JP2004526155A

JP2004526155A - 照射量をチェレンコフ光を生成する能力を有する電離放射線を用いて測定するための方法

Info

Publication number: JP2004526155A
Application number: JP2002573913A
Authority: JP
Inventors: ジャン‐マルク、フォンボンヌ; ベルナール、タメン; ジョエル、ティリエール; ジル、イルティ; クリスチャン、ル、ブリュン; ジル、バン
Original assignee: サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、（セーエヌエルエス）
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2004-08-26
Also published as: FR2822239A1; US20040238749A1; CA2443359A1; FR2822239B1; EP1368674A1; CA2443359C; WO2002075359A1; US7154097B2

Abstract

照射量を高い電力の放射線を用いて測定するための方法が開示される。この高い電力の放射線の下に、シンチレータ（１）が配置される。シンチレータ（１）は、これを照射する高い電力の放射線の線量に比例するシンチレーション光を放出する。このシンチレータ（１）は、光ファイバ（２）を介して、シンチレータ（１）によって放出された光を測定するためのデバイス（８）に結合される。この光ファイバ（２）から伝送された光の量が測定され、シンチレータ（１）から放出された光の強度が、少なくとも一つの他の線源から放出される光に基づいて決定される。これを行う前に上述の光ファイバ（２）を用いて、シンチレータ（１）から放出される光と、他の各線源から放出される光が測定デバイスに送られる。本発明は、この方法を実現するための照射線量を測定するためのデバイスにも係る。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は照射量（doses of irradiation）を電離放射線（a beam of ionizing radiation）を用いて測定する分野に係る。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの方法は、例えば、患者への照射を、例えば、治療の目的で監視するために用いられる。このタイプの用途においては、患者への照射は、患者を適当な位置に置き、この照射線を適切な操作（delimitation）することで遂行される。この照射線は、通常は、制動放射光子線（a beam of bremsstranhlung photons）を生成するために用いられる電子加速器（electron accelerator）から得られる。患者が照射の最中に動くと、敏感な器官が損傷される恐れがある。このため、この照射を監視するための高度な手段を提供することが重要となる。
【０００３】
しばしばこの照射の監視を遂行するためにシリコン検出器が用いられる。ただし、これらは、すぐに古くなり、しばしば、大きくて取り扱いにくい。
【０００４】
このような短所を克服するために、シンチレーチングファイバ（scintillating fiber）を備える検出器が開発されている。
【０００５】
このような検出器を用いる方法が、とりわけ、“Direct reading measurement of absorbed dose with plastic scintillators - The general concept and applications to ophtalmic plaque dosimetry”, D. Fluhs, M. Heintz, F. Indenkampen, C. Wieczrek, H. Kolanoski and U. Quast, Med. Phys. 23 (3), March 1996, p.427なる資料において開示されている。
【０００６】
このタイプの方法によると、照射量（doses of irradiation）が高エネルギーの放射線（beam of high-energy radiation）を用いて以下の方法にて測定される：
・この光エネルギーの放射線の下に、シンチレーション光を放出するシンチレータであってそのシンチレーション光の強度がこのシンチレータを照射するこの高エネルギーの放射線の線量に比例するシンチレータが配置され、
・このシンチレータが、光ファイバを介して、このシンチレータから放出される光を測定するためのデバイスに結合され、そして、
・この光ファイバから伝送される光の量が測定される。
【０００７】
ただし、このタイプの方法は、
チェレンコフ効果（寄生効果）とシンチレーション（有効信号）とを弁別するのが困難であるという問題を有する。
【０００８】
本発明の目的は、より詳細には、シンチレータから放出される光の強度を測定することに伴う上述の短所を克服することにある。
【０００９】
この目的が請求項1に記載される方法及び請求項３に記載されるデバイスを用いて達成される。
【００１０】
より詳細には、チェレンコフ効果（Cherenkov effect）が高エネルギー（２００KeV以上）を有する二次電子にて生成される。チェレンコフ放射は、透明媒体内に青色を帯びた外観を有する光を生成する。この光は光の全スペクトルをカバーする。このシンチレータ及び光ファイバ内で生成される光の量は以下のタイプの法則に従う：
【数１】

ここで、λは波長を表し、Lはファイバ（シンチレーティングファイバ或いは通常のファイバ）の被照射長を表す。
【００１１】
放射線治療のセッションの際、光ファイバ内で生成される光は、こうして、以下の２つの異なる起源を有する（図１）：
・供給（照射された）線量にのみ比例し、ある決まった波長を有するシンチレーション（閃光）
・供給（照射された）線量とファイバの被照射長の両方に比例するチェレンコフ光
シンチレータにて生成された光とチェレンコフ効果にて生成された光は、異なる起源を有し、異なるスペクトルレンジを有する（図５参照）。これらが同一の光ファイバにて伝送される。ただし、チェレンコフ効果にて生成された光とシンチレーションにて生成された光とは互いに相関を有さない。このため、各々の寄与分を、このスペクトルの異なる部分内の２つの測定を用いて、双一意対応（biuniquely）的に確定することができる。こうして、他の線源から放出される光と照射にて生成される二次電子により放出されたチェレンコフ光との対応から、シンチレータから放出された光の強度を決定することが可能となる。
【００１２】
本発明の他の目的及び長所が本発明による方法の実施例及び本発明によるデバイスの実施例の詳細な説明を図面を参照しながら読むことでより明確に理解できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では、本発明が放射線分野に適用される一例としての方法及びデバイスを用いて詳細に説明される。
【００１４】
図１に示すように、本発明による照射線量（irradiation doses）を測定するためのデバイスのこの実施例は、シンチレータ（scintillator）１及び光ファイバ２を含む。
【００１５】
シンチレータ１は、１ミリなる直径と、１０mmなる長さを有するシンチレーチングファイバ（scintillating fiber）のシリンダから成る。この長さは調節可能である。このシンチレーチングファイバは特殊なプラスチックから製造される。これは、これを製造する会社Bicron（商号）によってBCF60と呼ばれるファイバを用いることもできる。この場合は、このファイバのコアはポリスチレン（polystyrene）から成り、クラッドはポリメタクリル酸メチル（polymethyl methacrylate, PMMA）から成る。シンチレータ１は、この上に供給（照射）された照射線量と被照射長に比例する強度を有する緑色光を生成する。
【００１６】
シンチレータ１は、サイズが小さなために、治療（処置）を受けている患者の正確なポイントを探索するための理想的なツールである。さらに、これは、治療を受けている患者の体内に照射された線量を測定するために、カテーテル内に導入することもできる。
【００１７】
シンチレータ１は、光ファイバ２に結合される。光ファイバ２はプラスチックファイバから成る。これには、これを製造する会社三菱にてEH4001と呼ばれるファイバを用いることもできる。この場合は、光ファイバ２はPMMAファイバから成り、このコアの直径は１mmであり、このクラッドは直径２．２mmである。この減衰は、０．１５ｄB/メートルである。
【００１８】
このシンチレータ１及び光ファイバ２の一部が細長い紐状とされ、鞘４内に導入される。
【００１９】
図２に示すように、光ファイバ２はシンチレータ１が全体として治療或いは監視されるべき領域域７の中央に来るように配置される。光ファイバ２は電子デバイス６に接続される。この電子デバイス６は、複数の光ファイバから伝送される任意の光を測定するための光検出器として機能する光ダイオード８を含む。
【００２０】
光ダイオード８によって生成された信号は、次にこれらを利用する目的で増幅される。これらは、その後、デジタル的に捕捉エレクトロニクス１０に伝送される。
【００２１】
幾つかの測定に対しては、より長いシンチレーチングファイバ１２が、照射線が供給されることは予定されてない、被被照射領域の周囲に配置される。こうすることで、照射が実際に、治療されるべき領域７内では行なわれているが、外側では行なわれていないことをチェックすることが可能となる。このシンチレーチングファイバ１２は光ファイバ３に結合され、光ファイバ３自身は、捕捉捕捉エレクトロニクス１０内での処理のために、電子デバイス６の光ダイオード８に接続される。
【００２２】
照射線は、照射線量を、対象とされる治療に依存して、X-線或いは電子の光線の形態にて供給する加速器（accelerator）によって生成される。いずれにしても、X-線光子は、これらのエネルギーを（例えば、患者の体内で、光電効果、コンプトン効果（Compton effect）或いは対生成（pair creation）によって生成される）電子を介して運ぶ。以下では、これら電子の効果についてのみ考慮される。
【００２３】
図３に示すように、光ファイバ２から来る光は、２つのカラーフィルタA及びBを通じてフィルタリングされる。各カラーフィルタA或いはBの後に光ダイオード８A或いは８Bが配置される。
【００２４】
図４に示すように、これら２つのフィルタA、Bの各々は、光スペクトルの異なる部分を透過する。これら２つのカラーフィルタA、Bの一方は、青色帯域通過フィルタから成り、他方は黄色帯域通過フィルタから成る。これらフィルタの遮断周波数は、光ファイバ２から来る光の成分の関数として選択される。
【００２５】
図５に示すように、光ファイバ２から来る光はシンチレータ１によって生成されるシンチレーション（閃光）に起因する成分と、チェレンコフ効果（Cherenkov effect）に起因する成分とを含む。
【００２６】
図４と５の比較からフィルタAは主にチェレンコフ効果にて放出された光を透過するが、フィルタBはチェレンコフ効果にて放出された光とシンチレータ１にて放出された光の両方を透過することがわかる。
【００２７】
本発明によると、シンチレータ１にて放出される光の強度が光ファイバ２からの光の強度に基づいて決定される。
【００２８】
仮に、
Cは、線量D_Lに対してファイバ長L間で生成されたチェレンコフ光の量を表し、
Sは、供給（照射）された線量Dに対して生成されたシンチレーション光の量を表し、
K^S _Aは、シンチレーション光のスペクトルのフィルタAによる変調を表し、
K^S _Bは、シンチレーション光のスペクトルのフィルタBによる変調を表し、
K^C _Aは、チェレンコフ光のスペクトルのフィルタAによる変調を表し、
K^C _Bは、チェレンコフ光のスペクトルのフィルタBによる変調を表し、
M_Aは、光ダイオード８A上に受信された光の量を表し、
M_Bは、光ダイオード８B上に受信された光の量を表す、ものとすると、以下の関係式が成り立つ：
【数２】

これは、行列形式にて、
【数３】

として表すこともでき、ここで、
【数４】

はK行列とも呼ばれ、
【数５】

はMベクトルとも呼ばれる。
【００２９】
行列M_Aは、フィルタA及びBが正しく選択された場合は正則（non-singular）となる。より具体的には、一方が青色帯域通過フィルタとされ、他方が黄色帯域通過フィルタとされた場合は、行列M_Aは正則行列となる。この場合は、Mベクトルを知ることで、シンチレーション光の量Sと、チェレンコフ光の量Cを双一意対応（biuniquely）的に確定することができ、さらに、校正（calibration）により、供給（照射）された線量Dを確定することが可能となる。
【００３０】
この校正は、シンチレータ１によって受信された信号と、近傍に配置された参照電離チャンバ（reference ionization chamber）内で生成された信号とを比較することで遂行される。
【００３１】
これは、単に、チェレンコフ放射の量を少なくとも２つの測定点において変化させ、照射量を確定するための係数（coefficients）を最小自乗法にて調節することから成る。
【００３２】
このためには、以下のタイプの関係が求められる：
D＝αM_A ＋ βM_B
この目的のためには、ｎ回の測定を行うことで、
【数６】

なる観測系が得られ、次に、未知数α及びβのベクトルが以下のようにして決定される：
【数７】

ここで、M^Tは行列Mの転置行列（transpose matrix）を表す。
【００３３】
その後、これら係数α及びβを用いて、供給（照射）された線量が測定された線量の関数として計算される。
【００３４】
校正の後、シンチレータ１にて得られた一連の結果が電離チャンバを用いて直接に得られた一連の測定値と比較された。電離チャンバによる測定については、これら測定値は、水タンクに１５MVなるX-線を生成し、２Gy/minにて、等角点から放出する線源を置き、この値を深さの関数として測定し、これを理論値と比較した比（depth yield）に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による照射線量測定デバイスに搭載される光ファイバ及びシンチレータの縦断面を簡略的に示す図である。
【図２】本発明による照射線量測定デバイスの一つの実施例を簡略的に示す図である。
【図３】図２に示す測定デバイスの検出部分の一つのバリエーションを簡略的に示す図である。
【図４】図３に示す検出部分の光検出器の感度を各光検出器に取り付けられたフィルタによって透過される光の波長λの関数として示すダイヤグラムである。
【図５】図２に示されるデバイスのシンチレータとチェレンコフ効果によって放出される光エネルギーを波長λの関数として示すダイヤグラムである。
【図６】照射により供給され、それぞれ、電離チャンバ（ｘ）と図２に示すデバイス（O）を用いて測定された線量を、測定デバイスを校正するためのファントム内への浸入度の関数として示すダイヤグラムである。
【符号の説明】
【００３６】
１シンチレータ
２光ファイバ
３光ファイバ
４鞘
６電子デバイス
８光ダイオード
１０捕捉エレクトロニクス
１２シンチレーチングファイバ

Claims

電離放射線の下に、シンチレーション光を放出しその強度が前記電離放射線の線量に比例するシンチレータ（１）が配置され、
前記シンチレータ（１）が、光ファイバ（２）を介して、前記シンチレータ（１）によって放出された光を測定するためのデバイス（８）に結合され、
前記光ファイバ（２）から伝送された光の量が測定される、照射量を、チェレンコフ光を生成する能力を有する電離放射線を用いて測定するための方法において、
前記光ファイバ（２）の前記シンチレータ（１）に結合された端とは反対の端から出現する光が、この光のスペクトルの異なる部分内に遮断帯域を有する２つの帯域通過フィルタを用いてフィルタリングされ、これら２つのフィルタから来る光の強度が測定され、前記シンチレーション光の量と前記チェレンコフ光の量がこれら測定値に基づいて計算され、前記照射量の測定値がこれら量から推定されることを特徴とする方法。
前記シンチレーション光の量とチェレンコフ光の測定が複数回遂行され、これら測定値から第一の照射線量値が推定されることを特徴とする請求項1記載の方法。
照射量を高エネルギーの放射線にて測定するためのデバイスであって、
シンチレーション光を放出しその強度が受光する光線の線量に比例するシンチレータ（１）と、
前記シンチレータ（１）から放出された光をこの光の強度を測定するためのデバイス（８）に伝送するための光ファイバ（２）とを備え、
前記光のスペクトルの異なる部分内に遮断周波数を有する少なくとも２つのフィルタと、前記シンチレーション光と前記チェレンコフ光を一緒に前記スペクトルの少なくとも２つの異なる部分においてこれら２つのフィルタの出力の所で測定するための手段と、前記シンチレーション光の量と前記チェレンコフ光の量をこうして得られた測定値に基づいて計算するための手段と、これら測定値から前記照射量を推定するための処理手段と、を備えることを特徴とするデバイス。
さらに、各帯域通過フィルタの後に配置された、前記光ファイバ（２）から入来し、前記２つの帯域通過フィルタの各々によってフィルタリングされた光を測定するための光検出器（８）を備えることを特徴とする請求項３記載のデバイス。