JP2010175309A - 放射線計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陽子線を用いた場合であっても、放射線照射装置が水中に形成する３次元の線量分布を一度に計測し、計測時間を短縮する。
【解決手段】複数のイオンチェンバー２１０を積層した放射線計測装置であって、イオンチェンバー２１０は、放射線の入射により発生した信号を取り出す信号取り出し電極と、信号取り出し電極と対向して配置される電圧印加電極と、イオンチェンバー及び他の前記イオンチェンバーの間に配置され、イオンチェンバーの放射線阻止能に関する水等価厚と放射線拡散量に関する水等価厚を一致させる調整体を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線計測装置に関する。

放射線照射装置の調整や性能評価は、放射線照射装置が照射した放射線によって水中に形成される線量分布を計測することで行われる。照射体として水を用いる理由は、放射線照射装置の主な照射対象である人体の７割が水のためである。

線量分布計測に最も一般的に使用される計測器は、小型の放射線計測器を内部に搭載した水ファントムである。小型計測器は、モーター駆動によって水ファントム内部を自由に移動できる仕組みになっている。調整や性能評価の対象となる放射線照射装置を使って水ファントムに放射線を照射し、小型計測器を細かく走査して水ファントム中に形成された線量分布を計測する。計測線量に対する出力の線形性を考慮して、小型計測器にはイオンチェンバーや半導体検出器が用いられる。このような線量分布の計測方法は、小型計測器の走査に伴って長大する計測時間が課題である。

非特許文献１には、重粒子線治療装置から出射された炭素ビームの、ビーム進行方向（照射方向）における線量分布を測定する線量計測器（積層型計測器）が開示されている。
この積層型計測器は、炭素線の照射方向（以下、縦方向）に対してイオンチェンバーを多数積層した計測器で構成される。積層型計測器に放射線を照射すると、積層型計測器内における線量分布を一度に計測できる。積層型計測器による、線量計測時間の短縮が期待されている。

M.Shimbo, et al."Development of Multi-layer Ion Chamber for Measurement of Depth Dose Distributions of Heavy-ion Therapeutic Beam for Individual Patients"Nihon Igaku Hoshasen Gakkai zasshi. Nippon acta radiologica 60 issue.5 274-279 (2000)

積層型計測器で計測された３次元線量分布は、水中における結果へ換算される必要がある。ただし換算のためには、積層型計測器において、放射線阻止能の水等価厚が放射線拡散量の水等価厚と一致している必要がある。放射線の拡散は、計測器内での放射線のドリフトと散乱に起因する。物質中での散乱が無視できるほど少ない重粒子線（例えば、炭素線）では、縦方向のイオンチェンバーの厚みを重粒子線阻止能の水等価厚と一致させることで、換算のための条件を満足できる。従って、炭素線の場合、積層型計測器で計測した３次元の線量分布を、水中における結果へ換算できる。

しかしながら、従来の積層型計測器は、陽子線程度の質量である放射線（例えば、陽子やヘリウムを用いた荷電粒子ビーム）に対してこの条件を満足できず、水中の線量分布を得ることが困難であった。結局、放射線照射装置の調整項目又は性能評価項目によっては、小型の放射線計測器を内部に搭載した水ファントムを別途用意する必要があり、効果的に計測時間を短縮できていなかった。

本発明の特徴は、複数のイオンチェンバーを積層した放射線計測器であって、イオンチェンバーと他のイオンチェンバーの間に配置され、イオンチェンバーの放射線阻止能に関する水等価厚と放射線拡散量に関する水等価厚を一致させるための調整体を有することにある。

本発明により、陽子線程度の質量を有する放射線を用いた場合であっても、放射線照射装置が水中に形成する３次元の線量分布を一度に計測でき、計測に必要となる時間を短縮できる。

本発明の好適な一実施例である放射線計測器の陽子線照射装置への適用例を示す図である。 本発明の好適な一実施例である放射線計測器の構成図であり、（ａ）は放射線計測器の斜視図、（ｂ）は可動装置の概略図、（ｃ）は可動装置の斜視図である。 図２に示す放射線計測器を構成するセンサー部の構成図である。 図２に示す放射線計測器を構成するセンサー部の斜視図である。 図２に示す放射線計測器を構成する信号電極基板の構成図である。 図２に示す放射線計測器を構成する高圧電圧電極基板の構成図である。 図２に示すセンサー部における陽子線のエネルギー損失と拡散量を示す図であり、（ａ）は陽子線のエネルギーが２５０ＭｅＶでのエネルギー損失分布、（ｂ）は陽子線のエネルギーが７０ＭｅＶでのエネルギー損失分布、（ｃ）は陽子線のエネルギーが２５０ＭｅＶでの空間分布、（ｄ）は陽子線のエネルギーが７０ＭｅＶでの空間分布、（ｅ）は陽子線のエネルギーが２５０ＭｅＶでの散乱角度分布、（ｆ）は陽子線のエネルギーが７０ＭｅＶでの散乱角度分布を示す図である。 本発明の好適な一実施例である放射線計測器によって計測された陽子線の線量分布を示す図であり、（ａ）は陽子線のエネルギーが７０ＭｅＶでの縦方向の線量分布、（ｂ）は陽子線のエネルギーが２５０ＭｅＶでの縦方向の線量分布、（ｃ）は陽子線のエネルギーが２５０ＭｅＶでの横方向の線量分布を示す図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

本発明の好適な一実施例である放射線計測器を図１で説明する。本実施例の放射線計測器１０１は、放射線照射装置の１種である陽子線照射装置１０２の調整および性能評価を行うため、陽子線照射装置１０２が水中で形成する線量分布を計測する。なお本実施例では放射線照射装置の例として陽子線照射装置１０２を上げたが、陽子線以外で物質毎の散乱量の差を無視することが困難である線種、例えばヘリウムを用いた放射線照射装置でも同様の効果が得られる。

陽子線照射装置１０２は、図１に示すように、陽子線発生装置１０３，陽子線輸送装置１０４、および回転式照射装置１０５を有する。なお、本実施例の照射装置は回転式であるが、固定式でも同様の効果が得られる。

陽子線発生装置１０３は、イオン源１０６，前段加速器１０７（例えば直線加速器）及びシンクロトロン１０８を有する。イオン源１０６で発生した陽子イオンは、前段加速器１０７でまず加速される。前段加速器１０７から出射された陽子線は、シンクロトロン１０８で所定のエネルギーまで加速された後、出射デフレクタ１０９から陽子線輸送装置１０４に出射される。陽子線は陽子線輸送装置１０４を経て回転式照射装置１０５に導かれ、放射線計測器１０１に照射される。回転式照射装置１０５は、回転ガントリー（図示せず）及び照射野形成装置１１０を有する。照射野形成装置１１０は回転ガントリーに設置され、回転ガントリーと共に回転する。また、陽子線輸送装置１０４の一部は、回転ガントリーに取り付けられている。なお、本実施例では陽子線加速器としてシンクロトロン１０８を採用したが、サイクロトロンや直線加速器を用いた場合にも同様の効果が得られる。

次に、本実施例の回転式照射装置１０５によって実現されるスキャニング照射法の概略を以下に説明する。スキャニング照射法では、被照射体はビーム進行方向（縦方向）において複数の層に分割され、陽子線が１つの層ごとに回転式照射装置１０５に搭載される２対の走査電磁石（図示せず）を用いて縦方向と垂直な方向（以下、横方向）に２次元走査される。まず、ある層に対して陽子線を既定位置まで走査し、回転式照射装置１０５から陽子線を出射する。既定線量の照射を完了した時点で陽子線の照射が停止し、次の既定位置へ再度陽子線が走査される。１つの層内での照射が終了すると、シンクロトロンもしくはレンジシフタを使って陽子線のエネルギーが変更される。これにより、他の層内において前述の陽子線照射が実行される。

なお、本実施例では回転照射装置１０５によって実現される陽子線照射法としてスキャニング照射法を採用したが、単一エネルギーの陽子線が形成するブラッグピークを所望の線量分布に合わせて縦方向に拡大する機能をもつ飛程変調ホイールやリッジフィルタなどの機器を使用し、さらに陽子線経路に設置した散乱体を使って陽子線を横方向に拡大して、均一な線量分布を形成する照射法でも同様の効果が得られる。

次に、放射線計測器１０１の構造について、図２を用いて以下に説明する。放射線計測器１０１は、図２（ａ）に示すようにスポットポジションモニター２０１（位置モニター、以下、ＳＰＭ），レンジシフタ２０２，レンジシフタ挿入機構２０３，線量計測部２０４，可動装置２０５、及び主制御装置２０６を有する。

ＳＰＭ２０１は、ＳＰＭ２０１に入射した陽子線の横方向における重心位置（ビーム進行方向に対して垂直な平面において、通過した陽子線の重心位置）を計測する。ＳＰＭ２０１は、複数の電極線をガス容器内部に数mmの間隔で配置したイオンチェンバーである。
ＳＰＭ２０１によれば、スキャニング照射法等によって照射された陽子線の重心位置と、横方向に対する陽子線の広がりを、線量計測部２０４と比較して精度良く計測できる。また、ＳＰＭ２０１は、図１に示す陽子線照射装置１０２の調整項目及び性能評価項目に応じて、脱着可能な構成である。ＳＰＭ２０１は、ビーム進行方向に対して線量計測部２０４よりも上流側に配置される。

レンジシフタ２０２は、調整項目及び性能評価項目に応じて、ビームの進行方向と平行な方向（縦方向）の計測位置を変更する。レンジシフタ２０２は、厚さが異なる複数のエネルギー吸収体（例えば、０.１mm，０.２mm，０.４mm，０.８mm，１.６mm，３.２mm，６
.４mmの７つのエネルギー吸収体）を有する。一つのエネルギー吸収体、又は複数のエネルギー吸収体を組み合わせてビーム通過位置に配置することで、ビーム進行方向の計測位置（通過する陽子線のエネルギー）を変えることができる。本実施例のレンジシフタ２０２の場合、０.１mm間隔で縦方向の計測範囲を変更でき、変更範囲は０.１mmから１２.７mmである。ただし、使用されるレンジシフタ２０２の素材と厚みの種類は、陽子線照射装置１０２の調整及び性能評価の項目に応じて任意である。本実施例では、レンジシフタの素材としてＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（Acrylonitrile butadiene styrene）樹脂）製の板を使用する。レンジシフタ２０２は、ビーム進行方向に対して
線量計測部２０４よりも上流側に配置される。

レンジシフタ挿入機構（レンジシフタ制御部）２０３は、ビーム通過位置に所定の厚みのエネルギー吸収体が配置されるようにレンジシフタ２０２を駆動・制御する。

可動装置２０５は、可動天板Ａ２０７，可動天板Ｂ２０８，車輪２０９を有する。可動天板Ａ２０７の上にＳＰＭ２０１，レンジシフタ２０２，レンジシフタ挿入機構２０３が配置される。可動天板Ｂ２０８の上に線量計測部２０４が配置される。可動装置２０５は、陽子線照射装置１０２の調整及び性能評価の項目に応じて、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、縦方向１軸と横方向２軸に可動天板Ｂ２０８を走査する。可動天板Ａ２０７は、可動天板Ｂ２０８と連動して横方向２軸に可動する。また放射線計測器１０１のアライメントのために、可動装置２０５は図２（ｂ）に示すように、地面と垂直な方向を軸として可動天板Ａ２０７と可動天板Ｂ２０８を同時に回転できる。また、可動天板Ａ２０７と可動天板Ｂ２０８において機器の設置面は、縦方向と平行であるように調整される。可動装置２０５の底面部には車輪２０９が設けられ、図１に示す放射線計測器１０１を任意の場所へ移動して使用できる。ただし、線量分布の計測時は、放射線計測器１０１は定位置に固定される。車輪は、ボールベアリングで代用できる。

線量計測部２０４は、複数のイオンチェンバー２１０（例えば、縦方向に数十層のイオンチェンバー２１０）を積層して構成される。イオンチェンバー２１０は、イオンチェンバー２１０とイオンチェンバー２１０の間にできるだけ隙間ができないよう積層される。
イオンチェンバー２１０は１枚ずつ脱着可能であり、ある層のイオンチェンバーが故障した場合、ただちに交換できる。ただし、イオンチェンバー２１０の積層数は、陽子線照射装置１０２の調整及び性能評価の項目に応じて任意である。イオンチェンバー２１０は、陽子線の線量に感度を持つセンサー部２１１と、信号処理装置２１２を有する。

センサー部２１１の構成を、図３〜図６に示す。センサー部２１１は、図３に示すように、調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４，高電圧電極基板３０５を有する。調整体３０２は、陽子線に対する物理的性質が水と近い物質が好ましい。例えば、密度が２.０ｇ／cm³以下である、アクリル，ＡＢＳ，ガラスエポキシ，カプトンなどの合成樹脂である。本実施例では、調整体３０２としてアクリルを用いた例を説明する。調整体３０２は、センサー部２１１における陽子線の阻止能と拡散量を調整する。スペーサ３０３は絶縁体で成形され、センサー部２１１の電離層を確保するために信号電極基板３０４と高電圧電極基板３０５の間に配置される。即ち、スペーサ３０３の厚みが、電離層の厚みである。スペーサ３０３内の電離層は、電離ガスで満たされる。本実施例では、電離ガスである空気を密封する例を示すが、外部に備わったガスポンプを用いて電離ガスを循環させる構成であってもよい。循環させる場合、スペーサ３０３には電離ガスの流入出口が設けられる。信号電極基板３０４と高電圧電極基板３０５は、電極として銅を表面に蒸着したガラスエポキシ板である。銅電極には、ニッケルメッキと金メッキが施される。電極基板は、絶縁体であればガラスエポキシ板である必要は必ずしもない。以下、信号電極基板３０４と高電圧電極基板３０５が互いに向き合う面を表側、表側と反対の面を裏側と表現する。また、信号電極基板３０４の表側に備えられた電極が信号電極３０６（図５）であり、高電圧電極基板３０５の表側に備えられた電極が高電圧電極３０７（図６）である。つまり、信号電極（信号取り出し電極）３０６は、信号電極基板３０４とスペーサ３０３の間に設けられ、高電圧電極（電圧印加電極）３０７は高電圧電極基板３０５とスペーサ３０３の間に設けられる。高電圧電極３０７は、信号電極３０６と対向して配置される。イオンチェンバーを積層した場合、イオンチェンバーと他のイオンチェンバーの間に調整体３０２が配置されるように構成される。本実施例のセンサー部２１１は、信号電極基板３０４，スペーサ３０３及び高電圧電極基板３０５を、第一の調整体３０２及び第二の調整体３０２で挟む構成としたが、いずれか一方の調整体３０２を配置する構成であってもよい。

調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４，高電圧電極基板３０５は、図３のように絶縁体で形成されたネジ３０８を用いて固定される。ネジ３０８で固定された状態のセンサー部２１１の構成を、図４に示す。図２に示したイオンチェンバー２１０の積層時、ネジ３０８がイオンチェンバー２１０の間に隙間を作らないよう、調整体３０２にはネジ３０８を隠す穴があけられる。本実施例では、センサー部２１１の固定に絶縁体で成形されたネジ３０８を用いたが、確実にセンサー部２１１を固定できる方法であって、かつイオンチェンバー２１０の積層を邪魔しない方法であれば、センサー部２１１の固定に関して手段は問わない。

信号電極３０６は、電気的に独立した素子（第１素子）３０９に分割される。素子３０９は面積が数mm〜数百mm平方であり、電極の中心に十字状配列される。各素子３０９には
、導体で形成された信号線３１０が電気的に接続されている。十字状に分割されていない信号電極四隅の大型素子（第２素子）３１１も、それぞれ信号線３１０が電気的に接続されている。信号線３１０は、信号電極基板３０４の裏側を通って信号電極基板３０４の外側まで延長される。電場が一様である領域を使うため、電極の端から数mmの範囲３１２は
使用せず、信号電極３０６の外部で接地される。また信号電極の素子３０９，大型素子３１１は、信号線３１０と抵抗を介して接地される。高電圧電極３０７には、高電圧線３１３が電気的に接続されている。高電圧線３１３は、高電圧電極基板３０５の裏側を通って高電圧電極基板３０５の外側まで延長される。高電圧電極３０７には、高電圧線３１３を介して数百ボルト程度の電圧がかけられている。ただし、信号電極３０６及び高電圧電極３０７のパターンや信号線３１０の配線方法については、図１に示す陽子線照射装置１０２の調整及び性能評価の項目に応じて任意である。

信号処理装置２１２は、センサー部２１１の周囲を取り囲むように配置される。つまり、センサー部２１１に入射する陽子線の進行を妨げない位置に、信号処理装置２１２が配置される。

センサー部２１１に陽子線が照射されると、センサー部２１１の電離層（即ち、スペーサ３０３の内側である）に封入された電離ガス（本実施例では大気）が電離し、電離層にイオン対が生成される。このとき生成するイオン対の数は、電離層における陽子線のエネルギー損失量に比例する。信号電極３０６と高電圧電極３０７との間の電位差によって発生する電場により、イオン対は電極方向にドリフトする。イオン対が電極に到達すると、イオン対の数に応じた電荷が電極に発生する。信号電極３０６に関しては、イオン対の生成位置とおおよそ最短距離に位置する素子３０９で電荷が発生する。信号電極３０６に発生する電荷は、電離層における陽子線のエネルギー損失量に比例する。信号電極３０６で発生した電荷は、信号線３１０を通して素子３０９毎に図２に示す信号処理装置２１２へ出力される。信号処理装置２１２は、素子３０９毎の入力電荷をチャージアンプ（図示せず）で積分してアナログの電圧値に変換し、さらに得られたアナログの電圧値をアナログ−デジタルコンバータ（図示せず。以下、ＡＤＣ）を使ってデジタル値に変換する。本実施例のチャージアンプは任意のタイミングで蓄電荷を放電できる機能を有する。得られたデジタル値は、図２に示す主制御装置２０６に送信される。

センサー部２１１を構成する調整体３０２，スペーサ（即ち、電離層）３０３，信号電極基板３０４及び高電圧電極基板３０５（以下、電極基板）の厚み、及び調整体３０２の素材を決定する方法を、以下に説明する。センサー部２１１を構成する調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材は、センサー部２１１の陽子線阻止能と陽子線拡散量を考慮して決められる。
具体的には、まずセンサー部２１１と、厚みがセンサー部２１１と同じである水に対して初期条件が等しい陽子線を照射し、陽子線のエネルギー損失に関する比較と拡散量に関する比較をそれぞれ行う。これを調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材に関して異なる組み合わせで繰り返し試行し、エネルギー損失と拡散量がそれぞれ同時に近い値となる組み合わせをセンサー部２１１の構造として採用する。即ち、本実施例におけるセンサー部２１１は、巨視的には陽子線に対して水と同じ性質である。従って本実施例において、図２に示すイオンチェンバー２１０を積層した線量計測部２０４内で形成される陽子線の線量分布は、水中における陽子線の線量分布と等価である。ここで、阻止能とは、ある物質・物体において、通過した放射線にエネルギー損失を与える能力を示す。例えば、阻止能の高い物質・物体では、通過した陽子線は大きくエネルギー損失することになる。また、拡散量とは、ある物質・物体を通過した放射線における、位相空間（Ｘ［mm］，Ｘ′［rad］）分布の変化量（特に増加量）を示す。Ｘはある１陽子に関するビーム軸からの距離で陽子線の実空間上の広がりを示し、ビーム軸上に存在する陽子はＸ＝０mmである。Ｘ′はある１陽子
の進行方向とビーム進行方向がなす角度でＸの変化量を示し、ビーム進行方向と順平行に進行する陽子はＸ′＝０radである。なお、調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材に関して、センサー部２１１に関する陽子線阻止能の水等価厚と、陽子線拡散量の水等価厚が一致する組み合わせでセンサー部２１１を構成しても、同様の効果が得られる。ただし、図２に示す線量計測部２０４で得られた線量分布を水中の線量分布に換算する場合、線量計測部２０４で得られた線量分布をセンサー部２１１の水等価厚に従って補正する必要がある。ここで、阻止能の水等価厚とは、ある阻止能の物質・物体と同等のエネルギー損失を水で発生させようとした場合に、必要とされる水の厚みを示す。また、拡散量の水等価厚とは、ある物質・物体を通過した放射線と同等の拡散量を水で与えようとした場合に、必要とされる水の厚みを示す。

また、センサー部２１１を構成する調整体３０２，スペーサ３０３及び信号電極基板３０４，高電圧電極基板３０５の接着に接着剤を用いた場合、接着剤がセンサー部２１１の水等価性に与える影響を考慮して、調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材を決める必要がある。

さらにまた、電離ガスとして空気以外の物質を用いた場合と、電極基板としてガラスエポキシ板以外の素材を用いた場合、それらがセンサー部２１１の水等価性に与える影響を考慮して、調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材を決める必要がある。

以上、センサー部２１１を構成する調整体３０２，スペーサ３０３，信号電極基板３０４の厚み、高電圧電極基板３０５の厚み、及び調整体３０２の素材を決定するためには、センサー部２１１と、厚みがセンサー部２１１と同じである水における陽子線阻止能と陽子線拡散量をそれぞれ知る必要がある。その手段としては、センサー部２１１を実際に製作して実験的に計測する方法や、放射線の物理モデルに従ったシミュレーションで計算する方法が考えられる。

図７（ａ）（ｂ）は、上記方法に従って構成物を決定した図３のセンサー部２１１における陽子線のエネルギー損失分布を示す。センサー部２１１における陽子線のエネルギー損失は、センサー部２１１の陽子線阻止能と関係する。横軸がエネルギー損失量、縦軸が事象数である。ただし陽子線は、センサー部２１１の中心に対して縦方向と平行に照射した。図７（ａ）（ｂ）には、厚みがセンサー部２１１と同じである水における陽子線のエネルギー損失分布も重ねて示した。センサー部２１１におけるエネルギー損失量の中心値は、厚みがセンサー部２１１と同じである水におけるエネルギー損失と±１％以内で一致している。また、図７（ｃ）（ｄ）は、エミッタンスゼロの陽子線がセンサー部２１１を通過した後に持つ空間分布である。横軸が空間的な位置、縦軸が事象数である。センサー部２１１に対する陽子線の照射位置が横軸の原点である。ただし陽子線は、センサー部２１１の中心に対して縦方向と平行に照射した。図７（ｃ）（ｄ）には、厚みがセンサー部２１１と同じである水を通過した陽子線が持つ空間分布も重ねて示した。さらに図７（ｅ）（ｆ）は、エミッタンスゼロの陽子線がセンサー部２１１を通過した後に持つ散乱角度分布である。横軸が散乱角度ｔａｎθ、縦軸が事象数である。図７（ｅ）（ｆ）には、厚みがセンサー部２１１と同じである水を通過した陽子線が持つ散乱角度分布も重ねて示した。ただし陽子線は、センサー部２１１の中心に対して縦方向と平行に照射した。センサー部２１１を通過した陽子線の実空間分布（位相空間でいうとＸ[mm]の分布）と散乱角度分布（位相空間でいうとＸ′[rad]の分布）は、センサー部２１１の陽子線拡散量（位相空間分布の変化量）に関係する。センサー部２１１と厚みがセンサー部２１１と同じである水に関して、これら２つの分布の分散（空間分散，散乱角分散）は共に±５％以内で一致している。なお、図７（ａ）（ｃ）（ｅ）が入射される陽子線の初期エネルギーが２５０ＭｅＶの場合、図７（ｂ）（ｄ）（ｆ）が入射される陽子線の初期エネルギーが７０ＭｅＶの場合の結果を示している。以上、本実施例におけるセンサー部２１１が、陽子線に対して水とほぼ等価である事が分かる。ここで、空間分散とは、放射線の実空間分布（位相空間でいうとＸ［mm］の分布）における分散（１σ）を示す。例えば、ビーム軸上にのみ粒子が存在する場合、放射線の空間分散は０mmとなる。また、散乱角分散とは、放射線の持つ散乱角度分布（位相空間でいうとＸ′［rad］の分布）における分散（１σ）を示す。例えば、ビーム軸方向と順平行に進行する粒子のみが存在する場合、放射線の散乱角度分散は０radとなる。

本実施例の放射線計測器は、陽子線の線量計測を目的とする。しかしながら、物質における放射線の阻止能と拡散量は、放射線の種類毎に異なる。従って、異なる種類の放射線に適用する場合には、センサー部２１１の構造は改めて決定する必要がある。

次に、図２を用いて、陽子線照射装置１０２が形成する線量分布を本実施例の放射線計測器１０１で計測する手順を説明する。まず操作者は、陽子線照射装置１０２の照射室（図示せず）に放射線計測器１０１を搬送し、電源を投入する。電源の投入で可動装置２０５が使用可能になり、放射線計測器１０１をアライメント可能になる。放射線計測器１０１は、積層された全センサー部２１１の横方向中心位置が、図１に示す回転式照射装置１０５の走査電磁石で走査されない陽子線の照射軸と一致するように設置される。照射軸は、陽子線の重心が通る経路である。まず、可動装置２０５の底面に備わった車輪２０９で放射線計測器１０１を配置し、次に可動装置２０５を細かく走査及び回転してアライメントを調整する。可動装置２０５の操作には、可動装置２０５に備わったコントローラ（図示せず）を用いる。コントローラは、数メートルのケーブル（図示せず）を介して可動装置２０５に接続されている。

アライメントが終了すると、操作者は照射室から退出し、制御室（図示せず）へ移動する。制御室では、主制御装置２０６による図１に示す放射線計測器１０１の制御を行う。
また、主制御装置２０６を使って、陽子線照射装置１０２の制御も行われる。まず操作者は、主制御装置２０６に備わるユーザーインターフェース（図示せず）を使ってＳＰＭ２０１と線量計測部２０４の電源を投入する。線量計測部２０４への電源投入により、イオンチェンバー２１０のセンサー部２１１に高電圧がかかり、さらに信号処理装置２１２が動作可能になる。

操作者は、陽子線照射装置１０２に照射条件を設定し、設定条件での陽子線の照射を指示する。陽子線の照射が指示されると、陽子線照射装置１０２は主制御装置２０６に対して照射開始信号を送信する。主制御装置２０６が照射開始信号を受信すると、主制御装置２０６によって線量計測部２０４とＳＰＭ２０１に計測開始信号が送信される。線量計測部２０４が計測開始信号を受信すると、イオンチェンバー２１０に備わる信号処理装置２１２は、信号処理装置２１２に備わるチャージアンプ（図示せず）の蓄電荷を放電する。放電が完了すると、チャージアンプは信号電極３０６で発生した電荷を積分してアナログの電圧値へ変換可能な状態に再び移行する。直後、図１に示すシンクロトロン１０８で加速された陽子線が陽子線輸送装置１０４に出射され、回転式照射装置１０５を経て放射線計測装置に照射される。

陽子線が線量計測部２０４に照射されると、イオンチェンバー２１０に備わるセンサー部２１１の電離層が陽子線によって電離し、電離層における陽子線のエネルギー損失に比例した電荷を図３に示す信号電極３０６に発生させる。信号電極３０６で発生した電荷は、信号線３１０を伝って素子３０９毎に信号処理装置２１２へ出力される。信号処理装置２１２は、入力した電荷をチャージアンプで積分して電圧値に変換する。つまり、信号電極３０６は、陽子線の入射によって発生した電荷（取り出し信号）を、信号処理装置２１２に出力する。また、ＳＰＭ２０１では、入射された陽子線に基づいて、横方向における陽子線の重心位置と広がりが計測される。

陽子線の照射が完了すると、陽子線照射装置１０２から主制御装置２０６に照射完了信号が送信される。主制御装置２０６が照射完了信号を受信すると、主制御装置２０６は線量計測部２０４とＳＰＭ２０１に計測完了信号を送信する。線量計測部２０４が計測完了信号を受信すると、イオンチェンバー２１０に備わる信号処理装置２１２は、ＡＤＣを使ってチャージアンプの出力電圧値をデジタル値変換する。さらに、変換で得られたデジタル値は、主制御装置２０６に送信される。また、ＳＰＭ２０１が計測完了信号を受信すると、計測結果を主制御装置２０６に送信する。主制御装置２０６にデジタル値が送信されると、信号処理装置２１２はチャージアンプの蓄電荷を放電する。送信された線量計測部２０４のデジタル値とＳＰＭ２０１の計測結果は、主制御装置２０６内に記録される。

記録されたデジタル値は、デジタル値を出力したイオンチェンバー２１０と信号電極３０６の素子３０９で識別される。主制御装置２０６は、縦方向におけるイオンチェンバー２１０の位置と横方向における信号電極３０６内の素子３０９位置から、デジタル値を線量計測部２０４内における３次元位置で再識別する。さらにデジタル値は、デジタル値と線量値の変換テーブルに従って線量値へ変換される。変換テーブルは、較正用線源を使ったセンサー部の較正等により事前に取得される。

本実施例では、すべてのイオンチェンバー２１０におけるすべての図３に示す素子３０９に関するデジタル値を主制御装置２０６に出力することを想定している。ただし、操作者が注目するイオンチェンバー２１０や素子３０９に関するデジタル値のみを出力して、主制御装置２０６に記録することもできる。

主制御装置２０６は、線量値とその位置情報から線量計測部２０４内に形成された陽子線の線量分布分を求める。つまり、主制御装置２０６は、線量計測器２０４に設けられた信号電極３０６から取り出された信号に基づいて、ビーム進行方向（縦方向）における陽子線の線量分布を求める。また、主制御装置２０６は、信号電極３０６からの信号に基づいて、ビーム進行方向と垂直な平面内（横方向）における陽子線の線量分布を求める。求められた陽子線の線量分布は、主制御装置２０６に備わったディスプレイ（図示せず）へ表示される。表示される線量分布は、図１に示す陽子線照射装置１０２の調整項目及び性能評価項目に応じて任意である。従って、イオンチェンバー２１０毎に積分した線量値を縦方向１次元に示した分布や、あるイオンチェンバー２１０における線量値を横方向２次元で示した分布といったように、操作者が所望する任意の線量分布をディスプレイに表示できる。

また、主制御装置２０６に記録された線量値は、ネットワークや携帯可能な外部記録媒体（図示せず）を通して別の記録媒体（図示せず）に保存できる。

以上のように、本実施例では計測の開始と停止を図１に示す陽子線照射装置１０２の照射開始と照射停止で制御したが、陽子線照射装置１０２の調整項目及び性能評価項目に応じて任意のタイミングで制御可能である。

本実施例の放射線計測器において、縦方向の計測間隔はイオンチェンバー２１０の厚みと等しい。本実施例におけるイオンチェンバー２１０の厚みは、センサー部２１１の構造から計算しておよそ数mm〜数十mmである。本実施例における図１に示す放射線計測器１０
１では、線量計測部２０４上流へのレンジシフタ２０２挿入によって、注目する計測位置を縦方向に平行移動できる。移動可能な間隔は、挿入可能なレンジシフタ２０２における最小の厚みで決まり、０.１mmである。最大の平行移動量は、挿入可能なレンジシフタ２０２の合計で、１２.７mmである。従って、イオンチェンバー２１０の厚みよりも細かい０.１mmの間隔で線量分布を計測できる。レンジシフタ２０２の挿入によって計測位置を縦方向に平行移動させる場合、計測の前に操作者は、所望の平行移動量を主制御装置２０６に入力する。入力が完了すると、まず、入力された平行移動量の分だけ縦方向に可動天板Ｂ２０８が走査される。可動天板Ｂ２０８の走査が完了すると、可動天板Ｂ２０８の走査によって形成された空間に、平行移動量分の厚みであるレンジシフタ２０２がレンジシフタ挿入機構２０３によって挿入される。この状態で陽子の線量分布を計測すると、平行移動の分だけ深い位置での線量分布が放射線計測器で計測される。また、可動天板Ｂ２０８を横方向に走査することで、横方向の計測点も細かく計測できる。任意の位置への可動天板Ｂ２０８の走査は、レンジシフタ２０２の挿入と同様に、制御室の主制御装置２０６から実行できる。照射野形成装置１１０に備わる線量モニター（図示せず）等で計測した陽子線のビーム強度が主制御装置２０６に記録されるので、レンジシフタ２０２の厚みを変更して繰り返し計測しても、操作者は各計測毎に得られた線量の相対値を把握できる。

手動でのレンジシフタ２０２挿入及び可動装置２０５の可動も、本実施例と同様の効果が得られる。ただし、操作者は陽子線の照射完了後に照射室へ移動し、可動装置２０５の可動天板Ｂ２０８を可動装置２０５のユーザーインターフェースで可動させ、さらにレンジシフタ２０２を入れ替えた後、制御室に戻って計測を再開する必要がある。

本実施例の放射線計測器によって、図１に示す陽子線照射装置１０２が水中に形成する線量分布が得られる。図８に、本実施例の放射線計測器１０１で計測される７０ＭｅＶ及び２５０ＭｅＶの陽子線の線量分布を示す。図８（ａ）は、放射線計測器で計測される７０ＭｅＶの陽子線の縦方向線量分布である。陽子線は、図２に示すセンサー部２１１の中心に対して縦方向と平行に入射している。また、図８（ａ）に示す線量分布は、センサー部２１１の中心を中心とした１辺２０mmの正方形領域内に付与される横方向の線量を積分
した結果である。図８（ｂ）は、図８（ａ）と同様の方法で示した、本実施例の放射線計測器で計測される２５０ＭｅＶの陽子線の縦方向線量分布である。なお、図８（ａ）（ｂ）には、７０ＭｅＶと２５０ＭｅＶの陽子線が水中で形成する縦方向線量分布をそれぞれ重ねて示した。本実施例の放射線計測器によって計測される線量分布は、±５％以内で水中での線量分布と一致している。また図８（ｃ）には、２５０ＭｅＶ陽子線の形成するブラッグピーク近傍における横方向の線量分布を示した。図８（ｃ）に示す横方向線量分布の分散も、水中での結果と±５％以内で一致している。

本実施例の放射線計測器によれば、放射線の３次元の線量分布を一度に測定できるため、水ファントムを用いる従来方法と比較して、計測に必要な時間を短縮できる。

本実施例の放射線計測器によれば、水を使用しないため従来方法の水ファントムを用いる場合と比較して管理の手間が低減できる。また、任意のガントリー回転角における線量分布計測も容易に可能となる。さらに、水ファントムの容器が持つ厚みを考慮して線量分布を計測する必要がないため、飛程の浅い陽子線の線量分布も正確に計測可能となる。

１０１ 放射線計測器
１０２ 陽子線照射装置
１０３ 陽子線発生装置
１０４ 陽子線輸送装置
１０５ 回転式照射装置
１０６ イオン源
１０７ 前段加速器
１０８ シンクロトロン
１０９ 出射デフレクタ
１１０ 照射野形成装置
２０１ スポットポジションモニター
２０２ レンジシフタ
２０３ レンジシフタ挿入機構
２０４ 線量計測部
２０５ 可動装置
２０６ 主制御装置
２０７ 可動天板Ａ
２０８ 可動天板Ｂ
２０９ 車輪
２１０ イオンチェンバー
２１１ センサー部
２１２ 信号処理装置
３０２ 調整体
３０３ スペーサ
３０４ 信号電極基板
３０５ 高電圧電極基板
３０６ 信号電極
３０７ 高電圧電極
３０８ ネジ
３０９ 素子
３１０ 信号線
３１１ 大素子
３１２ 不使用領域
３１３ 高電圧線

Claims (7)

1. 複数のイオンチェンバーを積層した放射線計測装置であって、
   前記イオンチェンバーは、
   放射線の入射により発生した信号を取り出す信号取り出し電極と、
   前記信号取り出し電極と対向して配置される電圧印加電極と、
   前記イオンチェンバー及び他の前記イオンチェンバーの間に配置され、前記イオンチェンバーの放射線阻止能に関する水等価厚と放射線拡散量に関する水等価厚を一致させる調整体を備えることを特徴とする放射線計測装置。
2. 請求項１に記載の放射線計測装置であって、
   前記調整体は、前記イオンチェンバーでの放射線阻止能及び放射線拡散量が、前記放射線の進行方向における前記イオンチェンバーの厚みと同じ長さの水を通過したときの放射線阻止能及び放射線拡散量と同じになるように調整することを特徴とする放射線計測装置。
3. 請求項１に記載の放射線計測装置であって、
   前記調整体は、２.０ｇ／cm³以下の密度を有する合成樹脂で構成されることを特徴とする放射線計測装置。
4. 請求項２に記載の放射線計測装置であって、
   前記調整体は、前記イオンチェンバーを通過した放射線のエネルギー損失量と、前記イオンチェンバーを通過した放射線の空間分散と、前記イオンチェンバーを通過した放射線の散乱角分散が、それぞれ前記イオンチェンバーと同じ厚みの水を通過した放射線のエネルギー損失量と、前記イオンチェンバーと同じ厚みの水を通過した放射線の空間分散と、前記イオンチェンバーと同じ厚みの水を通過した放射線の散乱角分散と、±５％以内で一致するように調整することを特徴とする放射線計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線計測装置であって、
   前記信号取り出し電極から出力される信号に基づいて、前記放射線が形成する線量分布を求める制御装置を備えることを特徴とする放射線計測装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線計測装置であって、
   前記放射線の進行方向に対して前記イオンチェンバーより上流側に配置され、通過した前記放射線のエネルギーを変更するレンジシフタを備えることを特徴とする放射線計測装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の放射線計測装置であって、
   前記放射線の進行方向に対して前記レンジシフタより上流側に配置され、前記放射線の通過位置を測定する位置モニターを備えることを特徴とする放射線計測装置。

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