JP7206369B2 - パルス放射線場における警報発生のための電子線量計 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１８年８月２１日に出願された米国特許出願第６２／７２０，２７７号の優先的利益を主張する。前述の出願の開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、概して、パルス放射線場で使用するための電子個人用放射線量計装置および方法を対象とする。

パルス電離放射線源の存在下での人員の安全は、これらの放射線源の使用の増加とともにより重要になっている。本明細書で使用される「放射線量計」という用語は、概して、電離放射線への被ばく量を測定する装置を指す。このような装置は、日常的な放射線被ばくがある特定の産業の労働者にとって重要な役割を果たす。これらの労働者は、被ばくが安全なレベルを超えないように、経時的な累積線量を監視することが重要である。２つの一般的なクラスに分類される、複数のタイプの放射線量計が利用可能である。

第１のクラスは、電離放射線に敏感で、累積放射線量の値を記録する「パッシブ」線量計と呼ばれる（生物学的文脈では、「実効線量」または「等価線量」値と呼ばれることもあり、「シーベルト」（Ｓｖ）を含む単位で測定されることがあるか、物理学的文脈では、「グレイ」（Ｇｙ）を含む単位で測定されることがある）。パッシブ線量計の典型的な実施形態は、線量値をユーザに直接伝達する能力を持たず、また、ユーザに即時の放射線障害を警告する能力も持たない。例えば、熱ルミネッセンス線量計（ＴＬＤ）などのパッシブ線量測定装置は、放射線への被ばくを監視するために広く使用されている。パッシブ線量計装置の典型的な実施形態は、長期間にわたって受けた線量を表す、被ばくの累積読取りを提供する。場合によっては、被ばく読取りは、電離放射線への実際の被ばくの後、数週間または数か月提供される。

第２のクラスの線量計は「アクティブ」線量計と呼ばれ、線量値を継続的に測定し、線量値をユーザに報告する通信を提供する「電子個人放射線量計」を含んでもよい。線量値をリアルタイムで監視しているため、パッシブ線量計では提供できない線量率（例えば、Ｓｖ／ｈ）を提供することもできる。また、電子個人放射線量計の多くの実施形態は、典型的には、しきい線量または線量率値に到達したことの可聴および／または視覚および／または触覚（例えば、振動）表示をユーザに提供する警報機能を含む。同様に、電子個人放射線量計の多くの実施形態は、典型的には、時間の関数として受け取った線量の表示をユーザに提供する線量履歴の記録を含む。真のアクティブ線量測定は、パッシブ線量測定に比べて大きな利点を提供する。なぜならば、ユーザが、ユーザに危険をもたらす場合がある放射線場に入ったときに、「リアルタイム」でユーザに通知することができ、ユーザに危険地帯から逃れる機会を提供するからである。本明細書で使用される「リアルタイム」という用語は、通常、ずっと後の報告に気づくのではなく、イベントが展開するのと同じ速度で、時にはそれと同時に（例えば、数秒または数分の１秒以内に）、イベントを報告し、描写し、またはイベントに反応することを指す。

以下の説明では、「計数モード」は、Ｇｌｅｎｎ／Ｋｎｏｌｌ、Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｆｏｕｒｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｃｈａｐｔｅｒ １７－ＩＩに記載されている「パルス計数モード」を意味するために使用され、これは、参照によりその全体がすべての目的のために本明細書に組み込まれる。現在利用可能な電子個人放射線量計は、通常、計数モードで動作する。例えば、計数装置の典型的な実施形態では、放射線の光子が検出され、信号に処理される。その信号が適切なパラメータ（例えば、振幅、形状など）に一致すると、信号は、線量の増分に対応するイベント（「カウント」とも呼ばれる）としてカウントされる。典型的な実施形態はまた、デッドタイム補正を使用する（上記の参照により組み込まれるＧｌｅｎｎ／Ｋｎｏｌｌ，ｃｈａｐｔｅｒ ４－ＶＩＩに記載されている）。したがって、イベント計数装置は、計数率が高い場合、または累積カウントがあるプリセットレベルに達した場合に、リアルタイムのアラート（例えば、可聴アラーム、視覚アラーム、または触覚振動アラーム）を提供することができる。この例では、カウントが収集され、これらのカウントから１つ以上の線量当量が計算され、表示される。

電離放射線のアクティブ線量測定は、従来「個人線量当量」と呼ばれるものの測定に焦点を合わせてきた。本明細書で使用される「個人線量当量」という用語は、概して、身体の特定の箇所の下の深さ（ｄ）における組織の線量当量について、国際放射線単位測定委員会（ＩＣＲＵ）が推奨する被ばくの安全閾値を表す電離放射線の量を指す。個人線量当量の例には、Ｈ_p（１０）と呼ばれる深部線量（例えば、胸部被ばくのための）当量安全しきい値、Ｈ_p（３）と呼ばれる眼の線量当量安全しきい値、および約Ｈ_p（０．０７）の表面線量（例えば、皮膚被ばくのための）当量安全しきい値が含まれる。当業者は、例えば、画像下治療および心臓医学ならびに原子力および航空産業の分野で働く人員などの、その職業の一部として日常的に被ばくさせられることがある人の線量当量値を監視することが有利であることを認めている。

パッシブ線量計とは異なり、アクティブ線量計は、常に、線量率に関して上限を有する。例えば、一部の放射線場は、非常に強く（「高場」または「高強度場」と呼ばれることもある）、計数アクティブ線量計とともに使用される検出素子の範囲を超える場合があり、ユーザに、潜在的に危険な状態を瞬時に警告するために（「オーバーレンジ検出」）、機器によって検出される必要がある。例えば、イベント計数電子個人放射線量計は、１つ以上のセンサ、信号プロセッサ、および／または一般に線形に動作する計数電子機器などの検出要素を含んでもよい。これは、イベントカウントの見落とし（「デッドタイム」と呼ばれることもある）につながる可能性があり、場合によっては、高場は、１つ以上の検出要素の飽和につながる可能性があり、その場合、場の強度が増大する一方で、計数率が飽和または低下することさえある（「フォールドオーバー」と呼ばれることがある）。従来、放射線場の強度に関する線形依存性からの、測定された計数率の偏差は、デッドタイム補正式を適用することによって補正することができる。この例では、現在のイベント計数アクティブ線量計の検出範囲の限界は、典型的には約１～１０Ｓｖ／ｈを超える線量率レベルでの計数率の飽和によって証明される場合がある。しかしながら、このようなデッドタイム補正は、放射線場が、分析の時間間隔の間、連続的な性質のものである場合にのみ正しく機能する。

しかしながら、現在利用可能な計数電子個人放射線量計は、いわゆるパルス放射線場に関して性能が制限されていることが知られている。パルス放射線場においては、放射線パルスにおける線量率が非常に高い（例えば、機器おける正確な登録には高すぎる）場合がある一方、巨視的な時間（例えば、秒または分）にわたって平均された線量率は、十分に特定の線量率測定範囲内にある。このようなパルス放射線場の典型的な例は、放射線パルス幅が数ミリ秒の医療用Ｘ線装置、パルス幅が典型的な数マイクロ秒のパルス線形加速器（ＬＩＮＡＣ）、または典型的なパルス幅が１０～５０ナノ秒のＸ線フラッシュ機器である。パルス幅および繰り返し周波数がアクティブ電子線量計に与える影響の詳細な説明は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年１月１８日に公開された、“ＣＯＮＳＩＤＥＲＡＴＩＯＮＳ ＣＯＮＣＥＲＮＩＮＧ ＴＨＥ ＵＳＥ ＯＦ ＣＯＵＮＴＩＮＧ ＡＣＴＩＶＥ ＰＥＲＳＯＮＡＬ ＤＯＳＥＭＥＴＥＲＳ ＩＮ ＰＵＬＳＥＤ ＦＩＥＬＤＳ ＯＦ ＩＯＮＩＳＩＮＧ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ”，Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ（２０１０）ｐｐ．１－１１に見ることができる。

パルス長がアクティブ線量計の電子信号パルス長を大幅に超えるパルス放射線シナリオの場合、時間間隔（時間分解能）を短くすることにより、デッドタイム補正が不十分であるという問題またはオーバーレンジ状態が検出されないという問題を解決することができる。例えば、Ｔｈｅｒｍｏ Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＦＨ ４０ ＧＬ－１０機器では、カウント間隔を１ミリ秒に設定することができる。言い換えれば、ミリ秒範囲のパルス場の場合、パルス放射線は連続放射線として処理され、パルスの特定の最大線量率を超えない限り正しく決定することができる。

高強度場は、イベント計数装置が測定することができる特定の間隔よりも著しく短い期間を示すことができることが認識されている。放射線パルスの持続時間が計数装置の信号分解能時間（またはデッドタイム）程度またはそれよりはるかに短いこれらの超短時間のイベントは、しばしば「放射線フラッシュ」と呼ばれる。これらの放射線フラッシュは、現在利用可能なアクティブ線量計によって正確に測定できず、放射線フラッシュに被ばくするユーザにとって重大な問題を提示する。例えば、線形加速器（ＬＩＮＡＣ）や非破壊検査（ＮＤＴ）用途でのパルス場の使用が増えているため、これはますます重要になっている。この種のパルス場への被ばくは、被ばくのリスクがある人員の安全のために正確に測定する必要があることが一般的に認識されている。

放射線量計のいくつかの実施形態は、パルス放射線を検出するのによく適している「電離箱」と呼ばれるものを利用する。しかし、線量を正しく統合するためには、たとえ低い線量率であっても、大容量の電離箱が必要である。したがって、電離箱の使用は、ユーザが容易に持ち運んだり着用したりしない、より大型の装置のために予備されている。

電離箱放射線量計装置と比較して、電子個人放射線量計は、はるかに小さい検出器で同等の感度を達成するという利点があり、したがって、装置全体を大幅に小さくすることができる。アクティブ線量計の国際規格ＩＥＣ６１５２６は、最大寸法１５ｃｍ×３ｃｍ×８ｃｍおよび最大重量３００ｇを指定している。市場に出回っている実際の電子線量計は、通常、着用者の便宜のために大幅により小型かつ軽量である。

電子個人放射線量計のいくつかの実施形態は、例えば、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、１９９１年５月７日に出願された「Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｏｒ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｏｓｅ ｉｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ」という名称のＧＢ－Ａ－２，２５５，１７７Ｂに記載されている電子個人線量計の実施形態などの、「ＰＩＮダイオード」タイプ検出器と呼ばれるものを含んでもよい。 「Ｐ型、真性、ｎ型ダイオード」とも呼ばれる「ＰＩＮダイオード」という用語は、一般に、当業者によって、ｐ型半導体とｎ型半導体との間に含まれたドープされていない真性半導体材料の広い領域を有するダイオードを含むと理解されている。有利には、ＰＩＮダイオードは、参照によりその全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる、「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｘ－Ｒａｙ Ｆｌｕｘ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ ＰＩＮ Ｄｉｏｄｅｓ」に記載されているように、計数モードにおいてまたは電離箱として動作させることができる。例えば、計数モードにおいて動作させられる典型的なＰＩＮダイオード検出器は、バックグラウンドに近い線量レベル（例えば、０．１μＳｖ／ｈ未満）でも線量を正しく積分するが、電離箱モードで動作する対応するＰＩＮダイオードは、ｍＳｖ／ｈの線量率で約１ｐＡの電流のみを提供する。低線量レベルでの電子個人放射線量計の正しい動作の必要性のために、計数モードでＰＩＮダイオード検出器を動作させることは有利である。

パッシブタイプの線量計および電離箱と比較して、現在の電子個人放射線量計は、連続放射線の最大線量率を超えると、パルスの線量を正しく捕捉することができないという欠点を有する。電子個人放射線量計は、Ｘ線パルスあたりの線量が、連続放射線におけるカウントあたりの線量よりも小さい限り、短時間（通常、数μｓ未満）のパルスＸ線の線量を正しく測定することができる。しかしながら、ユーザが、電子個人放射線量計において正しい線量を示すには大きすぎる線量率に被ばくする状況が存在する。そのような場合、電子個人放射線量計は、通常、電子個人放射線量計が被ばくからの線量の測定値を正確に計算できないことにより、危険についてユーザに警告することができない。例えば、ユーザは、ユーザが着用する電子個人放射線量計の測定能力を超えるパルス放射線場を生成する工業用Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビームに被ばくすることがある。

したがって、パルス放射線場に対して、さらには単一のＸ線フラッシュに対してもリアルタイムの応答性を達成する電子個人放射線量計システムおよび方法が必要とされている。さらに、線量率が大きすぎて装置における正しい線量表示ができない場合、装置が直ちにオペレーターに警告できることが有利かつ重要である。これらおよび他の必要性に対処するシステム、方法、および製品は、例示的、非限定的な実装に関して本明細書に説明される。様々な代替、変更、および等価物が可能である。

英国特許出願公開第２２５５１７７号明細書

本発明の第１の態様による携帯型電子線量計は、請求項１に記載されている。携帯型電子線量計は、各々が１つのタイプの電離放射線を検出するように構成された複数の検出器であって、各検出器は、電離放射線の複数の検出された光子に応答して出力を生成するように構成された増幅器と、積分時間にわたる電離放射線の検出された光子に応答して１つ以上のカウントを生成するように構成されたイベントカウンタと関連付けられている、複数の検出器と、カウンタの各々から１つ以上のカウントを受信し、すべての検出器の１つ以上のカウントが一致するかどうかを決定するように構成されたプロセッサであって、一致する場合、プロセッサは、オーバーレンジ警報信号を提供するように構成されているプロセッサと、を含む。

いくつかの実施形態では、電離放射線のタイプには、ガンマ線、ベータ線、中性子線、およびＸ線が含まれる。さらに、いくつかの実装では、各検出器は計数モードで動作させられる。いくつかの実装形態は、２つまたは３つの検出器を含んでもよく、オーバーレンジ警報信号は、いくつかの実施形態において、高強度パルス放射線場の検出を示してもよい。場合によっては、少なくとも１つの検出器が２つ以上のしきい値を含み、しきい値のうちの少なくとも１つは、Ｘ線からの通常信号レベルよりも大きい。

また、いくつかの実装では、一致は、少なくとも２つのカウンタ値が等しいことによって決定される。同じ実装または代替的な実装では、検出器信号の一致は、０．１～１０μｓの時間範囲でアナログ同時計数回路によって検出される。積分時間は、０．１ｍｓ～１ｓの範囲である。

本発明の第２の態様によれば、請求項１１に記載の方法が提供される。この方法は、各々が１つのタイプの電離放射線を検出可能な複数の検出器を使用して電離放射線の複数の光子を検出することと、複数の検出された光子に応答して検出器の各々から出力を生成することと、積分時間にわたる電離放射線の検出された光子に応答して１つ以上のカウントを生成することと、すべての検出器の１つ以上のカウントが一致するかどうかを決定することと、を含む。

上記の実施形態および実装は、必ずしも互いに包含的または排他的ではなく、それらが、同一または異なる、実施形態または実装と関連して提示されているか否かにかかわらず、矛盾せず、かつ別様に可能な任意の様式で組み合わせられ得る。一実施形態または実装の説明は、他の実施形態および／または実装に関して限定することを意図するものではない。また、本明細書の他の箇所に説明されているあらゆる１つ以上の機能、ステップ、動作、または技術は、代替的な実装において、発明の概要に説明されたあらゆる１つ以上の機能、ステップ、動作、または技術と組み合わせられてもよい。したがって、上記の実施形態および実装は、限定ではなく例示的である。

上記およびさらなる特徴は、添付の図面と併せて読まれたときに、以下の詳細な説明からより明確に理解されよう。図面において、同様の参照番号は、同様構造、要素、または方法ステップを示し、参照番号の左端の数字は、参照要素が最初に現れる図の番号を示している（例えば、要素１００は最初に図１に現れる）。しかしながら、これらの規則のすべては、限定ではなく、典型的または例示的であることを意図している。

電子個人放射線量計の一実施形態と、任意の無線受信機を含むユーザとの機能ブロック図である。 短時間高線量率パルスが存在する危険ゾーンまたは立入禁止区域を有するＸ線装置の一実施形態の簡略化された図形表示である。 図１の電子個人放射線量計の一実施形態の機能ブロック図である。 図１の電子個人放射線量計の回路の一実施形態の簡略化された図形表示である。 Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビーム内に位置付けられた図１の線量計の検出器によって測定された検出信号の一実施形態の簡略化されたグラフ表示である。 Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビーム内に位置付けられた図１の線量計の検出器によって測定された検出信号の一実施形態の簡略化されたグラフ表示である。 Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビーム内に位置付けられた図１の線量計の検出器によって測定された検出信号の一実施形態の簡略化されたグラフ表示である。 Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビーム内に位置付けられた図１の線量計の検出器によって測定された検出信号の一実施形態の簡略化されたグラフ表示である。 オーバーレンジ警報を提供する方法の一実施形態の機能ブロック図である。 同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通して対応する部分を指す。

以下でより詳細に説明するように、記載された発明の実施形態は、アクティブ電子個人放射線量計を含む。アクティブ電子個人放射線量計は、複数の検出器と、短時間放射パルスの線量が、機器が十分な精度で処理することができる線量の量より大きい場合に過剰放射警告を与えるように構成されたアラームとを含む。

図１は、ユーザ１１０の身体に通常着用される線量計１００の簡略化された図解例を提供している。図１は、受信機１３０も示している。受信機１３０は、線量計１００から１つ以上の無線通信を受信し、いくつかの実施形態では、受信した通信に基づいて線量計１００によって検出された放射線量に関するリアルタイム情報をユーザ１１０に提供してもよい。いくつかの実施形態では、受信機１３０は、スマートフォン、タブレット、他の汎用無線対応装置、またはアクティブ線量測定の分野で知られているあらゆる受信機タイプの装置を含んでもよい。線量計１００とユーザ１１０との間の空間的関係に関して本明細書で使用される「近接」という用語は、概して、ユーザ１１０が線量計１００からの信号を明確に識別し、それに応じて応答できる範囲内の場所を指す。例えば、許容範囲は、信号のタイプおよび／もしくは強度、または、可聴、視覚、または機械的（例えば、振動）信号などの線量計１００によって提供される信号の組み合わせに依存する場合がある。線量計１００からユーザ１１０を指す矢印は、情報の流れ方向を示しており、この情報は、累積線量、現在の線量率、および様々な瞬間的警報通知の手段に関する数値情報を含む。瞬間的警報通知の手段は、光学的信号化可聴音響器および触覚振動警報を含んでもよい。測定データおよび警報ステータスは、任意の無線受信機へ送信されてもよい。

また、いくつかの実施形態では、線量計１００は、ユーザ１１０によって使用されていないときに中央基地局に関与するように構成されてもよい。中央基地局の実施形態は、線量計１００の充電能力およびネットワーク接続を提供してもよい。ネットワーク接続は、線量計１００が、ネットワークを介してデータを他のコンピューティングデバイスへ伝送し、かつ／またはソフトウェアアップデート、検出パラメータ、セキュリティ識別子などの情報を受信することができるようにする。さらに、中央基地局のいくつかまたはすべての実施形態は、プロセッサまたはマイクロプロセッサおよびデータ記憶素子を含んでもよい。データ記憶素子は、一貫したネットワーク接続が利用できない場合に特に有用である場合がある。

上記のように、特定のＸ線源の直接ビームにおいて発生するような、高強度の短時間のパルスによって、電子線量計の検出器の増幅器が、飽和状態へ駆動させられることがある。これは、通常、数μｓの増幅器の積分時間内に、複数の光子が、検出器の有効容積をイオン化するからである。結果として得られる増幅器の出力信号は、増幅器の飽和までの所与の光子エネルギーに対する単一のイオン化イベントによって生成されるよりもはるかに高い振幅を有する可能性がある。そのような高線量率の短いパルスは、例えば、各検出器チャネルにおけるＸ線フラッシュごとに１カウントの信号など、すべての検出器チャネルにおいて同期信号（同時計数と呼ばれることもある）を生成することができる。

図２は、立入禁止区域２０７を有するＸ線源２００（例えば、Ｘ線フラッシュ発生器を含むことがある）の図解例を提供している。立入禁止区域２０７は、一般に、被ばくの実行中に人員が存在してはならない領域としてＸ線源２００の製造業者によって規定される。本開示によるアクティブ線量計の目的は、次のとおりである。
ａ）ゾーン２０７および２１５の外側のＸ線源２００から受け取った線量を正しく蓄積する
ｂ）ゾーン２０７のＸ線源２００から受け取った線量を正しく蓄積し、このゾーンでの長期滞在中に警告を提供する
ｃ）ゾーン２１５のユーザに瞬間的な警告を提供する。線量は、人員が応答して危険ゾーン２１５を離れることができるまで、関連する短期被ばく（通常は数秒）の間に最終的に完全に登録されない場合がある。

また、前述のように、電子個人放射線量計は、計数モードで動作する検出器としてＰＩＮダイオードをしばしば使用する。例えば、線量計１００の実施形態は、少なくとも２つの検出器を含んでもよく、各検出器は、１つ以上の信号処理要素を有してもよい。信号処理要素は、いくつかの実施形態では、異なるタイプの放射線を検出するように構成された１つ以上の振幅弁別器を含んでもよい。しかしながら、線量計１００は、以下でより詳細に説明されるように、３つ以上の検出器を含んでもよいことも認識されるであろう。したがって、この例は、限定と見なされるべきではない。

図３は、各々が異なるタイプの電離放射線を検出するように構成された少なくとも２つのセンサを使用して過剰放射線警告を提供することができる線量計１００の実施形態の図解例を提供している。例えば、図３は、イベント計数センサ３０７および３０９を示しており、イベント計数センサの各々が、補完的な方法で放射線場３００の特定の態様を測定することが可能である。図３はまた、増幅器３１７および３１９などの、イベント計数センサ３０７および３０９と共に動作するように構成された線量計１００の追加の構成要素を示している。しかしながら、当業者に知られている追加の信号処理コンポーネント（例えば、比較器など）も含み得ることが認識されるであろう。図３の例では、増幅器３１７および３１９は各々、対応するイベント計数センサ３０７または３０９からの出力を受け取り、放射線から検出されたイベントの線量の測定値を提供し、この測定値はは次に、カウンタ３２７または３２９の対応する実施形態に提供される。カウンタ３２７または３２９の実施形態は、積分時間（例えば、１ｍｓ～１ｓの範囲を含んでもよい）の期間にわたって検出されたイベントの数を積分し、計数率（例えば、一秒あたりのカウント数「ｃｐｓ」などの、単位時間にわたる検出イベントの平均）などの測定値をプロセッサ３４０に通信する。

また、図３の例では、プロセッサ３４０は、システムメモリ３４１と結合された１つ以上のプロセッサおよび／またはマイクロプロセッサを含んでもよい。システムメモリ３４１は、関連技術において知られているソリッドステート記憶技術を含んでもよい１つ以上のデータ記憶素子を含む。説明された実施形態では、プロセッサ３４０は、システムメモリ３４１に記憶された制御ロジック（例えば、プログラムコードを含むソフトウェアプログラム）を使用する。制御ロジックは、プロセッサ３４０によって実行されたとき、プロセッサに本明細書に説明されている機能を実施させる。例えば、プロセッサ３４０は、イベントカウンタ３２７および３２９から入力を受信し、ユーザインターフェース３５０との間で情報を送受信する処理アルゴリズムを実行するソフトウェアを実装する。さらに、警報装置３８０は、音響器、振動要素、および／または光学警報インジケータを含んでもよいがこれらに限定されない、イベントまたは状態の信号をユーザ１１０に送るように構成された１つ以上の要素を含んでもよい。

図３は、無線要素および無線アンテナを含んでもよい無線装置３６０の実施形態をさらに示す。無線装置３６０は、当業者に知られているあらゆる無線技術を介して受信機１３０と通信することができ、少なくとも部分的に、様々な基準に依存してもよい。基準には、送信範囲、データセキュリティ、電力要件、無線および／もしくはアンテナの物理的寸法、一方向もしくは双方向通信、またはその他の基準が含まれることがあるが、これらに限定されない。例えば、装置間の直接通信は、短波長ＵＨＦ電波を使用して短距離でデータを交換するための標準となった、一般に「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」技術と呼ばれるものを使用して実現することができる。あるいは、無線装置３６０は、中間物を介して受信機１３０と通信してもよい。中間装置を使用した中間通信の一部の例には、無線ルーター装置を介して通信するＷｉ－Ｆｉと呼ばれるもの、および電気通信プロバイダーによってサポートされるセルラー通信ポイントを利用するセルラーベース通信（例えば、テキストベースの通信規格（「ショートメッセージサービス」（ＳＭＳ）とも呼ばれる））が含まれる。

記載された実施形態では、計数センサ３０７および３０９は、アクティブ線量測定の分野で知られているあらゆるタイプのイベント計数センサを含んでもよい。例えば、イベント計数センサ３０７および３０９の各々は、ガンマ線、ベータ線、中性子線、およびＸ線のうちの１つ以上を検出することが可能であってもよい。特定のセンサ技術は、少なくとも部分的に、線量計１００の実施形態が測定するように設計されている放射線のタイプ（複数可）に依存してもよい。この例では、いくつかの実施形態は、少なくともガンマ線およびＸ線を測定することができる「ＰＩＮダイオード検出器」を含んでもよいフォトダイオードと呼ばれるものを含んでもよい。また、線量計１００の様々な構成要素は、電源３７０から電力を受け取る。電源３７０は、いくつかの実施形態では再充電可能あってもよい１つ以上の電池を含んでもよい。同様に、ユーザインターフェース３５０は、ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含むタッチスクリーン、または関連技術において知られている他のタイプのディスプレイインターフェース）、および／または１つ以上のボタンを含んでもよい。いくつかの実施形態では、警報装置３８０は、可聴通信（例えば、警報メッセージまたは警報）のためのスピーカーインターフェース、１つ以上の視覚的警報インジケータ、および／または触覚警報インジケータを含んでもよい。

図４は、３つのＰＩＮダイオード検出器（４１５，４１７，４１９）を使用する線量計１００によって実装される回路設計の例示的な実施形態の概略図を提供する。光子またはベータ粒子を含む電離放射線は、増幅器４２５，４２７，４２９によって増幅される電荷パルスを結果的に生じる検出器４１５，４１７，４１９のダイオードの固有ゾーンに電荷を堆積させ、Ａ１，Ａ２、およびＡ３によって表された「検出器増幅器出力」を提供する。次に、信号は、１つ以上のしきい値比較器（４３５ａ，４３５ｂ）；（４３７ａ，４３７ｂ）；（４３９ａおよび４３９ｂ）（「振幅弁別器」と呼ばれることもある）によって弁別された振幅である。各しきい値比較器からの信号は、個々のカウンタ（４４５ａ，４４５ｂ）；（４４７ａ，４４７ｂ）；（４４９ａおよび４４９ｂ）によってカウントされ、プロセッサ３４０に送信される。現在説明されている例では、検出器の有効容積において相互作用した各光子がカウントされ、その後、デッドタイム損失が補正される。各検出器からのデッドタイム補正されたカウントの数に、各計数チャネルのカウント係数ごとの線量を掛け、合計して、検出された線量値を形成する。

図４の例を続けると、ＰＩＮダイオード検出器４１５，４１７または４１９の各実施形態は、特定のタイプの放射線を検出するように構成されている。例えば、ＰＩＮダイオード検出器４１５は、「ハードガンマ」放射線と呼ばれるものを検出するように構成されてもよく、ＰＩＮダイオード検出器４１７は、「ソフトガンマ」放射線と呼ばれるものを検出するように構成されてもよく、ＰＩＮダイオード検出器４１９は、「ベータ」放射線と呼ばれるものを検出するように構成されてもよい。各ＰＩＮダイオード検出器には、特定の放射線エネルギーの検出を可能にする適切なフィルターを組み込むことができる。プロセッサ３４０は、規則的な間隔でカウンタ読み出しを実行する。規則的な間隔は、１ｍｓ間隔、または特定の用途に有用である場合がある他の間隔期間を含んでもよい。

線量計１００の典型的な動作では、２つ以上のカウンタ実施形態は、１カウントに等しい値を出力することができ、これは、ＰＩＮダイオード検出器の関連する実施形態の検出された放射線率が検出器の範囲を超えたこと（例えば、検出器飽和）を示す。しかしながら、１つのカウントに等しい値を出力するカウンタ４４５、４４７、または４４９のすべての実施形態のランダムな発生は、極めて起こりにくい。なぜならば、少なくとも１つのカウンタ実施形態のしきい値は、十分に高く設定されているので、チャネルの範囲は、比較的高い線量率においてさえも、通常レベルの放射によって超えられないからである。本明細書で使用されるチャネルという用語は、概して、ＰＩＮダイオード検出器の１つからプロセッサ３４０（例えば、ＰＩＮダイオード検出器４１５、増幅器４２５、比較器４３５、カウンタ４４５）への経路を指す。例えば、最高のしきい値を有するチャネルは、高エネルギー光子によってのみ超過され得ることが極めて望ましい（例えば、Ｃｓ－１３７からまたはＸ線フラッシュパルス中に生じるときの非常に高い線量率における増幅器積分時間内での複数のより低いエネルギーのＸ線光子のパイルアップによって）。したがって、すべてのカウンタ（例えば、実施形態に応じて２つのカウンタ、３つのカウンタ、６つのカウンタなど）が１カウントに等しい値を送信するランダムな発生は、ユーザ１１０に潜在的な危険を提示するＸ線フラッシュパルスからなどの、高い強度のパルス場イベントの結果であると考えられる。本明細書に記載の実施形態では、そのような状況では、線量計１００は線量の正確な蓄積を提供できない場合があるが、それは明らかに、潜在的に有害なレベルの放射線と関連しており、したがって線量計１００の警報機能をトリガーするために使用される。

いくつかの実施形態では、ランダムな警報の可能性は、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの何らかの組み合わせで実装されてもよい同時計数回路と呼ばれるものを提供することによって、さらに減少させることができる。例えば、図４の回路には、一連のルールに従って機能する基本的なデジタル論理ゲートであるＡＮＤゲート４５１が含まれる。

本明細書で説明するように、ＡＮＤゲート４５１は、プロセッサ３４０が使用することができる「同時計数」と呼ばれるものを提供することができる（上記参照により組み込まれる、Ｇｌｅｎｎ／Ｋｎｏｌｌ、ｆｏｕｒｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ、ｃｈａｐｔｅｒ １７－Ｂ２を参照）。典型的な実施形態では、すべての検出器チャネルにおいて同期イベントが検出された場合、ＡＮＤゲート４５１の出力はプロセッサ３４０に信号を提供する。言い換えれば、プロセッサ３４０は、すべてのカウンタ（例えば、カウンタ４１５、４１７、および４１９）が、積分期間（例えば、１秒）内の複数のパルスを含むイベントに対して等しい値（例えば、１カウント）を提供するときに、同時計数が存在することを決定する。例えば、ＡＮＤゲート４５１は、しきい値比較器４３５、４３７、および４３９の各々から検出器増幅器出力Ａ１、Ａ２、およびＡ３を受信し、約５μｓである場合がある、ほぼアナログパルスの幅である同時計数時間を生成する。

同時計数イベントを決定する他の方法を使用することもできる。他の方法は、例えば、最大で１秒の間隔までの比較的大きな間隔でカウンタを読み出し、すべてのカウンタが、パルス放射イベントのための基準と等しい状態を有することを決定する方法を含む。この方法の利点は、プロセッサ３４０をほとんどの時間スリープ状態に保つことができ、エネルギー消費を減らし、バッテリ寿命を延ばすことができ、ハードウェアコンポーネントを変更することなくファームウェアを変更することによって機器に実装できることである。しかしながら、この方法は、バックグラウンドに近い連続放射線レベルの用途に限定される。なぜならば、電子個人線量計で使用されるＰＩＮダイオード検出器の一般的な感度（検出パルスあたり約５ｎＳｖ）において、読み出し間隔あたり１カウントに近い計数率の線量率において、ランダムな同時計数が時折生じる可能性があるからである。別の方法は、例えば、約１ｍｓの読み出し間隔など、より小さな時間間隔に読み出しを高速化することを含んでもよい。これにより、比較的大きな間隔での読み出しと比較して、連続放射線量率の有用な動作範囲が約１０００倍に増大する。さらに、ＡＮＤゲート４５１は、パルスの前縁のみを見る、より洗練された回路を含むことができ、Ｘ線パルスフラッシュの大きさ程度の同時計数時間を提供することができる（例えば、５００ｎｓ未満。以下で説明される図５Ｄにおける信号の前縁を参照）。

さらに別の方法は、高いしきい値レベルを有する検出器しきい値のうちの少なくとも１つを使用することを含む。例えば、高しきい値チャネルは、例えば、Ｃｓ－１３７からの高エネルギー光子によって、またはＸ線フラッシュパルス中に生じるような非常に高い線量率における増幅器積分時間内での複数のより低いエネルギーのＸ線光子からの電荷のパイルアップによってのみ、トリガーされる。この方法は、最初の３つの方法と有利に組み合わせることができ、すべての連続放射線Ｘ線レベルのランダムな同時計数を回避する。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄは各々、Ｘ線パルス当たりの線量を増加させた、３つの検出器（例えば、ＰＩＮダイオード４１５、４１７、および４１９）からの増幅器出力パルス（例えば、Ａ１、Ａ２、およびＡ３）の図解例を提供する。特に、図５Ａの例は、約０．０２μＳｖの線量パルスから結果的に生じる、１０ｍの距離におけるＧｏｌｄｅｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ モデル ＸＲ２００ Ｘ線フラッシュ発生器の直接ビームに位置付けられた線量計の検出器によって測定された検出信号５１０、５２０、および５３０を示している。Ｘ線フラッシュパルスごとのこれらの線量値において、検出器増幅器の振幅は、アクティブな検出器体積内で相互作用した光子の数、およびパルスの持続時間中に蓄積された総電荷によって変化する。各Ｘ線フラッシュは異なる増幅器出力信号を生成し、しきい値を超えるアナログパルスに応じて登録される場合とされない場合がある。

Ｘ線フラッシュあたりの線量が増加すると、増幅器出力パルスの振幅が増大し、光子エネルギーにかかわらずすべての検出器において等しくなる。なぜならば、多数の光子が積分時間内にアクティブな検出器体積をイオン化したからである。また、結果として生じるパルス振幅は、個々の光子のエネルギーに依存しなくなる。なぜならば、パルス振幅は、多数の光子にわたって平均化されるからである。図５Ｂ、図５Ｃ、および５Ｄは、パルス線量が増加するにつれて、信号５１０、５２０、および５３０の漸進的な収束を示している。この例では、図５Ｂは、約０．０２μＳｖの線量に対する応答を示しており、図５Ｃは、約０．０６μＳｖの線量に対する応答を示している。図５Ｄは、電荷収集時間内に約０．１μＳｖ以上の大きな線量パルスから結果的に生じる増幅器出力信号５１０、５２０、および５３０を示している。重要なことに、信号５１０、５２０、および５３０の形状は、異なるフィルタリングおよび異なるサイズを有する異なるＰＩＮダイオードから生成されたにもかかわらず同じである。

ここで説明された発明において、図５Ｄに示されるような同期信号応答（例えば、同時計数）の発生は、増幅器の出力の各々が、検出器をイオン化する複数の光子により飽和されることを示しており、これは、Ｘ線フラッシュ線量が、正確に蓄積させることができるよりも大きいことを決定する。したがって、同期信号がすべての弁別器チャネルで発生すると、線量計１００は、Ｘ線フラッシュ源によって引き起こされる危険な状態を示す、ユーザ１１０に対するオーバーレンジ警告を生成する。

図６は、オーバーレンジ警報を提供する方法の一例を提示している。例えば、ステップ６１０において、プロセッサ３４０は、各検出チャネルからカウンタを読み出し、ステップ６２０において、信号の同時計数（例えば、同期信号）があるかどうかを決定する。プロセッサ３４０が、信号の同時計数があると決定した場合、ステップ６３０に示されるように、プロセッサ３４０は、ユーザ１１０へのオーバーレンジ警報を開始する。オーバーレンジ警報は、１つ以上の可聴警報、視覚警報、触覚警報、またはそれらの何らかの組み合わせを含んでもよい。プロセッサ３４０は、線量計１００の通常の動作の一部として、ユーザ１１０への線量および線量率の値を決定する。

様々な実施形態および実装を説明してきたが、上述のものが例示的なものにすぎず、限定ではなく、単なる例として提示されたものであることが当業者に理解されるべきである。例示された実施形態の様々な機能要素間で機能を分散するための多くの他の体系が可能である。あらゆる要素の機能は、代替的な実施形態において様々な方式で実行されてもよい。

Claims (14)

1. 携帯型電子線量計であって、
   各々が１つのタイプの電離放射線を検出するように構成された複数の検出器であって、各検出器が、前記電離放射線の複数の検出された光子、ベータ粒子又は中性子に応答して出力を生成するように構成された増幅器と、積分時間にわたる前記電離放射線の前記検出された光子、ベータ粒子又は中性子に応答して１つ以上のカウントを生成するように構成されたイベントカウンタと関連付けられている、複数の検出器と、
   前記カウンタの各々から前記１つ以上のカウントを受信し、すべての前記検出器の前記１つ以上のカウントの同時計数が存在するかどうかを決定するように構成されたプロセッサであって、同時計数が存在する場合、前記プロセッサは、オーバーレンジ警報信号を提供するように構成されている、プロセッサと、を含み、
   前記オーバーレンジ警報信号は、高強度のパルス放射線場の検出を示している、携帯型電子線量計。
2. 各検出器が、計数モードにおいて動作する、請求項１に記載の線量計。
3. 前記複数の検出器が、２つの検出器を含む、請求項１に記載の線量計。
4. 前記複数の検出器が、３つの検出器を含む、請求項１に記載の線量計。
5. 前記積分時間が０．１ｍｓ～１ｓの範囲であり、前記同時計数が、少なくとも２つのカウンタ値が等しいことによって決定される、請求項１に記載の線量計。
6. 検出器信号の前記同時計数が、０．１～１０μｓの時間範囲においてアナログ同時計数回路によって検出される、請求項１に記載の線量計。
7. 電離放射線の前記タイプには、ガンマ線、ベータ線、中性子線、およびＸ線が含まれる、請求項１に記載の線量計。
8. 方法であって、
   各々が１つのタイプの電離放射線を検出可能な複数の検出器を使用して、電離放射線の複数の光子、ベータ粒子又は中性子を検出することと、
   複数の検出された光子、ベータ粒子又は中性子に応答して前記検出器の各々から出力を生成することと、
   積分時間にわたる前記電離放射線の前記検出された光子、ベータ粒子又は中性子に応答して１つ以上のカウントを生成することと、
   すべての前記検出器の前記１つ以上のカウントの同時計数が存在するかどうかを決定することと、を含み、
   同時計数が存在する場合、オーバーレンジ警報信号を提供し、
   前記オーバーレンジ警報信号は、高強度のパルス放射線場の検出を示している、方法。
9. 各検出器が、計数モードにおいて動作する、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の検出器が、２つの検出器を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記複数の検出器が、３つの検出器を含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記積分時間が０．１ｍｓ～１ｓの範囲であり、前記同時計数が、少なくとも２つのカウンタ値が等しいことによって決定される、請求項８に記載の方法。
13. 検出器信号の前記同時計数が、０．１～１０μｓの時間範囲においてアナログ同時計数回路によって検出される、請求項８に記載の方法。
14. 電離放射線の前記タイプには、ガンマ線、ベータ線、中性子線、およびＸ線が含まれる、請求項８に記載の方法。

Images