在存储器中输入和存储与将要用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程相对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合，
并且其中，准直器至少根据权利要求1来实现并且具有链接至控制系统的狭缝宽度致动器机构，
并且其中，基于包括用于表示疗程期间内变化的射束穿透深度的模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程；
并且其中，基于包括用于表示与变化的束穿透深度的模式同步执行的准直器的狭缝宽度变化的模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程。

33.  根据权利要求31或32所述的方法，使用根据权利要求10所述的装置，其中，基于包括用于表示疗程期间内变化的束穿透深度的模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程；
并且其中，基于包括用于表示与要执行的辐射疗程的变化束穿透深度的计划模式同步的准直器，优选地为包括准直器的伽马相机，的Z轴运动模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程，优选地以便允许发射的辐射束的布拉格尖峰位于准直器的中央平面中，该中央平面是通过准直器的狭缝孔径几何对称的平面。

34.  一种用于确定进入目标的强子束的穿透深度的方法，其中，使用根据以上权利要求中的一项或多项所述的辐射束范围传感器装置。

35.  一种成像穿透进入被强子辐射束照射的目标的强子束的方法，其中，使用根据以上权利要求中的一项或多项所述的辐射束范围传感器装置。

强子辐射装置和验证方法
技术领域
本发明涉及强子辐射治疗领域。
背景技术
在辐射治疗领域，例如肿瘤治疗中，可以理解的是，强子辐射治疗(尤其是利用质子或离子，例如碳离子的治疗)提供与X射线或伽马射线治疗相比更大的优点。通常，强子辐射治疗是即将来临的将强子束用于照射的癌症治疗。主要装备有质子辐射治疗装置的强子辐射治疗中心的数量正在快速增长并且直至现在全世界有超过50000的患者接受过治疗。
质子和其它强子将能量沉积在组织上所通过的主导过程为原子离子化和激励。大部分动能沉积在轨道的最终端的布拉格尖峰(Bragg Peak)中。强子辐射治疗有能力实现有吸引力的剂量构象，因此不伤害在肿瘤周围的健康组织。这允许对于乏氧肿瘤的剂量加大或者对处于危险的附近器官的更少的副作用。这是在位于人体的重要部分如脑附近例如靠近眼睛的肿瘤的治疗中的主要优点。
许多最近正在使用的强子辐射治疗系统使用点扫描技术，其中磁场用于将辐射束操纵在期望方向中。笔形射束在肿瘤或其它限定的目标治疗区域上步进或扫描多次，能量和强度变化，使得可以优化在肿瘤的每个微体积中的剂量。束强度被连续控制。不是整个肿瘤在同一时刻被照射，而是一个点接一个点并且一片接一片地来完成照射。
已知通过制成患者的CT图像、进行计算(经常基于更早的体模测试)等来仔细计划辐射疗程。但是，在实际患者中的布拉格尖峰的实际位置取决于中间组织的特征以及其他，该实际位置会随着患者和随着照射位置而变化。而且，在治疗辐射疗程的计划和实际表现之间的时间跨度中可以发生解剖差异，例如患者解剖的局部变化，组织构成等。因此普遍见解是在治疗计划和实际应用的辐射治疗之间存在偏差。尤其，关于束进入人脑中的穿透深度，观察到布拉格 尖峰的实际位置距离计划的位置大大地偏差例如10和15毫米。结果，位于要治疗的肿瘤附近的重要组织可能接收过多的剂量，或者肿瘤可能接收的剂量不足。
因此重要的是优选地甚至在强子辐射治疗期间的期间沿着布拉格尖峰位置，确保剂量如所计划地来递送。
正电子发射断层显像(PET)是当前在剂量验证的这个领域中仅有的有效使用的方法。通过正电子发射而衰减的同位素通过质子轨道中的核反应来形成并且可以用于PET成像，允许检查所管理的剂量廓线。但是，合适的同位素的一半寿命为大约小数或更长的持续时间。在点步进的时间持续期间内利用PET监视的剂量廓线通常小于0.1s，因此看起来不可能。
最近还研究瞬发伽马射线在强子束穿透验证、监视或可能还用于目标照射期间的射束的实时控制的使用。沿着轨道在目标中发生核断裂反应，导致大量中子和瞬发伽马射线的发射。这些伽马射线由在核结合能(8MeV)以下的能量激发的原子核的统计上衰减引起。瞬发伽马射线是剂量监视的可能备选项，因为它们的数量比PET同位素的数量大地多。如利用PET所看出的冲洗效应的缺失以及束穿透深度范围与瞬发伽马射线产生位置之间的紧密相关性是重要的附加优点。所提到的相关性是由于原子反应发生上至轨道的最后几毫米的事实导致的，其中，在最后几毫米处强子能量下降到库伦壁垒阈值以下。
在WO2010/000857中，讨论了瞬发伽马射线的使用的多种方法，其主要目的在于用于目标的空间剂量分布的实时测量。
在一个实施方式中，提出Anger伽马相机，其中准直器直接位于平板检测晶体和在检测晶体的背面处的PMT阵列的上方。
准直器由伽马射线阻挡材料例如铅的厚板组成，有多个邻近通孔穿过。安装相机被安装为使其光轴与射束轴成直角。PMT可以设置在二维阵列中并且可以设想使用两个这样的相机可以获得瞬发伽马射线的分布的三维图像。
在另一个实施方式中，WO2010/00857提出一种针孔伽马相机，其中单个针孔准直器设置在单个闪烁元件性检测器前的一段距离处。针孔被配置和设置为提供包括目标内的质子的整个轨道的相机视场，因而不需要移动相机来观察沿着轨道的瞬发伽马分布。取决于是否使用线性或二维PMT阵列，获得瞬发伽马分布的一维或二维图像。
发明人认为WO2010/00587中所提出的Anger相机和单个针孔伽马相机不适合作为准直器来减弱大部分入射伽马质子并且因此大大地限制相机的敏感度。因此，质子束穿透深度的实时测量的潜力也被严重地约束。
在最近的建议中，建议在强子辐射装置中使用带有狭缝准直器的伽马相机并且具有2D检测器，该狭缝准直器具有细长的狭缝孔径，其与射束轴基本上成直角设置。这个检测器具有实现为平板检测晶体的单个闪烁元件和在晶体背侧处的光检测器的2D阵列。狭缝被配置为具有固定宽度的刀状边缘型狭缝。准直器及其狭缝被设置为使得相机关于目标具有这样一种视场，该视场包括目标内的射束的整个轨道，因而不需要移动相机来观察沿着轨道的瞬发伽马分布。因为狭缝孔径在横截面上大于单个针孔并且还提供与Anger相机中的准直器相比更少的衰减，所以潜在地解决了上文提到的问题。
发明内容
本发明的目的是提出对具有基于传感器的瞬发伽马的质子辐射治疗装置的进一步改进。
本发明的进一步目的是提供具有基于瞬发伽马的传感器的质子辐射治疗装置，其允许辐射疗程期间穿透进入目标的质子束的实时监视和优选地实时控制。
根据本发明的第一方案，本发明提供根据权利要求1的前序的装置，其特征在于准直器为具有可变宽度的细长狭缝孔径的可变宽度狭缝准直器，所述准直器包括第一准直器元件和第二准直器元件，其中，第一准直器元件和第二准直器元件中的每一个限定狭缝孔径的相对的纵向边缘优选地为刀状边缘中的一个，所述准直器具有用于相对第一准直器元件和第二准直器元件彼此来位移和定位所述第一准直器元件和第二准直器元件的狭缝宽度致动器机构。
通过允许狭缝宽度的变化，装置的实用性大大地增加，特别是当处于合适的设计中，狭缝宽度可以在辐射疗程的过程中变化，以例如优化辐射束范围传感器装置的功能和/或加强或优化伽马相机的分辨率、正确性、质量和可靠性中的一个或多个。
目标可以例如为人体例如脑瘤治疗的头部，动物身体例如用于研究目的，或体模例如水体模。如所知的，体模通常用于验证过程，包括要在人体或动物身体上执行的计划辐射疗程的过程中的这种验证。
在优选的实施方式中，辐射装置被配置为发送笔型辐射束。
在优选的实施方式中，强子辐射治疗系统被配置为执行点扫描技术，其中磁体组件的磁场用于将辐射束调整在期望方向中。在疗程中，笔型束在肿瘤或其它限定治疗区域上步进或扫描多次，变化能量和强度，使得优化在每个肿瘤微体积中的剂量。在疗程期间，射束强度是连续可控制的。
在一个实施方式中，辐射束范围传感器装置链接至质子辐射装置的监视系统以优选地在辐射疗程期间至少提供射束穿透深度信息。这个例如允许操作者验证在验证疗程或治疗疗程期间的实际穿透深度。
在优选的实施方式中，辐射束范围传感器装置链接至所述控制系统的所述束穿透深度控制以将射束穿透深度反馈信息提供至所述射束穿透深度控制。
在优选的实施方式中，支撑所述准直器使得所述狭缝孔径基本上与射束轴垂直地延伸，并且其中，检测器包括平行并且并排设置的多个细长的闪烁元件的阵列，每个闪烁元件具有沿着与准直器狭缝孔径平行的纵轴的长度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面平行的宽度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面垂直的高度，其中所述长度大于所述宽度和所述高度中的每一个。
应当注意的是，上文的优选实施方式还涉及如独立权利要求14中所限定的本发明的第二方案。在本发明的第二方案中，可以设想狭缝准直器优选地具有如本发明的第一方案中的可变狭缝宽度，但是当准直器具有固定狭缝宽度因此没有任何狭缝宽度致动器机构时，也可达到在现有技术方法上的改进。
具体地，本发明的第二方案目的在于提供允许伽马相机的加强的正确性和速度的测量，主要目的在于可能在辐射疗程期间对穿透深度控制做出实时反馈。如在介绍中所解释的，当前提出的伽马相机不适合或很难适合于实现这个目的。
通过提供与准直器狭缝平行的细长闪烁元件，该闪烁元件基本上与射束轴垂直，每个闪烁元件建立比如发射的瞬发射线的分布的单向横截面。当与合适的集合放大因数结合时，由于检测器至准直仪狭缝的相对距离与辐射束与准直仪狭缝之间的距离进行比较，不同横截面的结合允许进入目标的辐射束的穿透深度的正确决定。
在一个实施方式中，检测器包括这种闪烁元件的单个阵列，优选地闪烁元件的长度至少对应于准直仪的狭缝的长度。
在一个实施方式中，每个闪烁元件实现为固体闪烁材料的细长条带，每个条带具有入射面、与入射面相对的背面、侧面和在条带的纵向端部处的端面，其中光检测器例如直接或经由光导，例如经由光导纤维而连接至条带的端面。在一个实施方式中，每个条带在至少一个端面处连接至光传感器，但是还可能的是，相应的光检测器连接至条带的每个端面。
优选的是当存在光检测器时，将光检测器实现为硅光电倍增器(SiPM)。
在一个实施方式中，闪烁材料为BGO(Bismuth germinate,锗酸铋)或LYSO(Lu_1.8Y_0.2SiO₅(Ce))。在另一个实施方式中，闪烁元件包括保持在纵向容器中的合适闪烁液体。液体例如保持在玻璃或其他透明材料容器中。例如，在容器的纵向端或两端处设置一个或多个光检测器。
应当注意，本发明还设想将伽马射线直接转换为电荷的直接转换检测器的使用。
在检测器的可能实施方式中，阵列的闪烁元件中央组中的每个闪烁元件的宽度比闪烁元件末端组中的单独的闪烁元件的宽度更小，其中中央组位于闪烁元件末端组之间。与闪烁元件的末端组相比这基本上允许关于入射至中央组上的瞬发伽马射线的伽马相机的更好的分辨率。具体地鉴于布拉格尖峰的实际位置的确定，这可以被有利地使用。
在一个实施方式中，辐射束范围传感器装置被配置为取决于实际伽马计数率来控制狭缝宽度致动器机构。在其可能的版本中，辐射束范围传感器装置被配置为控制狭缝宽度致动器结构，以便如果实际伽马计数率在预定较低阈值以下，那么增加狭缝宽度，并且所述较高阈值代表比较低阈值更高的计数。这个允许例如获得伽马相机的可靠结果，例如如果伽马相机输出用作反馈信号，那么加强射束穿透深度控制的正确性/可靠性。
在一个实施方式中，装置的控制系统被配置为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合存储在存储器中，其中准直器的狭缝宽度致动器机构链接至控制系统，并且所述辐射疗程控制数据包括表示要执行的辐射疗程的一个或多个计划的射束穿透深度的数据，例如变化的射束穿透深度的计划的模式，并且其中所述辐射疗程控制数据包括表示要执行的方式疗程的准直器的一个或多个计划狭缝宽度的数据，例如与变化的射束穿透深度模式通道要执行的准直器的狭缝宽度的变化的计划模 式。这个实施方式允许在疗程期间设定或调节狭缝宽度，以为了获得伽马相机的最佳和/或可靠结果。要执行的辐射疗程的准直器的计划狭缝宽度可以通过合适的计算和/或在合适体模上执行验证疗程来获得。
在一个实施方式中，辐射装置被配置为相对于目标支撑件来变化射束轴的位置和/或角度定向，并且改变进入目标的穿透深度以将发射的笔型质子辐射束的布拉格尖峰定位在至至少由X、Y、Z坐标表示的计划位置，其中Z坐标是沿着射束轴，并且X与Y坐标沿着与射束轴垂直的平面中的正交轴。
在一个实施方式中，控制系统被配置为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合存储在存储器中，其中所述辐射疗程控制数据包括表示要执行的辐射疗程的笔型辐射束的X-Y运动的计划模式的数据，并且其中所述辐射疗程控制数据包括表示与要执行的辐射疗程的辐射束的X-Y运动的计划模式同步的准直器的狭缝宽度的变化的模式的数据。
如果在疗程期间射束轴处于关于准直器的不同位置处，这个很可能影响伽马相机对瞬发伽马射线并且伽马相机的输出信号的“捕获”。
在一个实施方式中，因此提出由伽马相机支撑结构可移动地支撑的伽马相机，以便在基本上与射束轴垂直的Y轴方向上可移动，而没有相对于射束装置来移动目标支撑件，并且其中，设置Y轴驱动以在所述Y轴方向中可控制地移动伽马相机。
这个实施方式例如允许补偿射束轴在疗程期间相对于准直器的运动。
在一个实施方式中，控制系统被配置为将与要利用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合输入和存储在存储器中，其中所述辐射疗程控制数据包括表示要执行的辐射疗程的辐射束的运动模式的数据，并且其中所述辐射疗程控制数据包括表示准直器的狭缝孔径的期望狭缝宽度的数据，其中结合在要执行的辐射疗程期间的辐射束的运动的计划模式来维持宽度。
在一个实施方式中，例如当为患者的头部中的辐射肿瘤而设计装置时，准直器，优选地包括准直器的伽马相机，被可移动地支撑，以便例如在基本上与射束轴平行的Z轴方向上可移动优选地超过至少20分米的长度，而没有相对于所述质子束装置来移动目标支撑件，狭缝孔径与射束轴实质上垂直。
在一个实施方式中，提供Z轴驱动以可控制地在Z轴方向上移动准直器，优选地包括准直器的伽马相机。
这个实施方式在检测器设计中特别有用，其中阵列的闪烁元件的中央组中的闪烁元件中的每个的宽度比闪烁元件的末端组中的单独的闪烁元件的宽度更小，所述中央组位于末端组之间。
准直器或整个伽马相机的Z轴运动的优点是可以尽力将布拉格尖峰放置在伽马相机视场的中央平面中或附近，以便获得伽马相机的优化输出。继而，目标优选地在疗程期间不在Z方向上移动，以便维持与射束装置相对的固定的位置，并且准直器(或整个伽马相机)在Z方向上移动。例如，这个可以用于通过例如在体模上的验证过程期间沿着Z方向移动伽马相机来定位布拉格尖峰。
在一个实施方式中，准直器或伽马相机的Z轴驱动链接至控制系统，其中辐射疗程控制数据包括表示要执行的辐射疗程的一个或多个计划的射束穿透深度的数据，以及表示用于Z轴驱动的一个或多个计划的准直器Z轴位置的数据，例如所述辐射疗程控制数据包括表示与要执行的辐射疗程的变化的穿透深度的计划模式同步的准直器优选地包括准直器的伽马相机的Z轴运动模式的数据，以允许发射的辐射束的布拉格尖峰位于准直器的中央平面中或靠近准直器的中央平面，该平面为通过准直器的狭缝孔径几何对称的平面。
在提供伽马相机的Z轴驱动的一个实施方式中，可以设想伽马相机可以定位在Z方向上以便实现中央组设置在布拉格尖峰的确定的或计划的Z轴位置。在一个实施方式中，阵列的闪烁元件的每个具有入射面，所述入射面位于公共平坦平面优选地与准直器的中央平面垂直的平面中，该平面通过准直器的狭缝孔径几何对称。这允许检测器的实践实施方式。
在有利的实施方式中，闪烁元件的所述的每个具有入射面，所述入射面位于公共凹面中。
优选地，每个闪烁元件具有在闪烁元件的高度方向上与对称几何平面对应的虚构主平面，并且其中所述阵列的闪烁元件被配置成扇形配置，每个闪烁元件被定向为使其相应的虚构主平面延伸通过准直器的狭缝孔径。在这个设计中，每个闪烁元件指向准直器的狭缝孔径，从而避免或减少可能不利于伽马相机正确性的交互深度(DOI)效应。
在其实施方式中，每个闪烁元件具有从入射面开始朝着与入射面相对的背 面增加的宽度。
因为在人头部的辐射中使用的实施方式中，准直器的狭缝孔径的长度在一些设计中基本上为例如15至35公分之间，所以可以设想一个实施方式，在该实施方式中伽马相机的检测器具有纵向闪烁元件的多个阵列，所述闪烁元件的入射面在公共平面优选地固体闪烁材料的条带中，所述多个阵列的闪烁元件在与准直器狭缝孔径平行的公共线上对齐。例如，检测器可以包括相互靠近的两个这样的阵列或甚至多于两个这样的阵列，从而允许每个闪烁元件例如闪烁元件的四个或更多个阵列的长度的进一步减少。与单个阵列相比阵列数量的增加例如允许相对慢的并且具价格吸引力的闪烁元件。
在一个实施方式中，伽马相机可以具有堆叠设置的多个例如两个闪烁元件阵列，其中一个阵列的闪烁元件的入射面定向为朝着叠加阵列的闪烁元件优选地实现为固体闪烁材料的条带的所述闪烁元件上方的背面。
在优选的实施方式中，准直器具有实现为刀状边缘的相对的纵向边缘，优选地具有最多50°的张角，优选地至少最多40°，例如大约30°.
在一个实施方式中，狭缝宽度致动器机构适配于狭缝宽度从例如最大10毫米的宽度至至少1毫米的最小宽度的变化。
在一个实施方式中，检测器具有在与准直器狭缝垂直的方向上的至少20公分的有效宽度，优选的至少35公分，例如大约50公分。这个允许将检测器相对远离准直器狭缝而放置，从而从放大效应中获利并且增强伽马相机的准确性。在一个实施方式中，检测器可以具有等于或大于狭缝的有效长度，例如在15公分和35公分之间的长度。考虑这种相当大的检测器在目标可以为头部肿瘤等的治疗的人体头部的情况中利于装置的使用。
在一个实施方式中，目标支撑件为支撑患者头部的患者支撑件。
在一个实施方式中，目标支撑件为人类患者桌，其包括被配置为支撑包括头部的患者的头部支撑件。
在实践实施方式中，装置包括伽马相机的支撑结构，其被配置为将相机支撑在在目标支撑件以上的竖直距离处，例如适合于将伽马相机支撑在至装置的头部支撑件以上大约20公分处，例如支撑结构在高度上可调节。
根据本发明的第三方案，本发明涉及根据权利要求15的前序所述的装置，其特征在于伽马相机的检测器包括平行并且并排设置的多个细长的闪烁元件 (24)的阵列，每个闪烁元件具有沿着与准直器狭缝孔径平行的纵轴的长度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面平行的宽度、与所述长度垂直并且与所述闪烁元件的入射面垂直的高度，其中所述长度大于所述宽度和所述高度中的每一个，并且在于，所述阵列中的闪烁元件的中央组中的每个闪烁元件的宽度比闪烁元件的末端组中的单独的闪烁元件的宽度更小，其中所述中央组位于末端组之间。
如上文所说明的，这个设置允许伽马相机的检测器的更大准确性，从而导致其比现有技术提议更合适用于实时反馈。
在本发明的第三方案的优选实施方式中，相对于辐射装置可移动地支撑伽马相机，以便在基本上与射束轴平行的Z轴方向上可移动优选地超过至少20公分的长度而没有相对于所述质子射束装置来移动目标支撑件，狭缝孔径基本上与射束轴垂直，并且其中提供Z轴驱动以可控制地在所述Z轴方向上移动伽马相机。如上文所说明的，这个允许将伽马相机固定在优化Z位置处用于射束穿透深度的检测。
在优选的实施方式中，Z轴驱动链接至控制系统，其中所述辐射疗程控制数据包括表示要执行的辐射疗程的一个或多个计划的射束穿透深度的数据，以及表示用于Z轴驱动的一个或多个计划的准直器Z轴位置的数据，例如所述辐射疗程控制数据包括表示与要执行的辐射疗程的变化的射束穿透深度的计划模式同步的准直器优选地包括准直器的伽马相机的Z轴运动的模式的数据，优选地以便允许发射的辐射束的布拉格尖峰位于准直器的中央平面内，该平面为通过准直器的狭缝孔径几何对称的平面。
本发明的第四方案设计根据权利要求18的前序所述的装置，其特征在于所述辐射束范围传感器装置包括一个或多个伽马相机，所述伽马相机在相对于射束轴的轴向地隔开的位置处提供多个狭缝孔径，连续的狭缝孔径之间的轴向隔开为至少3厘米，优选地最多10厘米，每个狭缝孔径提供具有张角的视场，在装置的操作中笔形射束与视场相交，视场由相互邻接优选地部分并且不完全重叠的连续狭缝孔径提供，以便建立沿着射束轴的片段的连续视场。
多个狭缝孔径的每个提供在所述轴向位置处具有张角的视场的提供可以允许沿着射束轴的成像节段的长度的增加。更重要地，这种测量允许每个单独的狭缝孔径的设计，以便与单个相机的使用相比具有受限的或减少的张角以观察 射束轴的相同节段，例如至多30°的张角，例如至多20°，例如至少10°的最小张角。通过在轴向隔开分离位置处的多个狭缝的使用的张角的减少有利地引起准直器针对边缘穿透的阻力增加，并且从而通过射束范围传感器装置加强射束节段的成像。
在本发明的第四方案中，优选地，射束范围传感器装置的所有狭缝孔径是固定宽度的狭缝孔径。但是，如果需要，那么一个或多个所述狭缝孔径可以实现为如参照本发明的第一方案所讨论的可变宽度狭缝孔径。
在本发明的第四方案的实践实施方式中，辐射束范围传感器装置具有2至6个狭缝孔径，例如2或3个狭缝孔径。
优选的，在本发明的第四方案中，射束方位传感器装置的所有狭缝孔径定向为基本上与射束轴垂直。
在本发明的第四方案的实践实施方式中，射束范围传感器装置包括多个伽马相机，每个伽马相机具有单个狭缝孔径，优选地为固定狭缝宽度的狭缝孔径。这样允许每个相机相对简单和紧凑的设计，例如有助于其制作以及集成至射束范围传感器装置。而且，还通过这个设计的使用有助于维护。
在本发明的第四方案的实践实施方式中，当从横向于射束轴的平面中看时，例如在带有多个伽马相机，每个具有一个或多个狭缝孔径例如单个狭缝孔径的实施方式中，多个狭缝孔径设置在与射束轴相对，实际上与目标支撑件相对的不同角度位置。例如，一个伽马相机在目标支撑件之下并且一个从左侧向上成角度并且一个从右侧向上成角度。例如，多个例如三个或更多个伽马相机被相机支撑装置支撑在与射束轴相对的螺旋设置中。在不同角度位置处，例如沿着关于射束轴的螺旋路径，或至少沿着螺旋路径的节段的不同位置处，多个相机的设置允许例如根据本发明的第四方案的用于具有相对大的检测器，而它们的狭缝孔径在射束轴的轴向方向上相对紧靠在一起。
在本发明的第四方案的实施方式中，装置包括支撑多个伽马相机的伽马相机支撑装置，所述支撑装置被配置为允许与射束轴相对的一个或多个相机位置的调节，引起相机的视场重叠的调节，例如，相对于彼此可轴向调节一个或多个伽马相机和/或关于旋转轴可旋转一个或多个相机，例如，横向于射束轴的轴允许在枢轴上转动一个或多个相机以便变化相机的定向和相机视场的重叠。
在本发明的第四方案的实施方式中，射束范围传感器装置包括至少一个伽 马相机，可能地只具有单个伽马相机，根据本发明的第四方案在所述轴向隔开位置处具有多个狭缝孔径。
涉及根据权利要求25的前序的装置的本发明的第五方案，其特征在于，由两个隔开分离的准直器主壁部分和辐射阻挡材料的细长准直器壁棒元件形成狭缝孔径，每个准直器主壁部分限定狭缝孔径的外侧表面，该棒元件设置在所述两个隔开分离的主壁部分之间并隔开所述两个隔开分离的主壁部分，以形成狭缝孔径的第一狭缝通道和第二狭缝通道，所述棒元件限定内侧表面，每个内侧表面将邻近外侧表面与其中一个所述狭缝通道结合绑定，绑定每个狭缝通道的内侧表面和外侧表面是不平行的并且限定狭缝通道的张角和对应的视场，每个狭缝通道具有最大传输中央表面，所述第一狭缝通道和第二狭缝通道的中央平面不平行并且彼此相交，优选地在准直器和射束轴之间相交，所以狭缝通道的视角部分地重叠并且结合地限定狭缝孔径的总视场。
在这个设计中，第一和第二狭缝通道，可能为当在权利要要求30中呈现时的一个或多个中央狭缝通道，有效地允许模仿普通的单个狭缝通道型狭缝孔径。发明的狭缝孔径设计的优点主要在于能够抵消伽马辐射的通过沿着狭缝孔径或狭缝通道的边界的准直器的部分主要为边缘部分的穿透的问题。具有具体张角的普通狭缝孔径可以有效地由带有以下优点的发明设计来代替：用于绑定每个狭缝通道的纵向侧的准直器部分现在可以被制作为对于伽马辐射而言穿透更少，结果是笔型射束进入目标的穿透的成像的质量和/或效率的加强。本发明的第五方案还利用厚的准直器壁来完成，例如准直器壁具有大于30毫米的厚度，例如大于40毫米或大约80毫米。
在具体实施方式中，准直器的狭缝孔径的外侧表面具有在远离检测器的准直器的侧面处的平行外侧表面部分以及具有当从朝着伽马相机的检测器的射束轴的方向上看时，在面对检测器的侧面处的扩散外侧表面部分，准直器壁棒部件具有在远离检测器的准直器的侧面处的扩散内侧表面部分和在面对检测器的侧面处的平行内侧表面。
在一个实施方式中，棒元件的扩散内侧表面部分在顶点相互接合。
在实践实施方式中，第一和第二狭缝通道被被成形为具有相等的张角。
在实践实施方式中，第一和第二狭缝通道被成形为与中央定位于狭缝通道之间的对称平面相对的镜像通道。
本发明的第五方案允许狭缝通道的设计，其使得从第一狭缝通道的视场辐射的伽马辐射图像在检测器上不与从第二通道的视场辐射的伽马辐射图像的重叠。
在实践实施方式中，在每个主壁部分的外侧表面中存在钝角，该钝角具有等于或大于150°，优选地在155°至170°之间的角度。
在本发明的第五方案的进一步变形中，设想在狭缝孔径中没有任何棒元件，这是特别优选的，而是多个细长的准直器壁棒元件设置在所述两个隔开分离的主壁部分之间并且彼此平行以形成除所述第一和第二狭缝通道外的一个或多个中央狭缝通道，优选地每个中央狭缝通道由邻近壁棒元件的不平行表面绑定并且限定张角和中央狭缝通道的对应视场，狭缝通道的视场部分重叠并且结合限定狭缝孔径的视场。
应当理解的是，本文中参考本发明的第一、第二和/或第三方案而讨论的伽马相机、准直器和/或检测器的任何细节可以同等地被配置为与根据本发明的第四和/或第五方案的伽马相机的结合中，除非技术上不可能。
通常，应当理解的是，本文中参考本发明的一个方案所讨论的可选的或优选的特征中的任一个可以与本发明的其它方案中的任一个结合。在本文中更详细地讨论这些结合中的一些。
本发明还涉及如本文描述的伽马相机，用于与强子辐射装置结合使用。
本发明还涉及如本文描述的在强子辐射装置中的伽马相机的使用。
本发明还涉及本文所述的伽马相机，或多个伽马相机，或准直器及其使用的方法，以用于除了在强子辐射装置中外的它目的。例如，本发明射线用于包括伽马射线发射追踪器复合物的非人类的动物或其部分，例如鼠或人体的，非人类动物或人类的伽马辐射发射成像的系统和/或方法，所述系统和/或方法包括或使用如本文描述的伽马相机，或多个伽马相机或准直器及其使用的方法。在这种系统中，可以设置目标支撑件，而没有如本文提到的强子辐射装置和强子射束传感器装置。但是本文中参考辐射束传感器装置描述的任何伽马相机可以存在用于成像。本文中提到的射束轴可以例如然后为物体隔开的轴，例如纵向轴，其中在成像器期间持动物或人类。
本发明还涉及用于使用根据本发明的一个或多个方案的强子辐射装置的强子辐射治疗验证的方法，其中实现为体模的目标在辐射疗程中经受强子辐射束 的照射，所述方法包括：
将体模设置在目标支撑件上，优选地将体模固定在目标支撑件上；
操作强子辐射装置以沿着射束轴发射强子辐射束来照射受目标支撑件所支撑的体模，所述辐射束穿透进入体模；
利用辐射束范围传感器装置来确定所述辐射束进入体模的实际穿透深度。
在方法的实施方式中，使用这样一种装置，其中，在该装置中控制系统被适配为在存储器中输入和存储与将要用辐射束装置来执行的一个或多个辐射疗程相对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合，并且其中，准直器至少根据本发明的第一方案来实现并且具有链接至控制系统的狭缝宽度致动器机构，并且其中，基于包括用于表示疗程期间内变化的射束穿透深度的模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程；并且其中，基于包括用于表示与变化的束穿透深度的模式同步执行的准直器的狭缝宽度变化的模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程。
在方法的实施方式中，基于包括用于表示与要执行的辐射疗程的变化束穿透深度的计划模式同步的准直器，优选地为包括准直器的伽马相机，的Z轴运动模式的数据的存储辐射疗程控制数据，执行验证辐射疗程，优选地以便允许发射的辐射束的布拉格尖峰位于准直器的中央平面中，该中央平面是通过准直器的狭缝孔径几何对称的平面。
本发明还涉及一种用于确定进入目标的强子束的穿透深度的方法，其中，使用根据本文所述的辐射束范围传感器装置。
本发明还涉及一种成像穿透进入被强子辐射束照射的目标的强子束的方法，其中，使用根据本文所述的辐射束范围传感器装置或伽马相机或多个伽马相机。
附图说明
结合附图现在将说明本发明。图中：
图1示意性地示出了根据本发明的质子辐射治疗设备；
图2示意性地示出了根据本发明的伽马相机的闪烁元件阵列的实施方式；
图3示意性地示出了根据本发明的闪烁元件阵列的可替换实施方式；
图4示意性地示出了根据本发明的伽马相机的闪烁元件阵列的实施方式和 狭缝准直器；
图5示意性地示出了具有沿着射束轴设置在轴向隔开位置处的多个伽马相机的射束范围传感器装置；
图6示意性地示出了具有沿着射束轴设置在轴向隔开位置处的多个伽马相机的射束范围传感器装置的横截面图，一个或多个相机是可调节的从而允许适应连续相机的视场重叠；
图7示意性地示出了射束范围传感器装置的横截面图，该射束范围传感器装置实现为具有沿着射束轴位于轴向隔开位置处的多个狭缝孔径的单个伽马相机；
图8在横断射束轴的平面上的视图中示意性地示出在所述平面中以相对于射束轴不同定向的角并且位于沿着射束轴的轴向隔开位置处的螺旋设置的多个伽马相机；
图9a在横截面中示出了具有常见单一狭缝通道类型的狭缝孔径的准直器的部份；
图9b在横截面中示出了根据本发明的第五方面的狭缝孔径的准直器的部份。
具体实施方式
以下将参考图1，讨论根据本发明的被适配为使目标受到质子辐射束照射的质子辐射治疗装置的实例。值得注意的是，本发明同样适用于利用其它强子如碳离子发射射束的辐射装置。
装置包括目标支撑件1，其用于支撑优选地固定目标2。在此实例中，目标支撑件是用于支撑患者头部或者表示人类头部的模式的患者头部支撑件。此处的头部支撑件形成适合支撑包括头部的人类患者(未示出)人类患者手术台3的部分。
例如，目标2是根据ICRU规格的脑组织的直径20厘米的球体。
装置包括质子辐射装置10，其被适配为沿着射束轴(Z轴)发射铅笔型的质子辐射束11以照射由目标支撑件1支撑的目标2。该质子辐射束11穿透目标2。
如已知的，装置10优选地实现为执行点扫描技术，此时铅笔型质子束11 例如使用射束调整磁体在肿瘤上步进。
如所说明的，布拉格尖峰存在于目标2的质子轨道的末端。
这里示出了，射束11穿过降能器12，例如聚乙烯。在此实例中，降能器12被保持在被适配为减慢降能器12中生成的任何中子的管状结构13中。
辐射装置10具有控制系统15，通常是计算机化的控制系统。
该控制系统15至少包括射束穿透深度控制，例如，包括安装在所述计算机化控制系统中的专用软件程序，允许至少控制和变化射束11进入目标2的穿透深度。
装置包括射束范围传感器装置17，其被适配为确定射束11进入目标2的穿透深度。该范围传感器装置包括伽马相机20，该伽马相机20响应于由于穿透进入目标2的射束11而发射的瞬发伽马射线。
在此实例中，伽马相机20包括：
-准直器21，其具有阻挡伽马辐射的壁和所述壁中的孔22；
-检测器，其具有一个或多个闪烁元件24，所述闪烁元件24将穿过准直器21
的所述孔并入射在一个或多个闪烁元件上的伽马辐射转换成为光辐射；
-一个或多个质子检测器(未示出)，其被适配为检测所述光辐射；
-与所述检测器关联的电子读出器机构。
在简单的实施方式中，读出器机构主要用作连接至所述一个或多个质子检测器并提供伽马计数信号的伽马计数器(未示出)。
伽马相机20的准直器是具有细长狭缝孔径22的狭缝准直器。
当使用一维类型的检测器时，狭缝孔径22是优选的，此处狭缝孔径22大致垂直于射束11的射束轴设置。值得注意的是，并非任何时候都有必要狭缝的完美垂直对齐，例如，在疗程期间，允许射束定向小的变化而不调整准直器/伽马相机的位置从而保持完美垂直对齐。
值得注意的是，对于二维类型的检测器，垂直于射束的狭缝的定向原则上是不是必须的。
准直器21是宽度可变的狭缝准直器，其具有可变的细长狭缝孔径22。准直器具有第一准直器元件21a和第二准直器元件21b，其均限定狭缝孔径22的相对纵向边缘的一个。
如优选地，纵向边缘实现为刀刃，提供至多50度的张角度，优选地至少最 多40度，如约30度。
准直器21具有狭缝宽度致动器机构23，其用于相对于彼此位移和定位所述准直器元件21a、b从而允许不同的狭缝宽度。
优选地在辐射疗程期间将辐射束范围传感器装置17连接至监视系统如包括质子辐射装置的显示器30以提供至少射束穿透深度信息。
还将辐射束范围传感器装置连接至控制系统15的射束穿透深度控制以提供至少射束穿透深度反馈数据至射束穿透深度控制。
在实施方式中，辐射束范围传感器装置被适配为根据实际伽马计数率控制狭缝宽度致动器机构23。在变形中，如果实际伽马计数率低于预定下限阈值，则辐射束范围传感器装置被适配为控制该狭缝宽度致动器机构23以便增加狭缝的宽度，如果实际伽马计数率高于预定上限阈值，则降低狭缝宽度，所述上限阈值表示比下限阈值更高的伽马计数率。
控制系统15被适配为经由输入装置31输入并在存储器中存储与将利用辐射束装置执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合。
如所见的，准直器21的狭缝宽度致动器机构23连接至控制系统15。
在实施方式中，辐射疗程控制数据包括表示将执行的辐射疗程的一个或多个计划射束穿透深度的数据，如变化束穿透深度的模式。
在实施方式中，辐射疗程控制数据包括用于表示将执行的辐射疗程的准直器21的一个或多个计划狭缝宽度的数据，如与变化射束穿透深度模式同步执行的准直器21的狭缝宽度的变化模式。
在所述装置中，如优选地，装置10包括射束导向装置(未示出)，其适于，如本领域已知的，变化射束轴相对于目标支撑件1的位置和方向。例如，射束轴可以以多个自由度移动，如由相对于目标支撑件的两轴机构(如竖直和水平)和/或由角运动机构，从而相对于目标支撑件以各种角方向定向射束。射束导向装置允许根据需要引导质子束。
装置10还实现为如通过射束功率的变化来变化质子束进入目标2的穿透深度。
装置10允许定位发射的铅笔型质子辐射束的布拉格尖峰在计划位置处，该计划位置至少由相对于伽马相机的X、Y、Z坐标表示，其中Z坐标是沿着射束 轴并且X和Y坐标是沿着与射束轴垂直的平面中的正交轴。
如优选的，控制系统15被适配为在存储器中输入并存储与将利用辐射束装置执行的一个或多个辐射疗程对应的辐射疗程控制数据的一个或多个集合，其中所述辐射疗程控制数据包括表示将执行的辐射疗程的铅笔型辐射束的X-Y运动的计划模式的数据。
如优选的，存储的辐射疗程控制数据包括表示与将执行的辐射疗程的辐射束的X-Y运动的计划模式同步的准直器的狭缝宽度的变化的计划模式的数据。
在图1中示出了包括准直器21的伽马相机此处在直线导轨35上，相对于质子辐射装置10可移动地被支持从而将可移动，此处准直器21具有大致垂直于射束轴的狭缝孔径22，在大致平行于射束轴的Z轴方向中不相对于所述质子束装置移动目标支撑件。如优选地，所述方向中的伽马相机的移动范围至少是20厘米，如允许在头部上方移动准直器21同时患者本身不移动。
如优选的，支撑伽马相机使得即使当射束轴变化方向如其角方向，伽马相机也保持相对于射束轴垂直的方向。
提供Z轴驱动器18以在Z轴方向中可控制地移动包括准直器的伽马相机20。
如优选的，将Z轴驱动器18连接至控制系统15。
在实施方式中，辐射疗程控制数据包括表示将执行的辐射疗程的一个或多个计划射束穿透深度的数据，以及表示用于Z轴驱动器18的一个或多个计划准直器Z轴位置的数据，如所述辐射疗程控制数据包括表示伽马相机20的Z轴运动的模式的数据，所述伽马相机20包括与将执行的辐射疗程的变化射束穿透深度的计划图形同步准直器，优选地使得允许发射辐射束的布拉格尖峰将定位在准直器21的中心平面26(见图4)中，准直器21的中心平面26是穿过准直器的狭缝孔径22的几何对称平面。
如图1中所见的，装置包括用于伽马相机的支撑结构，其被适配为支撑伽马相机在目标支撑件竖直上方一定距离，如被适配为支撑具有其准直器的伽马相机位于装置的头部支撑件1上方至少20厘米。
如果所希望的(此处未示出)支撑结构可以实现为在高度上可调节使得伽马相机20在Y轴即大致垂直于射束轴方向上可移动，而不相对于射束装置移动目标支撑件。优选地，然后提供Y轴驱动器以可控制地在所述Y轴方向中移动伽马相机。Y轴方向运动有利地用以保持准直器与射束轴一所希望的距离，如保 持由一个方面准直器-检测器距离和另一个方面准直器-射束轴距离之间的比率得到的所希望的几何放大率。例如，如果辐射疗程涉及射束在Y轴方向中的实质运动(如，在治疗领域的扫描过程中)，则可以在所述Y轴方向中以同步模式移动伽马传感器20。
在实际实施方式中，例如，对于脑肿瘤的治疗，将伽马传感器设置为具有这样一种视场，该视场与射束轴在5厘米和10厘米之间如7厘米的长度上相交。
在实际实施方式中，操作检测器以检测伽马射线能量高于1.5兆电子伏。
如优选的，伽马相机20的检测器包括多个平行且并排设置的细长闪烁元件24阵列。
每个闪烁元件24具有沿着平行于准直器狭缝孔径22的纵轴的长度，垂直于所述长度并且平行于所述闪烁元件的入射面的宽度，以及垂直于所述长度并垂直于所述闪烁元件的入射面的高度。如所优选地，所述长度大于每个所述宽度和所述高度。在实际实施方式中，每个元件24的长度是元件宽度的至少5倍。
在实际实施方式中，每个闪烁元件24实现为固态闪烁元件的细长条带，每个条带具有入射面，与入射面相对的背面，侧面以及位于条带的纵向端部的端面。
光电检测器连接至条带的端面，如直接地或经由光导如经由光导纤维引导至合适光导检测器。
设想为了基于伽马计数信号提供合适的反馈，在实践中伽马计数率可以在1和10亿个计数/秒之间范围内。还进一步设想了，在实际的实施方式中，检测器的每个闪烁元件可以设计为最大30000个计数/秒。
如可在图1至图4中可见的，可能在阵列中每个阵列的闪烁元件的中央组中的闪烁元件阵列具有比闪烁元件的末端组中的单个闪烁元件的宽度更小的宽度，末端组置于所述中央组之间。
在图1至图3的实施方式中，示出了每个闪烁元件阵列具有入射面，所述入射面设置在公共平板入射面内，优选地垂直于准直器的中心平面26的平面内，其是通过准直器的狭缝孔径的几何对称的平面。
在图4中示出，每个闪烁元件阵列具有入射面，所述入射面设置在公共凹面内。
在图4中更具体而言示出了一种设计，其中在该设计中每个闪烁元件24具 有与闪烁元件的高度方向中的对称几何平面对应的虚构主平面，并且其中闪烁元件阵列以扇形设置来设置，其中每个闪烁元件定向为使得其各自的虚构主平面延伸穿过准直器21的狭缝孔径22延伸。如果所希望则一个或多个准直器元件实现为使得闪烁元件从入射面朝向与入射面相对的背面具有逐渐增加的宽度。
值得注意的是，利用检测器的平面设计，例如所有入射面位于公共平板平面中的元件24，图4中示出的闪烁元件的扇形设置也是可能的。
扇形设置可以实现为具有闪烁元件的中央组的宽度比末端组中的元件更小，但是也可以是所有的闪烁元件具有相等的宽度。
图3示出了这样一种测量，其中，检测器具有多个闪烁元件24阵列，所述闪烁元件的入射面在公共平面中，优选地固态闪烁材料条带、所述多个阵列的闪烁元件公共线上对齐在平行于准直器狭缝孔径的。
在未示出的实施方式中，检测器具有堆叠设置的闪烁元件的多个阵列，其中一个阵列的闪烁元件的入射面朝向上覆阵列的闪烁元件上的背面定向，优选地，所述闪烁元件实现为固态闪烁材料的条带。
优选地，例如铅制的辐射屏蔽38被放置为与伽马相机相对，此处为在目标支撑件1的另一侧下面，此处，如优选地，在治疗室的地板39上。
可以理解的是，此处示出的装置允许执行用于强子辐射治疗检验的方法，其中目标2实现为经受辐射疗程以被辐射束照射的体模。
该检验方法可以包括：
-将体模2设置在目标支撑件1上，优选地将体模固定在目标支撑件上；
-操作强子辐射装置10以沿着射束轴发射强子辐射束来照射受目标支撑件所
支撑的体模，所述辐射束穿透进入体模；
-利用辐射束范围传感器装置17来确定所述辐射束进入体模目标2的实际穿
透深度。。
在实施方式中，检验方法可以包括：基于包括表示疗程期间变化射束穿透深度的模式的数据的所存储的辐射疗程控制数据和基于包括表示与变化射束穿透深度模式同步执行的准直器的狭缝宽度的变化模式的数据的所存储的辐射疗程控制数据执行检验辐射疗程。
在实施方式中，检验方法可以包括基于包括表示疗程期间变化射束穿透深度的模式的数据的所存储的辐射疗程控制数据和基于包括表示与将执行的辐射疗程的变化射束穿透深度的计划模式同步的伽马相机20的Z轴运动模式的数据的所存储的辐射疗程控制数据执行检验辐射疗程，优选地使得允许发射的辐射束的布拉格尖峰定位在准直器的中心平面内，其是通过准直器的狭缝孔径的几何对称的平面。
图5示意性地示出了具有多个伽马相机20的射束范围传感器装置17′，其以根据本发明的第四方面的方式设置在沿着射束轴11的轴向隔开位置处。
此处每个相机20′具有单个、优选地固定宽度，狭缝孔径22，提供由从狭缝孔径22朝向射束轴11的扩散线表示的张角和相关的视场。
每个相机20′具有其专用检测器24，其在此时被示出以如参考图4所讨论的方式实现。辐射阻挡壁将检测器24和相机的对应狭缝孔径22之间的空间与外部并且与邻近相机的空间屏蔽。
装置17′中的连续狭缝孔径22之间的轴向间隔是至少3厘米，优选至少10厘米，每个狭缝孔径22提供具有张角的视场，该视场与装置操作中的铅笔射束相交，连续狭缝孔径提供的视场彼此邻接，优选地部分地并且不完全地重叠，使得沿着射束轴的一部分建立连续的视场。
如优选的，轴向连续相机20的视场彼此部分重叠进而得到装置17′的连续总视场。
装置17′可以如参考图1所讨论的设置在装置中并且取代其中的装置17。然后，如优选的，布拉格尖峰优选地位于由多个狭缝孔径可见的所述射束轴的所述片段中。
在实际实施方式中，辐射束范围传感器17′具有2至6个狭缝孔径，例如2至3个狭缝孔径。
图6示出了具有支撑多个伽马相机20′的伽马相机支撑装置40的建议，其中支撑装置被适配为允许相对于射束轴11调整一个或多个相机位置从而导致他们视场的重叠的变化。在此实例中，安装每个相机20′使其可围绕轴41，此处为横断射束轴11的轴，旋转，从而允许伽马相机20′枢转从而改变他们的方向并且进而他们视场的重叠。此处的枢转可以在箭头P的方向中进行。
图7示出了提供具有相机20″的射束范围传感器装置17′的建议，如本 发明的第四方面，所述相机20″具有公共准直器21′中的多个狭缝孔径22。以实例的方式示出检测器包括如参考图4所公开的闪烁元件24的多个凹形阵列，每个凹形阵列朝向准直器的对应狭缝孔径22定向。在另一个设计中，检测器是平坦且平面的，优选地还是凹形阵列(或者邻近阵列集合)
图8示出了提供射束范围传感器装置17′的建议，当在与射束轴11横向的平面中观察时，使得此处均具有单个狭缝孔径的多个伽马相机20′的狭缝孔径22被设置为相对于射束轴和目标2的目标支撑件1处于不同的角度位置。此处一个相机20在目标支撑件1下面并且一个相机从左手侧成向上成角度，并且一个相机从右手侧成向上成角度。这优选地是通过相对于射束轴11以螺旋设置的方式设置多个伽马相机获得的。可以理解的是，例如通过考虑图1，当如优选地使用相对大的检测器时，在平行于射束轴的直线上对齐放置多个相机导致连续狭缝之间的大距离。根据本发明的第四方面以不同角度位置的相机的设置允许优化连续狭缝孔径之间的间距，同时允许增强成像的大检测器尺寸。如所解释的，具有张角以成像射束轴的片段的多个狭缝孔径的提供允许降低每个单独狭缝孔径的张角并且进而增加抗边缘穿透的阻力。
图9a示出了具有准直器21的相对主壁部21a、21b之间的单个狭缝通道的公共狭缝孔径22。狭缝孔径具有非平行面，其提供张角α和具有单个通道最小宽度d的刀刃。
如参考本发明的第五方面所讨论的，这样的设计可以以不希望的方式经受由伽马辐射的边缘穿透，例如导致模糊图像和其它图像质量问题。
图9b示出了根据本发明的第五方面的准直器的优选实施方式，其可以用于为替换，例如图9a的设计并避免或者至少减少其辐射穿透问题。
在图9b中，狭缝孔径22通过两个相隔分力的准直器主壁部21a、21b和辐射阻挡材料的细长准直器壁杆状元件21c形成，每个准直器主壁部限定狭缝孔径的外侧面，杆状元件21c设置并且隔开在所述两个间隔开的主壁部21a之间并以形成狭缝孔径22的第一狭缝通道22a和第二狭缝通道22b。
杆状元件21c限定内部侧面，每个内部侧面与狭缝通道22a、22b中的一个的邻近外侧面相结合地绑定，绑定每个狭缝通道22a、22b的内部和外部侧面是不平行的并且限定张角α/2和狭缝通道22a、22b对应的视场。
每个狭缝通道22a、22b具有最大传输中心平面p1、p2，第一和第二狭缝通 道22a、22b的中心平面p1、p2彼此不平行且相交，优选地，在准直器和射束11之间相交，从而狭缝通道的视场部分重叠并且相结合限定狭缝孔径的总视场。
最大传递的平面p1、p2可以粗略等于即近似每个狭缝通道的几何对称的平面。
如通过比较图9a和图9b可以容易地看出图9b的设计允许狭缝通道的侧面设计更不容易被伽马辐射穿透，同时实现狭缝孔径22的视场的相似张角。
在优选的实施方式中，当在朝向伽马相机的检测器24的射束轴11的方向中观察时，准直器的狭缝孔径的外侧面，在与检测器远距离的准直器的侧面处具有平行的外侧面部，在朝向检测器的侧面处具有扩散的外侧面部。准直器壁杆状元件21在与检测器24远距离的准直器一侧处具有扩散内部侧面，并且在朝向检测器24的一侧具有平行的内部侧面。
可见的是，在每个主壁部的外侧面中存在的钝边缘角，其具有等于或大于150度的角度，优选地介于155和170度之间。
在图9中，第一和第二狭缝通道22a、22b被成形为具有相等的张角。
在图9中，将伽马相机设计为使得从第一狭缝通道22a的视场放射的伽马辐射图像在检测器24上不与具有从第二狭缝通道22b的视场传出的伽马辐射图像重叠。
在未示出的实施方式中，多个细长准直器壁杆状元件21c设置在所述两个相隔开的主壁部21a、21b之间并且彼此平行以形成除了所述第一和第二狭缝通道之外的一个或多个中心狭缝通道，优选地每个中心狭缝通道由邻近壁杆状元件的不平行面绑定并且限定张角和中心狭缝通道的相应视场，狭缝通道的视场部分重叠并相结合地限定狭缝的视场。