JP6512623B2 - 吸収線量測定システムおよび測定装置および方法 - Google Patents
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Description
本発明は、体内などにおける電離放射線の測定に関する。
電離放射線（本明細書においては、電離放射線を単に放射線とも記載する）を測定する方法として、放射線治療の分野では一般的に電離箱が用いられている。電離箱は、微小体積に含まれる空気が放射線によって電離された際の電荷を数百ボルトの高電圧によって収集する測定装置であり、収集した電荷量によって吸収線量を評価しているが、一般に電離箱は大きく、感電の危険性もあるため、体内での線量測定には適さない。
また、固体測定器を用いた方法も行われており、例えば、特許文献１には、シンチレータと光ファイバを組み合わせた測定器が示されている。この測定器では、シンチレータが放射線の電離作用によって発光し、かつ、発光量が電離量（吸収線量）と比例関係にあることを利用して、発光量を測定することにより吸収線量を評価している。なお、発光量の測定には光電子増倍管を用い、発光量を電流量に変換しているが、光信号をパルスで捉えることにより、非常に小さなシンチレータでの測定が可能となっている。そのため、尿道や肛門を介して、体内への挿入が可能であり、体内での吸収線量測定を可能としている。
一方、半導体等を用いた電子デバイスは、放射線によって損傷を受けることが知られている。半導体に対する放射線影響には、総線量効果 (TID: Total Ionizing Dose Effect) 、はじき出し損傷効果 (DDD: Displacement Damage Dose Effect)、シングルイベント効果 (SEE: Single Event Effect)などが知られている。非特許文献１には、酸化マグネシウムを用いたコンデンサの容量がγ線の照射によって増加することが示されている。
K. Arshak, D. Morris, K. Kaneswaran, 0. Korostynska and A. Arshak，"Portable Real-Time Gamma Radiation Dosimetry System Using MgO and Ce02 Thick Film Capacitors," Proceedings of 1st International Conference on Sensing Technology (2005.11.21-23) Palmerston North, NewZealand
特許文献１には、非常に小さなシンチレータを利用し、その取付などが容易なものが示されている。しかし、特許文献１の方法では、シンチレータに光ファイバを接続する必要があり、体内に埋め込んだ測定は不可能である。また、他の放射線測定器においても、有線式の測定方式では、同様に埋め込みは不可能である。
放射線治療分野では、しばしば、放射線照射部位を正確に把握するために、金コイルなどのマーカーを体内に配置することが行われており、腫瘍内の病理組織検査を行う際に金コイルを留置する方法が一般的である。
本発明の吸収線量測定システムは、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムであって、コイルと、このコイルに接続されたコンデンサと、を含む共振回路を有する測定装置と、前記測定装置の共振周波数を計測することで、前記測定装置のコンデンサ容量を計測する計測装置と、前記測定装置のコンデンサの容量の変化に基づいて、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を算出する吸収線量算出装置と、を有し、前記コンデンサは、誘電体としてチタン酸バリウムを含み、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、加熱によって結晶構造が回復して容量が回復する。
また、一実施形態では前記コンデンサの容量変化は、高エネルギーＸ線またはγ線の吸収線量が増加するのに応じて漸次的に減少する。
また、一実施形態では、前記計測装置は、アンテナを含み、アンテナに所定の周波数範囲の信号を供給することで、前記測定装置の共振回路を共振させ、この共振した周波数を非接触で測定する。また、前記計測装置は、前記測定装置の共振によって前記アンテナに発生する信号を測定する。
また、本発明の測定装置は、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムに用いられる測定装置であって、コイルと、このコイルに接続され、吸収線量に応じて容量が変化するコンデンサと、を含み、外部からの送信信号に応じて共振する共振回路を有し、前記コイルおよびコンデンサは、中心に円筒状空間を共有して同心状に配置されており、前記円筒状空間に針を挿通し、体内へ挿入可能である。
また、本発明は、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムに用いられる測定装置であって、
コイルと、このコイルに接続され、吸収線量に応じて容量が変化するコンデンサと、を含み、外部からの送信信号に応じて共振する共振回路を有し、
前記コイルおよびコンデンサは、薄膜状に形成されており、
前記コンデンサは、誘電体としてチタン酸バリウムを含み、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、加熱によって結晶構造が回復して容量が回復する。
高エネルギーＸ線またはγ線の吸収線量を測定する方法であって、
コイルと、このコイルに接続され誘電体としてチタン酸バリウムを含むコンデンサと、を含む共振回路を有する測定装置の共振周波数を計測することで、前記測定装置のコンデンサ容量を計測し、
さらに、本発明は、前記コンデンサは、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、この容量の減少に基づいて、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を算出することで吸収線量を測定し、その後、コンデンサを加熱して容量を回復させ、容量の回復したコンデンサを用いて吸収線量を測定する。
コイルと、このコイルに接続され、吸収線量に応じて容量が変化するコンデンサと、を含み、外部からの送信信号に応じて共振する共振回路を有し、
前記コイルおよびコンデンサは、薄膜状に形成されており、
前記コンデンサは、誘電体としてチタン酸バリウムを含み、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、加熱によって結晶構造が回復して容量が回復する。
高エネルギーＸ線またはγ線の吸収線量を測定する方法であって、
コイルと、このコイルに接続され誘電体としてチタン酸バリウムを含むコンデンサと、を含む共振回路を有する測定装置の共振周波数を計測することで、前記測定装置のコンデンサ容量を計測し、
さらに、本発明は、前記コンデンサは、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、この容量の減少に基づいて、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を算出することで吸収線量を測定し、その後、コンデンサを加熱して容量を回復させ、容量の回復したコンデンサを用いて吸収線量を測定する。
本発明によれば、コンデンサの容量変化を利用して、電離放射線の測定が効果的に行える。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
＜測定装置の構成＞
図１には、一実施形態に係る放射線測定システムに用いる測定装置１０の構成を示す図である。測定装置１０は、全体的に円筒状であり、中空筒状のコンデンサ１２と、コンデンサ１２の外周状に巻回されたコイル１４からなっている。コンデンサ１２は、円筒状の誘電体層１２ａの表面側および裏面側に形成された導電層１２ｂ，１２ｃを有し、導電層１２ｂ，１２ｃのそれぞれにコイル１４の一端および他端がそれぞれ接続されている。すなわち、コンデンサ１２とコイル１４が並列接続されてＬＣ共振回路が形成されている。
図１には、一実施形態に係る放射線測定システムに用いる測定装置１０の構成を示す図である。測定装置１０は、全体的に円筒状であり、中空筒状のコンデンサ１２と、コンデンサ１２の外周状に巻回されたコイル１４からなっている。コンデンサ１２は、円筒状の誘電体層１２ａの表面側および裏面側に形成された導電層１２ｂ，１２ｃを有し、導電層１２ｂ，１２ｃのそれぞれにコイル１４の一端および他端がそれぞれ接続されている。すなわち、コンデンサ１２とコイル１４が並列接続されてＬＣ共振回路が形成されている。
コイル１４は、導電率が高く、体内において安全で安定なものがよく、金が好適である。また、コイル１４の一端以外の場所がコンデンサ１２の導電層１２ｂと導通しないように絶縁被覆されていることが好ましい。コイル１４は、例えばフッ素樹脂などで被覆することが好適である。なお、図１においては、コイル１４の内周側と導電層１２ｂの外周が離れているように記載してあるが、両者は絶縁材を介し接触していることが好ましい。
コンデンサ１２の誘電体層１２ａには、一般のコンデンサに利用されている各種の誘電体が利用可能であるが、電離放射線の照射によって容量が変化することが必要である。電離放射線の照射によって、コンデンサ１２の容量がわずかに増加することは、非特許文献１などに示されている。
また、各種のコンデンサに電離放射線を照射して、その容量変化を調べたところ、積層セラミックコンデンサにおいて、電離放射線の照射に応じた容量の減少が生じた。積層セラミックコンデンサにおいては、チタン酸バリウムに若干の金属化合物を添加したものが利用されており、このような誘電体を誘電体層１２ａに利用することが好適である。誘電体層１２ａの両面に金などの導電層１２ｂ，１２ｃを形成するが、この形成には、蒸着、ＣＶＤ（化学気相成長）、スパッタリングなどが利用でき、例えば金蒸着が好適である。また、導電性物質を誘電体の表面に貼り付けるなどして、誘電体を挟み込んでもよい。導電性物質としては、金、銅、アルミニウムなどの金属や、導電性プラスチックが利用される。コンデンサ１２として、積層セラミックコンデンサを採用してもよい。
また、コンデンサ１２は、一対の電極に誘電体が挟まった構造であればよいため、円筒ではなく、断面Ｃ字状に端部が閉じてなくてもよい。シート状の誘電体層１２ａの両面に導電層１２ｂ，１２ｃを形成した後、円筒状とする場合には、Ｃ字状の方が製作しやすい場合もある。もちろん、円筒ではなく、多角形でもよい。さらに、コンデンサ１２を平板状にして、コイル１４と併設してもよく、さらにコンデンサ１２内にコイル１４を配置してもよい。
また、導電層１２ｂ，１２ｃの表面にもフッ素樹脂などで樹脂コーティングしてもよく、さらに全体をフッ素樹脂などの樹脂コーティングすることも好適である。
測定装置１０の大きさは、用途などに応じて適宜選択するとよい。例えば、直径が数ｍｍ程度とすることができ、長さも数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度が好ましい。また、コンデンサ１２の容量、コイル１４のインダクタンスも、回路設計に合わせ適宜選択すればよい。
このような測定装置１０は、ニードルを挿通した状態で、例えば組織内生検の際に体内の所望の位置に配置される。金コイルは、Ｘ線撮影などによって検出が可能であり、高精度放射線治療のターゲット位置確認用マーカーとして機能する。すなわち、体内の所定位置に配置した後は、放射線によりこのマーカーを測定することで治療放射線による治療部位の線量を測定できる。
また、コンデンサ１２とコイル１４はＬＣ共振回路を構成しており、コンデンサ１２の容量Ｃと、コイル１４のインダクタンスＬで決定される、共振周波数（固有周波数）ｆ＝１／２π√（ＬＣ）で共振する。
従って、測定装置１０の共振周波数を計測することで、コンデンサ１２の容量を知ることができ、この変化量から電離放射線の吸収線量を測定することができる。
＜システム構成＞
図２には、システムの全体構成が示されている。測定装置１０は、上述のようにマーカーとしても機能するため、例えば患者の体内の患部内の所定部位に配置される。
図２には、システムの全体構成が示されている。測定装置１０は、上述のようにマーカーとしても機能するため、例えば患者の体内の患部内の所定部位に配置される。
一方、患者の近傍（放射線治療装置の近傍）には、アンテナ２０が配置される。この例において、アンテナ２０はコイルからなっているが、測定装置１０のコイル１４に送信電波の周波数に応じた交流電流を誘起できれば、どのような形式のアンテナでもよい。
アンテナ２０には、コンデンサ２２を介しネットワークアナライザ３０が接続されている。このネットワークアナライザ３０は、アンテナ２０に所定範囲の周波数で掃引（スイープ）される電力を供給し、アンテナ２０に入力されてくる（受信する）電力を測定する。ネットワークアナライザ３０は、通常２つの端子を有し、一方の端子から所定の送信信号を対象に供給し、他方の端子から媒体を通過した信号を受信するが、本実施形態においては送信側の端子のみを利用する。なお、図２の構成において、アンテナ２０のコイルの一端をコンデンサ２２に接続し、他端をアースに接続し、送信信号をアースに対する高周波信号としてアンテナ２０に供給するとよい。
また、アンテナ２０、コンデンサ２２、ネットワークアナライザ３０が計測装置を構成するが、ネットワークアナライザ３０において共振周波数から吸収線量を算出してもよく、この場合ネットワークアナライザ３０が、吸収線量算出装置の機能も果たす。
＜共振周波数の測定＞
図３には、ネットワークアナライザ３０の内部構成が示されている。可変周波数発振器３２は、所定の周波数範囲で発振し、対応する高周波信号を出力する。例えば、数ｋＨｚ〜数１００ＭＨｚの周波数帯の送信信号が利用される。
図３には、ネットワークアナライザ３０の内部構成が示されている。可変周波数発振器３２は、所定の周波数範囲で発振し、対応する高周波信号を出力する。例えば、数ｋＨｚ〜数１００ＭＨｚの周波数帯の送信信号が利用される。
なお、市販のネットワークアナライザを利用可能であるが、すべての機能を使用するわけではなく、必要な機能だけを取り出した測定器を用いることも好適である。
この送信信号は、方向性結合器３４を介し出力され、コンデンサ２２を通過してアンテナ２０に供給される。従って、アンテナ２０から、送信信号の周波数の電波が放射される。ここで、アンテナ２０と、コンデンサ２２とでＬＣ共振回路が形成されるため、可変周波数発振器３２の発振周波数に応じてコンデンサ２２の容量を変更し、共振周波数を発振周波数に合致させることで、効果的なアンテナ２０からの出力が得られる。
なお、アンテナ２０は、図１に示すような複数巻きのコイルとできるが、これに限らず、基板パターン上で平面に配置されたアンテナなど、各種のアンテナが利用可能である。アンテナ２０を図１に示すようなコイルとした場合には、アンテナ２０に流れる電流に応じた磁界をそのまま測定装置１０のコイル１４に作用させて、誘導電流をコイル１４に生じさせることができる。
この場合、アンテナ２０のコイル磁界変化によって、測定装置１０におけるコイル１４に誘導電流が流れ、この誘導電流の周波数がコンデンサ１２とコイル１４から形成されるＬＣ回路の共振周波数に一致すると、測定装置１０のＬＣ回路が共振する。
可変周波数発振器３２の発振周波数を順次変更することで、周波数が順次変化する送信波がアンテナ２０より送出される。連続的に周波数を変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。これによって、測定装置１０の共振周波数の送信波が送出された際に、測定装置１０側の共振に応じた電波が返って来る。従って、共振時における測定装置１０からの電波がアンテナ２０において受信される。共振特性は、測定装置１０のＱ値（共振回路における共振ピークの鋭さを表す値）にもよるが、共振の中心周波数で、最も大きな受信波がアンテナ２０において得られる。このため、受信信号の強度によって、測定装置１０の共振周波数を特定することができる。
なお、アンテナ２０として指向性アンテナを用いたり、適切な直径や共振周波数を選択することにより、測定装置１０での共振周波数を効率的に測定することが可能であり、アンテナ２０と測定装置１０の距離が離れていても測定が容易になる。
方向性結合器３４は、アンテナ２０での受信信号を送信信号から分離することで、シグナル・ノイズ比を飛躍的に向上させて出力する機能を果たす。方向性結合器３４で得られた受信信号は検波器３６において検波され、その電力が測定され、測定結果が処理部３８に送られる。そこで、処理部３８の共振周波数検出部４２において、可変周波数発振器３２の発振周波数に対する検波器３６において得た受信信号強度のピークから、測定装置１０の共振周波数が測定される。さらに、処理部３８には、吸収線量算出部４４が設けられており、この吸収線量算出部４４には、電離放射線の照射量と、容量変化の関係（検量線）が記憶されている。そこで、記憶されている検量線に基づいて吸収線量算出部４４が電離放射線の吸収線量を算出する。なお、本実施形態において、アンテナ２０と、コンデンサ２２と、ネットワークアナライザ３０の吸収線量算出部４４を除いた部分、すなわち、可変周波数発振器３２、方向性結合器３４、検波器３６、共振周波数検出部４２が計測部４０に該当する。
上述したように、アンテナ２０としては、各種のものが適用可能であり、バーアンテナ等を採用してもよく、測定装置１０側においても、コンデンサ１２とコイル１４のＬＣ回路を同調回路として、これにバーアンテナなどを接続する構成としてもよい。
このようにして、本実施形態では、体内に配置した測定装置１０のＬＣ回路について非接触で、その共振周波数を知ることができる。すなわち、処理部３８の共振周波数検出部４２において、コンデンサ１２とコイル１４からなる共振回路における共振周波数を測定することができる。なお、実験によれば、少なくとも３０ｃｍ離れた場所においたアンテナ２０で、測定装置１０の共振周波数を測定できることが確認されている。
ここで、コンデンサ容量は、ＬＣＲメータなどで測定可能であり、上述のようなネットワークアナライザを利用した測定が十分正確であることについて検証されている。
＜コンデンサ容量の変化＞
一方、コンデンサ１２の容量は、電離放射線の照射によって変動する。そして、共振周波数ｆｃ＝１／２π√（ＬＣ）であり、共振周波数ｆｃを測定することにより、測定装置１０のコンデンサ１２の容量を測定することができる。そして、電離放射線の照射量と、容量変換の関係を予め調べて吸収線量算出部４４のメモリなどに記憶しておけば、メモリを参照して測定したコンデンサ１２の容量値から電離放射線の吸収線量を算出することができる。
一方、コンデンサ１２の容量は、電離放射線の照射によって変動する。そして、共振周波数ｆｃ＝１／２π√（ＬＣ）であり、共振周波数ｆｃを測定することにより、測定装置１０のコンデンサ１２の容量を測定することができる。そして、電離放射線の照射量と、容量変換の関係を予め調べて吸収線量算出部４４のメモリなどに記憶しておけば、メモリを参照して測定したコンデンサ１２の容量値から電離放射線の吸収線量を算出することができる。
すなわち、Ｃ＝（１／Ｌ）（１／２πｆｃ）２により、コンデンサ１２の容量を知ることができる。特に、独立した測定装置１０における共振周波数を別のアンテナ２０からの送信周波数をスイープし、測定装置１０が共振したことをアンテナ２０に接続されたネットワークアナライザ３０によって測定することができる。従って、測定装置１０を患者の体内に挿入した状態で、外部から測定装置１０におけるコンデンサ１２の容量を知ることができ、このコンデンサ１２の容量によって、吸収線量を知ることができ、この変化状態から、積算した吸収線量も測定することができる。
図４には、市販のコンデンサについて、医療用高エネルギーＸ線治療装置（Varian Medical Systems 社製 Clinac 600C（商品名））を利用して高エネルギーＸを照射した際のコンデンサの容量変化を示す。コンデンサとしては、市販の各種コンデンサを用いた。この結果から、セラミックコンデンサでは、容量が上昇するがその後上下してしまい、ポリエステルコンデンサ、ポリプロピレンコンデンサでは、ほとんど変化がない。一方、積層セラミックコンデンサでは、Ｘ線の照射によって、容量が漸次的に減少することが確認できた。特に、市販の積層セラミックコンデンサにおいては、１ｎＦ〜１００ｎＦのものについて、照射量に依存する容量の減少が確認できた。なお、この現象は、非特許文献１に記載された挙動とは異なる。
そこで、市販の積層セラミックコンデンサにコイルを手巻きし、これに高エネルギーＸ線を照射して、照射量（吸収線量）に対するコンデンサの容量変化をネットワークアナライザで調べた。図５に示すように、コンデンサの容量変化［％］＝ｙ、高エネルギー（６ＭＶ）Ｘ線照射量［Ｇｙ］＝ｘとして、ｙ＝３．２７４ｅｘｐ［−２（１−０．９７９５７ｘ］という関係が得られた。このように、チタン酸バリウムのような誘電体を用いたコンデンサにおいては、電離放射線の照射量の増加に応じて上記指数関数により容量が漸次減少（単調減少）する。すなわち、電離放射線の照射量（吸収線量）と、コンデンサの容量には一対一の関係がある。従って、このようなコンデンサを利用して電離放射線の照射量を測定することができる。上述の例では、コンデンサの容量は電離放射線の吸収線量の増加に応じて指数関数的に減少するので、吸収線量算出部４４は、この関数（数式）を記憶すればよい。
従って、測定装置１０に用いるコンデンサ１２について上記関係（検量線）を求めておけば、測定装置１０の共振周波数から電離放射線の照射量がわかる。また、電離放射線の種類に応じて、容量変化が異なる可能性もあるが、Ｘ線、γ線、β線等の別にそれぞれ検量線を求めておけば、それぞれ吸収線量を測定することができる。
本実施形態では、処理部３８の吸収線量算出部４４において、記憶している共振周波数と電離放射線の関係（検量線）を参照して、共振周波数検出部４２から供給される共振周波数に基づいて、電離放射線の吸収線量が算出される。なお、共振周波数と電離放射線の関係（検量線）は上述のような数式として記憶しておいてもよいし、マップとして記憶しておいてもよい。
ここで、コンデンサ１２に用いることができる誘電体であるチタン酸バリウムでは、エージング効果が知られており、時間の経過と共に最も静電容量が大きい立方晶系から正方晶系へと転移して９０°ドメインウォールを形成することにより、静電容量が低下することが知られている。
放射線照射は、立方晶系に対してダメージを与えることにより、ドメインウォールに近い働きをするために、静電容量の低下が発生しているのではないかと考えられる。実際、放射線照射後のコンデンサをその誘電体の転移温度（キュリー温度）以上に加熱すると、静電容量の回復が見られる。このことから、ダメージを受けた立方晶系構造が元に戻ったと考えられる。特に、この容量の回復は、１４０℃で確認されている。従って、測定装置１０を１４０℃程度（誘電体のキュリー温度）に加熱して、容量を回復して、再度使用することができる。
また、測定装置１０について、放射線を照射して、検量線を作成し、その後加温してコンデンサ１２の容量を回復してから、使用することができる。これによって、個々の測定装置１０毎の検量線を得ることができ、より正確な線量測定が行える。さらに、一度加温して、コンデンサ１２の容量を最大にしてから使用することも好適である。なお、コンデンサ１２の容量は、コイル１４と接続する前に測定しても、接続した後に測定してもよい。
＜その他＞
コイル１４のインダクタンスはコイルの直径、長さ、巻き数、巻き線の径、透磁率、長岡係数などによって計算できる。なお、長岡係数は、コイルの理想型が無限長と考え、有限の長さを持つ場合の補正係数としての意味合いを持つ。一方、コイル１４のインダクタンスについても、コンデンサ１２と接続する前または後に測定しておくとよい。なお、コイル１４のインダクタンスは、基本的に放射線照射によって変化しないと考えられ、検量線が求まっていれば、コイル１４のインダクタンスの値は必ずしも必要ではない。
コイル１４のインダクタンスはコイルの直径、長さ、巻き数、巻き線の径、透磁率、長岡係数などによって計算できる。なお、長岡係数は、コイルの理想型が無限長と考え、有限の長さを持つ場合の補正係数としての意味合いを持つ。一方、コイル１４のインダクタンスについても、コンデンサ１２と接続する前または後に測定しておくとよい。なお、コイル１４のインダクタンスは、基本的に放射線照射によって変化しないと考えられ、検量線が求まっていれば、コイル１４のインダクタンスの値は必ずしも必要ではない。
さらに、測定装置１０におけるＬＣ共振回路には、並列および／または直列された抵抗成分があるが、共振周波数は、基本的に抵抗値に関係ない。従って、抵抗値について特別求める必要はなく、またコンデンサの容量変化はＬＣ共振回路の周波数を変化させるが、導線が持つ抵抗値は共振周波数の理論式に含まれないため、仮に放射線照射によって抵抗値の変化が起こったとしても、共振周波数には影響しない。
また、共振周波数の異なる測定装置１０を複数用意し、これらを体内に複数位置に配置することによって、一度の送信波の周波数掃引により、複数の共振周波数での強度を得て、測定装置１０を配置した位置別の吸収線量を測定することが可能とである。
さらに、チタン酸バリウムを用いたコンデンサでは、温度によって静電容量の変化が生じることが知られているが、体内に埋め込んだ測定をする場合、生体が持つ恒常性（ホメオスタシス）によって温度が約３７℃で一定に保たれるため、温度による変化による静電容量変化の影響を受けにくい。
このように、本実施形態では、測定装置１０を電離放射線の照射によって容量が変化するコンデンサ１２とこれに接続されたコイル１４からなるＬＣ共振回路で構成した。そこで、外部に設けたアンテナ２０からの送信波の周波数をスイープし、測定装置１０のＬＣ回路が共振する周波数を測定することで、その時のコンデンサ１２の容量を測定できる。そして、コンデンサ１２の容量変化に応じて、放射線吸収線量を知ることができる。
さらに、コイル１４は、放射線によって測定することができるため、測定装置１０を体内に配置した場合にマーカとして利用できる。従って、マーカ位置での吸収線量を測定できる。特に、順次変化するコンデンサ１２の容量によって、積算した吸収線量を測定できる。治療の前後の容量変化を調べれば、１回の治療における吸収線量の正確な測定もできる。
また、コンデンサ１２を円筒型として、中心に空間を設けることにより、ここにニードルを挿通し、測定装置１０を体内の所望の位置に導入し、そこにおいてくることが容易である。
＜他の構成例＞
また、コンデンサ１２を薄膜状とし、コイルを平面上に配置することにより、全体として平面状で薄膜状の測定装置１０を任意の場所に配置して測定することも可能である。
また、コンデンサ１２を薄膜状とし、コイルを平面上に配置することにより、全体として平面状で薄膜状の測定装置１０を任意の場所に配置して測定することも可能である。
図６には、薄膜状のコンデンサ１２を用いる測定装置１０の一例の斜視模式図、図７にはその断面図が示されている。薄膜状の基板１６の中心部には、コンデンサ１２が設けられ、その周囲にコイル１４が配置される。コンデンサ１２は、誘電体層１２ａの両面を一対の導電層１２ｂ，１２ｃで挟んだ構成であり、導電層１２ｂ、１２ｃで挟んだ基板１６の部分が誘電体層１２ａとして機能する。もちろん、基板１６上に、導電層１２ｃ、誘電体層１２ａ、導電層１２ｂを積層形成してコンデンサ１２を形成してもよい。
コイル１４は、基板１６の表面上に螺旋状の配線として形成される。そして、表面側の配線１８ａによりコンデンサ１２の導電層１２ｂと、コイル１４の内側端とが接続され、裏面側の配線１８ｂによりコンデンサ１２の導電層１２ｃとコイル１４の外側端とが接続される。配線１８ｂは、基板１６を貫通して表面側のコイル１４の外側端に接続されている。なお、表面側、裏面側の両方を保護層で覆うことも好適である。
この例の測定装置１０では、コンデンサ１２の導電層１２ｂ，１２ｃ、コイル１４、配線１８ａ，１８ｂを基板１６上への蒸着などで形成することができる。このような測定装置１０は、体内に配置することもできるが、皮膚上の所望の場所に容易に配置することも可能である。そして、上述の実施形態と同様に、コンデンサ１２の容量が電離放射線の照射により変化するようにし、コンデンサ１２とコイル１４からなる共振回路の共振周波数を非接触で計測する。これによって、任意の場所における電離放射線の吸収量を容易に測定することが可能となる。
測定装置１０の厚さが１ｍｍ以下であることが好適である。放射線治療では、ビームを絞り、フォーカッシングして患部に照射する。測定装置１０が１ｍｍ以下であれば、１ｍｍ程度または１ｍｍ以下のレゾリューションで放射線治療の放射線吸収量を測定することができる。また、このように薄膜状にすることよって、各種位置に容易に設置することが可能である。
例えば、チタン酸バリウムの結晶片を導電性プラスチック内に分散させた構成など柔軟な誘電体層１２ａを利用することで、測定装置１０全体を柔軟な構成とすることができる。さらに、コンデンサ１２の導電層１２ｂ，１２ｃ、コイル１４、配線１８ａ，１８ｂにも導電性プラスチックを利用することもできる。これによって、体内外の各所に測定装置１０を容易に配置することが可能になる。
１０ 測定装置、１２ コンデンサ、１２ａ 誘電体層、１２ｂ，１２ｃ 導電層、１４ コイル、１６ 基板、１８ａ，１８ｂ 配線、２０ アンテナ、２２ コンデンサ、３０ ネットワークアナライザ、３２ 可変周波数発振器、３４ 方向性結合器、３６ 検波器、３８ 処理部、４２ 共振周波数検出部、４４ 吸収線量算出部。
Claims (7)
- 高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムであって、
コイルと、このコイルに接続されたコンデンサと、を含む共振回路を有する測定装置と、
前記測定装置の共振周波数を計測することで、前記測定装置のコンデンサ容量を計測する計測装置と、
前記測定装置のコンデンサの容量の変化に基づいて、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を算出する吸収線量算出装置と、
を有し、
前記コンデンサは、誘電体としてチタン酸バリウムを含み、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、加熱によって結晶構造が回復して容量が回復する、
吸収線量測定システム。 - 請求項１に記載の吸収線量測定システムであって、
前記コンデンサの容量変化は、高エネルギーＸ線またはγ線の吸収線量が増加するのに応じて漸次的に減少する、
吸収線量測定システム。 - 請求項１または２に記載の吸収線量測定システムであって、
前記計測装置は、アンテナを含み、アンテナに所定の周波数範囲の信号を供給することで、前記測定装置の共振回路を共振させ、この共振した周波数を非接触で測定する、
吸収線量測定システム。 - 請求項３に記載の吸収線量測定システムであって、
前記計測装置は、前記測定装置の共振によって前記アンテナに発生する信号を測定する、
吸収線量測定システム。 - 高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムに用いられる測定装置であって、
コイルと、このコイルに接続され、吸収線量に応じて容量が変化するコンデンサと、を含み、外部からの送信信号に応じて共振する共振回路を有し、
前記コイルおよびコンデンサは、中心に円筒状空間を共有して同心状に配置されており、
前記円筒状空間に針を挿通し、体内へ挿入可能である、
測定装置。 - 高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を測定する吸収線量測定システムに用いられる測定装置であって、
コイルと、このコイルに接続され、吸収線量に応じて容量が変化するコンデンサと、を含み、外部からの送信信号に応じて共振する共振回路を有し、
前記コイルおよびコンデンサは、薄膜状に形成されており、
前記コンデンサは、誘電体としてチタン酸バリウムを含み、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、加熱によって結晶構造が回復して容量が回復する、
測定装置。 - 高エネルギーＸ線またはγ線の吸収線量を測定する方法であって、
コイルと、このコイルに接続され誘電体としてチタン酸バリウムを含むコンデンサと、を含む共振回路を有する測定装置の共振周波数を計測することで、前記測定装置のコンデンサ容量を計測し、
前記コンデンサは、０を超え１００Ｇｙ以下の高エネルギーＸ線またはγ線の照射によって結晶構造が変化して容量が減少し、この容量の減少に基づいて、高エネルギーＸ線またはγ線による吸収線量を算出することで吸収線量を測定し、
その後、コンデンサを加熱して容量を回復させ、容量の回復したコンデンサを用いて吸収線量を測定する、
吸収線量測定方法。
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