JP6103684B2 - 放射線測定装置、放射線測定方法及び電離箱 - Google Patents

Description

本発明は、放射線測定装置、放射線測定方法及び電離箱に関する。

放射線治療には、Ｘ線、ガンマ線、電子線、中性子線、陽子線、重粒子線（重イオン線）などが用いられる。放射線治療における治療計画には、正常な重要臓器を避け、病巣への線量の集中性を高くしたいという要望がある。かかる要望を満たすためには線量分布計算によって高精度に線量分布を予測することが必要である。

放射線治療、特に、ブラッグピークを有する陽子線や重粒子線などの粒子線を使用した粒子線治療を行う多くの施設では、粒子線の照射方法としてペンシルビーム法を使用している。ペンシルビーム法は、予め設定された小さな照射位置（スポット）に細いペンシルビームを走査（スキャン）させながら予め計画した線量分布どおりに粒子線を照射していくことにより、病巣のある特定の照射領域全体に所定の線量の粒子線を照射する照射方法である。

ペンシルビーム法では、粒子線治療を行うのに先立って実際に照射する三次元線量分布の予測を行っている。三次元線量分布の予測は、水ファントムと一次元検出器や二次元検出器などのディテクターを用いてペンシルビームが形成する線量分布を三次元的に重ね合わせて行っている。

前記したペンシルビームは三次元的な拡がりを持っている。そのため、三次元線量分布を予測する一般的な三次元線量分布計算では、ビーム軸に対して垂直な方向への拡がり（以下、単に「側方方向への拡がり」ということがある。）を単一のガウス分布により近似することが多い。なお、ビーム軸とは、ペンシルビームの進行方向に沿った線をいう。

しかし、実際のペンシルビームは、患者体内や照射装置内のデバイスにより多重クーロン散乱や核反応が起こり、小角度の散乱の他に僅かながら大角度の散乱を持つ。大角度の散乱に関係する成分（大角度散乱成分）は、小角度の散乱に関係する成分（小角度散乱成分）よりもビーム軸から遠方に輸送される（散乱する）。つまり、この大角度散乱成分がペンシルビームの側方線量分布の裾を形成する主な要因となり、広域に渡り線量が付与されることとなる。

大角度散乱成分によって一つのスポットに対して多方向から微小な寄与が積算されるので、予測した線量分布と実際の線量分布との間に無視できない誤差が生じる。そのため、大角度散乱成分の拡がりを高い精度で予測する必要があるが、単一エネルギービームの大角度散乱成分は前記したように僅かであるため、それを近似するパラメータを得ることは難しい。

このような状況下、非特許文献１には、多方向から大角度成分の僅かな寄与を集め、線量付与を大きくすることで大角度散乱成分の寄与を近似するパラメータを得る方法が記載されている。この非特許文献１では、単一エネルギー炭素線の側方線量分布を、第１成分、第２成分及び第３成分という３つの成分に分けて近似させている。これを説明したのが図１０である。

図１０は、単一エネルギー炭素線の側方線量分布を３つのガウス分布の重ね合わせにより近似した場合の例を示すグラフである。図中、横軸はビーム軸に対して垂直な横方向の位置（以下、単に「横方向の位置」という。）［ｍｍ］を示し、縦軸は相対線量［％］を示す。なお、図中の第１成分が小角度散乱成分であり、第２成分及び第３成分が大角度散乱成分である。図１０中のＴｏｔａｌは、第１成分、第２成分及び第３成分を合計したものである。非特許文献１ではこれら第１成分、第２成分及び第３成分から三次元線量分布を予測するのに必要なパラメータを得ている。

T. Inaniwa et al., "Field-size effect of physical doses in carbon-ion scanning using range shifter plates", Medical Physics, 36 (2009) p.2889-2897.

しかしながら、図１０に示すように、第２成分及び第３成分は、ピークの大半を形成する第１成分と比較するとその寄与は僅かであり、これらの線量を正確に検出するためには多方向から線量に関するデータを集めなければならない。すなわち、非特許文献１に記載の方法には、膨大な回数のビーム照射試験を行わなければ大角度散乱成分の寄与を近似するパラメータを求めることができず、容易に側方線量分布を得ることができないという難点があった。

本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、側方線量分布を容易に得ることのできる放射線測定装置、放射線測定方法及び電離箱を提供することを課題とする。

前記課題を解決した本発明は、放射線治療で照射される放射線を測定するための放射線測定装置であって、絶縁体を介して大きさの異なる複数の円環状の電極が同心円環状に設けられるとともに平板状を成し、その平面部が放射線の進行を妨げるようにして設けられる電離箱を備えたことを特徴とする放射線測定装置である。

また、本発明は、前記した放射線測定装置で放射線の線量を検出する検出ステップと、前記検出ステップにて検出された線量と、予め登録された前記各電極の半径寸法と、を用いて前記放射線の側方線量分布を算出する側方線量分布算出ステップと、前記側方線量分布算出ステップにて算出した側方線量分布を用いて三次元線量分布を算出する三次元線量分布算出ステップと、を有することを特徴とする放射線測定方法である。

さらに、本発明は、前記した放射線測定装置に用いられる電離箱であって、絶縁体を介して大きさの異なる複数の円環状の電極が同心円環状に設けられるとともに平板状を成し、その平面部がビームの進行を妨げるように設けられたことを特徴とする電離箱である。

本発明によれば、側方線量分布を容易に得ることのできる放射線測定装置、放射線測定方法及び電離箱を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る放射線測定装置の構成を示す構成図である。 放射線測定装置１の変形例を示す構成図である。 本実施形態に係る電離箱２を用いて得られるレイリー分布形状の側方線量分布と、従来の電離箱を用いて得られるガウス分布形状の側方線量分布と、を比較して説明する図であって、（ａ）は、電離箱２により、各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cを有する各電極３₁、３₂・・・３_Bで放射線Ｒの大角度散乱成分を検出する様子を示す概念図であり、（ｂ）は、従来の電離箱を上下左右方向に動かして放射線Ｒの大角度散乱成分を検出する様子を示す概念図であり、（ｃ）は、本実施形態に係る電離箱２で検出した線量から算出されるレイリー分布形状の側方線量分布と、従来の電離箱で検出した線量から算出されるガウス分布形状の側方線量分布と、を表したグラフである。なお、図３（ｃ）の横軸は、横方向の位置［ｍｍ］を示し、縦軸は相対線量［％］を示す。図３（ｃ）中の「Ｒ」が本実施形態に係る電離箱２で検出した線量から算出されるレイリー分布形状の側方線量分布を示し、「Ｇ」が従来の電離箱で検出した線量から算出されるガウス分布形状の側方線量分布を示す。 放射線測定装置１の変形例を示す構成図である。 放射線測定装置１の変形例を示す構成図である。 放射線測定装置１の変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る放射線測定方法のフローを説明するフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る放射線測定方法のフローを説明するフローチャートである。 放射線測定装置１の構成の変形例を示す構成図である。 単一エネルギー炭素線の側方線量分布を３つのガウス分布の重ね合わせにより近似した場合の例を示すグラフである。図中、横軸は横方向の位置［ｍｍ］を示し、縦軸は相対線量［％］を示す。

以下、適宜図面を参照して本発明を実施するための形態（実施形態）について詳細に説明する。
〔放射線測定装置〕
図１は、本発明の一実施形態に係る放射線測定装置１の構成を示す構成図である。
図１に示す一実施形態に係る放射線測定装置１は、放射線治療で照射される放射線Ｒ（ビーム）を測定するために用いられる。この放射線測定装置１は、以下に説明する電離箱２を備えている。

ここで、電離箱２が放射線Ｒを検出する基本原理は、いわゆる平行平板型電離箱、半導体検出器、ダイヤモンドディテクター、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）線量計、放射線感受性ゲル状線量計のいずれの形式も採用することができる。電離箱２は、これらの中でも平行平板型電離箱の形式を採用すると、構造が簡単で低コストであるため好ましい。電離箱２の放射線Ｒを検出する基本原理は前記したいずれの形式も採用し得るが、電極３の形状や配置は以下のようにする。

電離箱２の電極３は、絶縁体４（各絶縁体４₁、４₂・・・４_A）を介して大きさの異なる複数の円環状の電極３（各電極３₁、３₂・・・３_B）を同心円環状となるように設けられている。そして、電離箱２は電極３を同心円環状となるように設けるとともに平板状を成し、その平面部５が放射線Ｒの進行を妨げるように、好ましくは、平面部５がビーム軸に対して垂直となるように設けられている。

絶縁体４は、例えば、ガラスエポキシ、セラミックスなどを用いることができるがこれらに限定されるものではなく、電離箱に一般的に用いられている絶縁体であればどのようなものでも用いることができる。

電離箱２は、例えば、前記した絶縁体４でなる平板上の支持板の表面に電極３の形状に即した溝部を設け、ここに二つの導電板（いわゆる放電極と集電極）が互いに平行となるように設けることで具現できる。また、電離箱２の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、大きさの異なる複数の円環状の絶縁体４の間に、二つの電極３（いわゆる放電極と集電極）が互いに平行となるように設けることによっても具現できる。前者の構成の場合、製造が容易でありながら堅牢な構造であることから故障し難いため、後者の構成よりも好ましい。

各電極３₁、３₂・・・３_Bは同心に、つまり中心が同じとなるように設けられている。そのため、各電極３₁、３₂・・・３_Bは、平面部５の中心位置Ｃからの半径寸法ｒ（各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_C）を図示しない記憶手段等に予め記憶させておくことができる。なお、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１は、例えば、１〜５ｍｍの範囲で任意に設定することができるがこれに限定されず、１ｍｍよりも小さくすることも、５ｍｍよりも大きくすることもできる。幅寸法Ｗ１がこの範囲にあれば、電極３を十分な数をもって設置することができるので、正確な側方線量分布の算出が可能となる。また、幅寸法Ｗ１がそれほど大きくないので、平面部５の中心位置Ｃから各電極３₁、３₂・・・３_Bにおけるそれぞれの円環の幅の中間位置までの寸法を前記半径寸法ｒとして扱うことができる。そのため、側方線量分布の算出が容易になるという利点がある。なお、半径寸法ｒは、平面部５の中心位置Ｃから各電極３₁、３₂・・・３_Bにおけるそれぞれの円環の内側までの寸法や外側までの寸法としてもよい。これらの場合であっても前記と同様、前記半径寸法ｒとして扱うことができ、側方線量分布の算出が容易になるという利点を享受することができる。

各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１は、図１に示すように全てを同じとすることができるが、外側にいくほど段階的に（図２参照）又は連続的に大きくなるようにするのが好ましい。これらのようにすると、外側にいくほど電極の面積が大きくなるので、線量が低い側方線量分布に係る大角度散乱成分をより検出し易くすることができる。

また、図示はしないがこれとは反対に、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１を外側にいくほど段階的に又は連続的に小さくなるようにすることもできる。例えば、ビームサイズ（ビームの直径）が大きく、外側の電極３によって電離箱２の中心付近よりも１０００倍以上の強度の線量が検出されるような場合、かえって大角度散乱成分の検出が困難になる可能性がある。しかしながら、前記したように、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１を外側にいくほど段階的に又は連続的に小さくなるようにすることで大角度散乱成分を適切に検出することが可能となる。

各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２は、例えば、１〜５ｍｍの範囲で任意に設定することができるがこれに限定されず、１ｍｍよりも小さくすることも、５ｍｍよりも大きくすることもできる。

そして、各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２も図１に示すように全てを同じとすることができるが、外側にいくほど段階的に（図２参照）又は連続的に大きくなるようにすることも、小さくなるようにすることもできる。各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２を大きくした場合は、電離箱２のチャンネル数に限りがある場合に、電極３の間隔が開くため、より広い領域の線量を検出することができるようになる。また、各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２を小さくした場合は、隣り合う電極３が近くなり、急激な線量分布の変化を検出することができるようになる。

さらに、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１と各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２は、全ての電極３及び絶縁体４の幅寸法を同じにしてもよく、また、外側にいくにつれて一方の幅寸法を段階的に又は連続的に大きくし、他方の幅寸法を段階的に又は連続的に小さくするようにしてもよい。

前記した電離箱２を備えた放射線測定装置１によれば、１つあたりの電極３の面積が従来の一次元検出器や二次元検出器よりも大きい。電離箱２の中心位置Ｃから離れた円環状の電極３の検出効率は、円周が長くなる（つまり、検出面積が増大する）のに比例して向上する。そのため、従来の電極では寄与が僅かであるために検出が困難であった大角度散乱成分の検出が容易となる。

また、放射線測定装置１は、大きさの異なる複数の円環状の電極３を同心円環状に設けた電離箱２を備えているので、放射線Ｒの大角度散乱成分を検出した位置を各電極３₁、３₂・・・３_Bの各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cとして表すことができる。
そして、この各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cと、大角度散乱成分の線量と、をθ方向に（円周方向に）積分して得られる側方線量分布はレイリー分布形状となる。つまり、電極３で検出した放射線Ｒの大角度散乱成分は、当該電極３を円環状としているためレイリー分布で表される。

従って、放射線測定装置１では、側方線量分布を下記式（１）で算出することができる。なお、式（１）中のｆ(ｒ)は側方線量分布を示す。

ここで、図３を参照して式（１）で用いられているパラメータが、ガウス分布に関する関数で用いられるパラメータと対応していることについて説明する。

図３は、本実施形態に係る電離箱２を用いて得られるレイリー分布形状の側方線量分布と、従来の電離箱を用いて得られるガウス分布形状の側方線量分布と、を比較して説明する図であって、（ａ）は、電離箱２により、各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cを有する各電極３₁、３₂・・・３_Bで放射線Ｒの大角度散乱成分を検出する様子を示す概念図であり、（ｂ）は、従来の電離箱を上下左右方向に動かして放射線Ｒの大角度散乱成分を検出する様子を示す概念図であり、（ｃ）は、本実施形態に係る電離箱２で検出した線量から算出されるレイリー分布形状の側方線量分布と、従来の電離箱で検出した線量から算出されるガウス分布形状の側方線量分布と、を表したグラフである。なお、図３（ｃ）の横軸は、横方向の位置［ｍｍ］を示し、縦軸は相対線量［％］を示す。図３（ｃ）中の「Ｒ」が本実施形態に係る電離箱２で検出した線量から算出されるレイリー分布形状の側方線量分布を示し、「Ｇ」が従来の電離箱で検出した線量から算出されるガウス分布形状の側方線量分布を示す。

図３（ｃ）に示すような、ある深さでのガウス分布形状で表される側方線量分布Ｇを近似する式ｆ（ｘ，ｙ）は、中心位置Ｃを（ｘ，ｙ）＝（０，０）とした場合、下記式（２）で表すことができる。

従来の電離箱で検出された線量を簡略的に横方向（Ｘ軸方向）のみで考えると、式（２）は下記式（３）のようになる。なお、一次元検出器で検出する場合がこれに相当する。

図３（ｃ）に示されているガウス分布形状の側方線量分布Ｇは、式（３）を横方向（Ｘ軸方向）方向の所定の幅ｄｘで積分したものである。

一方で、位置（ｘ，ｙ）＝（ｒｃｏｓθ，ｒｓｉｎθ）とし、前記式（２）をθ方向に（円周方向に）積分すると前記式（１）となる。なお、円環状の電極３を備えた電離箱２で検出する場合がこれに相当する。

レイリー分布とガウス分布はともに連続型の確率分布である。そのため、レイリー分布を表す式（１）と、ガウス分布を表す式（２）及び式（３）とを見て分かるように、式（１）で用いられているパラメータは、ガウス分布に関する関数（式（２）、式（３））で用いられるパラメータに対応している。
従って、ガウス分布に基づいて線量計算を行う従来の線量計算法に電離箱２を備えた放射線測定装置１で検出されるレイリー分布形状の側方線量分布Ｒで用いられるパラメータを適用することにより、三次元線量分布を容易に算出（予測）することができる。

図１、図２に戻って電極３の形状についての説明を続ける。
電極３はさらに、各電極３₁、３₂・・・３_Bの放射線Ｒの大角度散乱成分が入射する入射面の面積（円環の面積や円環の幅などと言い換えることもできる。）は、外側にいくにつれて段階的に又は連続的に増大させるのが好ましい。このようにすると、前記したように検出面積が増大するので線量が低い大角度散乱成分をより検出し易くすることができる。しかし、各電極３₁、３₂・・・３_Bの放射線Ｒの大角度散乱成分が入射される面の面積はこれに限定されず、外側にいくにつれて段階的に又は連続的に小さくなるようにしてもよく、また、同じとなるようにしてもよい。

なお、各電極３₁、３₂・・・３_Bの放射線Ｒの大角度散乱成分が入射される面の面積を同じとした場合、面積が一定であるのでガウス分布形状の側方線量分布が得られる。そのため、従来同様、ガウス分布に基づいて線量計算を行う線量計算法に容易に適用できるという利点がある。
また、例えば、ビームサイズ（ビームの直径）が大きく、外側の電極３によって電離箱２の中心付近よりも１０００倍以上の強度の線量が検出されるような場合、かえって大角度散乱成分の検出が困難になる可能性があるが、前記したように各電極３₁、３₂・・・３_Bの放射線Ｒの大角度散乱成分が入射する入射面の面積を外側にいくほど段階的に又は連続的に小さくなるようにすることで大角度散乱成分を適切に検出することが可能となる。

さらに、図４に示すように、電離箱２は、電離箱２の平面部５の中心位置Ｃに直径約０．４〜２ｍｍ程度の円形の電離箱６を設けるのが好ましい。このようにすると、円形の電離箱６によって線量分布のピークを探すことができ、放射線Ｒの中心軸（ビーム軸）と電離箱２の中心位置Ｃのずれを防ぐことが可能となる。そのため、得られる線量分布の形状が変化してしまうのを防ぐことができる。またこれにより、大角度散乱成分を近似するパラメータの変動を防ぎ、測定誤差を低減させることが可能となる。

なお、この場合も前記したように、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１及び各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２を図４に示すように全てを同じとすることもでき、外側にいくほど段階的に若しくは連続的に大きく（図５参照）又は小さく（不図示）なるようにすることができることは言うまでもない。このような形態にて得られる効果は既に述べたとおりであるので、ここでの説明は省略する。

以上に説明した放射線測定装置１によれば、同心円環状の電極３が設けられた電離箱２を備えているので、従来検出することが困難であった僅かな大角度散乱成分による寄与を容易に検出することができる。そのため、後述するように、側方線量分布を算出することができるとともに、大角度散乱成分による寄与を予測できるパラメータを得ることが可能となる。また、これにより三次元線量計算の精度向上を図ることが可能となる。さらに、放射線測定装置１によれば、１つの照射位置（スポット）に照射したビームの側方線量分布を１回の照射で容易に検出できることから従来のように膨大な回数のビーム照射試験を行う必要がなく、側方線量分布を把握するための作業負担及び作業時間を大幅に軽減することができる。

なお、放射線測定装置１は、図１、２、４、５に示すように、前記した構成以外に、例えば、側方線量分布算出手段７と三次元線量分布算出手段８をさらに備えることができる。

この側方線量分布算出手段７は、電極３のそれぞれと接続され、各電極３₁、３₂・・・３_Bで検出された放射線Ｒの大角度散乱成分の線量と、予め登録された各電極３₁、３₂・・・３_Bの半径寸法ｒ、すなわち、各半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cと、を用いて放射線Ｒの側方線量分布を算出する。なお、
このようにして算出される側方線量分布は、前記したようにレイリー分布形状となる。従って、側方線量分布算出手段７における側方線量分布は、前記した理由と同様の理由により、式（１）で算出することができる。

また、三次元線量分布算出手段８は、側方線量分布算出手段７にて算出した側方線量分布を用いて三次元線量分布を算出する。より具体的には、側方線量分布算出手段７にて算出した側方線量分布のパラメータを用いて三次元線量分布を算出する。
三次元線量分布算出手段８における三次元線量分布の算出は、例えば、モンテカルロ法やペンシルビーム法などの公知の手法によって行うことができる。また、例えば、特開２０１０−３２４１９号公報に記載された方法などによって行うこともできる。

前記した側方線量分布算出手段７と三次元線量分布算出手段８は、例えば、ＣＰＵが図示しない記憶手段に記憶された側方線量分布算出手段７の内容と三次元線量分布算出手段８の内容を実施する所定のプログラムを読み込み、解釈してその内容を実行させることによって具現することができる。なお、記憶手段には各種のデータや、側方線量分布算出手段７及び三次元線量分布算出手段８以外の内容を実行するプログラムの記憶させておくことができ、また、これらを任意に読み出すことができる。

さらに、図６に示すように、放射線測定装置１は、電離箱２をビーム軸と平行な第１軸（いわゆる深さ方向；Ｚ軸）に沿って移動させる第１移動手段９と、電離箱２を第１軸に対して垂直な第２軸（いわゆる横軸方向；Ｘ軸）に沿って移動させる第２移動手段１０と、電離箱２を第１軸及び第２軸に対して直角な第３軸（いわゆる縦軸方向；Ｙ軸）に沿って移動させる第３移動手段１１とをさらに備えているのが好ましい。第１移動手段９、第２移動手段１０及び第３移動手段１１としては、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどを用いることができる。

図６を参照して第１移動手段９、第２移動手段１０及び第３移動手段１１について説明する。
図６に示すように、第１移動手段９は、図中Ｚ軸方向に２つ設けられた柱材１２、１２の間に架設された架設材１３に、Ｚ軸に沿って移動可能に設けられている。そして、第１移動手段９は、架設材１３に対して垂直且つ水平な方向に（Ｘ軸方向に）延設された第１延設材１４を有している。
第２移動手段１０は、この第１延設材１４に、Ｘ軸に沿って移動可能に設けられている。そして、第２移動手段１０は、第１延設材１４に対して垂直且つ水平な方向に（Ｚ軸方向に）延設された第２延設材１５を有している。
第３移動手段１１は、この第２延設材１５の先端に、Ｙ軸に沿って移動可能に設けられている。そして、第３移動手段１１の先端に電離箱２が取り付けられている。

従って、放射線測定装置１は、第１移動手段９、第２移動手段１０及び第３移動手段１１によって電離箱２の三次元の移動を自在に行うことが可能となる。そのため、放射線測定装置１は、例えば、水ファントムＷＰ内の任意の箇所の線量の測定が可能となるだけでなく、前記したように円形の電離箱６によって線量分布のピークを探すことができ、放射線Ｒの中心軸（ビーム軸）と電離箱２の中心位置Ｃのずれを防ぐことが可能となる。

〔放射線測定方法〕
次に、本発明の一実施形態に係る放射線測定方法について説明する。
一実施形態に係る放射線測定方法は、図７に示すように、検出ステップＳ２と、側方線量分布算出ステップＳ３と、三次元線量分布算出ステップＳ５を有し、これらのステップをこの順に行う。なお、側方線量分布算出ステップＳ３は前記した側方線量分布算出手段７と対応し、三次元線量分布算出ステップＳ５は前記した三次元線量分布算出手段８と対応する。以下、これらのステップについて説明する。

検出ステップＳ２は、放射線測定装置１で放射線Ｒ及び放射線Ｒの大角度散乱成分の線量を検出するステップである。前記したように、放射線測定装置１は、各電極３₁、３₂・・・３_Bが設けられた電離箱２を有しているので、電離箱２の各電極３₁、３₂・・・３_Bにより放射線Ｒの大角度散乱成分の線量が検出される。なお、主として小角度散乱成分が寄与して得られる放射線Ｒの線量分布のピークは、一般的に用いられる一次元検出器や二次元検出器などを用いて検出することができる。なお、前記したように電離箱５が円形の電離箱６を備えている場合は、当該円形の電離箱６によって検出することができる。

次いで行う側方線量分布算出ステップＳ３は、検出ステップＳ２にて検出された各電極３₁、３₂・・・３_Bに係る放射線Ｒ及び／又は放射線Ｒの大角度散乱成分の線量と、予め登録された各電極３₁、３₂・・・３_Bの半径寸法ｒ₁、ｒ₂・・・ｒ_Cと、を用いて放射線Ｒの側方線量分布を算出するステップである。
側方線量分布算出ステップＳ３で算出される側方線量分布は、側方線量分布算出手段７で説明したようにレイリー分布形状となる。従って、式（１）に基づいて算出することができる。

次いで行う三次元線量分布算出ステップＳ５は、側方線量分布算出ステップＳ３にて算出した側方線量分布を用いて三次元線量分布を算出するステップである。三次元線量分布算出ステップＳ５は、三次元線量分布算出手段８で説明したように、モンテカルロ法などによって算出することができる。

前記した側方線量分布算出ステップＳ３及び三次元線量分布算出ステップＳ５は、例えば、ＣＰＵが記憶手段に記憶された所定のプログラムを読み込み、解釈してそれぞれの内容を実行させることによって具現することができる。

以上に説明した放射線測定方法によれば、検出ステップＳ２において前記した放射線測定装置１で放射線Ｒの大角度散乱成分の線量を検出するので、従来検出することが困難であった僅かな大角度散乱成分による寄与を容易に検出することができる。そのため、側方線量分布算出ステップＳ３で側方線量分布を算出することができるとともに、大角度散乱成分による寄与を予測できるパラメータを得ることができる。そのため、次いで行う三次元線量分布算出ステップＳ５にて算出される三次元線量分布の精度向上を図ることができる。

また、以上に説明した放射線測定方法は、図８に示すように、前記したステップの前又は後にこれら以外のステップを有してもよい。なお、図８は、本発明の他の実施形態に係る放射線測定方法のフローを説明するフローチャートである。この図８には、以下に説明するシミュレーションステップＳ１から第２比較ステップＳ６までのすべてのステップが示されているが、検出ステップＳ２、側方線量分布算出ステップＳ３及び三次元線量分布算出ステップＳ５以外のステップは任意に省略することができる。

他の実施形態に係る放射線測定方法としては、図８に示すように、例えば、検出ステップＳ２の前に、放射線測定装置１を使用するにあたり、必要なビーム強度や条件等を変えて測定値を予測するシミュレーションステップＳ１を有するようにしてもよい。

また、例えば、図８に示すように、側方線量分布算出ステップＳ３と三次元線量分布算出ステップＳ５の間に、シミュレーションステップＳ１で予測した測定値と、検出ステップＳ２で検出した線量とを比較し、所定の条件を満たしているか確認する第１比較ステップＳ４を有するようにしてもよい。なお、第１比較ステップＳ４における所定の条件としては、例えば、ビームサイズやビームを構成する成分の割合が予想される範囲内であるかなどを挙げることができる。

さらに、例えば、図８に示すように、三次元線量分布算出ステップＳ５の後に、三次元線量分布算出ステップＳ５で算出した三次元線量分布をモンテカルロ法や単一ガウス近似を用いた場合と比較し、所定の条件を満たしているか確認する第２比較ステップＳ６を有するようにしてもよい。なお、第２比較ステップＳ６における所定の条件としては、例えば、三次元線量分布の実測値と計算値の間に予期せぬ誤差がないかなどを挙げることができる。

〔電離箱〕
次に、本発明の一実施形態に係る電離箱について説明する。
一実施形態に係る電離箱２は、図１を参照して説明したように、放射線測定装置１に用いられる。具体的には、電離箱２は、図１を参照して既に説明しているように、絶縁体４（各絶縁体４₁、４₂・・・４_A）を介して大きさの異なる複数の円環状の電極３（各電極３₁、３₂・・・３_B）が同心円環状に設けられるとともに平板状を成している。そして、電離箱２の平面部５が放射線Ｒ（ビーム）の進行を妨げるように設けられて使用される。

また、この電離箱２は、図１を参照して既に説明しているように、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１及び各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２を全て同じ寸法とすることができるが、外側にいくほど段階的に（図２参照）又は連続的に大きく又は小さくなるようにすることもできる。

また、既に説明しているように、電離箱２は、電離箱２の平面部５の中心位置Ｃに円形の電離箱６を設けるのが好ましい。このようにすると、円形の電離箱６によって線量分布のピークを探すことができ、放射線Ｒの中心軸（ビーム軸）と電離箱２の中心位置Ｃのずれを防ぐことが可能となる。そのため、得られる線量分布の形状が変化してしまうのを防ぐことが可能となる。その結果、大角度散乱成分を近似するパラメータの変動を防ぎ、測定誤差を低減させることが可能となる。

なお、この場合も前記したように、各電極３₁、３₂・・・３_Bの幅寸法Ｗ１及び各絶縁体４₁、４₂・・・４_Aの幅寸法Ｗ２を図３に示すように全てを同じとすることもでき、外側にいくほど段階的に（図４参照）若しくは連続的に大きく又は小さくなるようにすることができることは言うまでもない。このようにして得られる効果等については既に述べたとおりであるので、ここでの説明は省略する。

なお、電離箱２の奥行き寸法は、例えば、３０〜６０mmとすることができるが、これは任意に設定することができ、この範囲に限定されるものではない。
また、電極３を構成する二つの導電板（いわゆる放電極と集電極）は、１〜１０ｍｍ離間させて設けるのが好ましい。放電極と集電極をこの範囲で設けると、放射線によって電離されるイオン対の量を増やしつつ、電離したイオン対が再結合する前に集電極で集電することが容易となり、線量の検出を適切に行うことが可能となる。放電極と集電極の距離は任意に設定することができるものであり、この範囲に限定されるものではない。

以上、発明を実施する形態により、本発明の内容について詳細に説明したが、本発明は前記した内容に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

そのような変形例として、例えば、図９に記載のものが挙げられる。図９は、放射線測定装置１の構成の変形例を示す構成図である。図９に示す放射線測定装置１は、電極３を所定の角度をもって放射状に分割している（以下、分割された電極３を電極３ｄと呼ぶ。）。図９では、電極３ｄを４５°の角度で分割しているが、３０°、６０°や９０°などの任意の角度で分割することもできる。電極３の分割は、絶縁体４によって行うのが好ましい。このようにして形成された電極３ｄを備えると、側方線量分布に方向特異性があった場合などにこれを正確に把握し、より正確な三次元線量分布を算出することが可能となる。また、電極３ｄが故障した場合であっても当該故障した電極３ｄのみを取替えたり、修理したりすればよく、円環状の電極３全体を取り替える場合と比較してコスト及び手間を軽減することができる。

また、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

さらに、前記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、前記の各構成、機能等はプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、装置上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 放射線測定装置
２ 電離箱
３ 電極
４ 絶縁体
５ 平面部
Ｓ２ 検出ステップ
Ｓ３ 側方線量分布算出ステップ
Ｓ５ 三次元線量分布算出ステップ

Claims (8)

1. 放射線治療で照射される放射線を測定するための放射線測定装置であって、
   絶縁体を介して大きさの異なる複数の円環状の電極が同心円環状に設けられるとともに平板状を成し、その平面部が放射線の進行を妨げるようにして設けられる電離箱を備えた
   ことを特徴とする放射線測定装置。
2. 前記複数の円環状の電極の面積を前記同心円環状に設けられている前記複数の円環状の電極の中心位置から離れるにつれて増大させたことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
3. 前記同心円環状に設けられている前記複数の円環状の電極の中心位置に円形の電離箱を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
4. 前記電極のそれぞれと接続され、各電極で検出された前記放射線の線量と、予め登録された各電極の半径寸法と、を用いて側方線量分布を算出する側方線量分布算出手段と、
   前記側方線量分布算出手段にて算出した側方線量分布を用いて三次元線量分布を算出する三次元線量分布算出手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の放射線測定装置。
5. 前記側方線量分布を下記式（１）で算出することを特徴とする請求項４に記載の放射線測定装置。
   

   
6. 請求項１に記載の放射線測定装置で放射線の線量を検出する検出ステップと、
   前記検出ステップにて検出された線量と、予め登録された前記各電極の半径寸法と、を用いて前記放射線の側方線量分布を算出する側方線量分布算出ステップと、
   前記側方線量分布算出ステップにて算出した側方線量分布を用いて三次元線量分布を算出する三次元線量分布算出ステップと、
   を有することを特徴とする放射線測定方法。
7. 前記側方線量分布を下記式（１）で算出することを特徴とする請求項６に記載の放射線測定方法。
   

   
8. 請求項１に記載の放射線測定装置に用いられる電離箱であって、
   絶縁体を介して大きさの異なる複数の円環状の電極が同心円環状に設けられるとともに平板状を成し、その平面部がビームの進行を妨げるように設けられたことを特徴とする電離箱。

Images