JPH0399292A - 核放射能の線量又はその強度を測定する方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、核放射能の線量又はその強度を測定する方
法に関する。この発明は、伝送用光導体を介して測定電
子回路又は評価電子回路に接続されている、−個の受動
的光導体を有するセンサを備えた、核放射能の線量又は
その強度を測定する測定装置にも関する。更に、この発
明は光導体を用いた放射能の線量計で、放射能に敏感な
光導体を放射能に鈍感な光導体に連結する方法にも関す
る。

〔従来の技術〕

放射能による治療では、人間又は動物の体の特定な箇所
に、例えば腫瘍を治療するため一定の放射能線量又は放
射能強度を照射する必要がある。

これ等の箇所に照射する放射能強度は予め計算で決める
ことができる。しかし、このことは放射能の監視に対し
て、患者のため望ましいことではあるが、照射している
間に放射能線量又は放射能強度をその場測定することが
今まで成功していない。

放射能に敏感な光導体を放射能に鈍感な光導体に連結す
る方法には、差し込み（プラグイン）連結法がある。し
かし、この方法はソケット部分の寸法が大きく（７〜１
０　ｒａｍφ）で連結部分の全長が長い（１００ｍｍに
もなる）ため、医療用の線１計として使用するのに適し
ていない。

他の連結技術として、両方のガラス繊維をアーム中で約
２０００　’Ｃの温度で溶着させる方法（接ぎ木連結法
）がある。しかしながら、利用される放射能に敏感な光
導体は、鉛の成分が多い（Ｐｂ０６０％）ため温度が５
００°Ｃ以下で既に燃焼してしまう。

従って、放射能に鈍感な光導体に接ぎ木連結する方法は
不可能である。

〔発明の課題〕

それ故、この発明の課題は、放射能線量又は放射能強度
を生体組織に照射している間にその場測定できる方法を
提供することにある。更に、この発明の課題は、この方
法を実行する測定装置を提供することにある。

更に、この発明の課題は、医療用として必要な小寸法の
センサを作製するため、物理特性の異なる二つの光導体
を連結する方法を提供することにある。

〔課題を解決する手段〕

この発明の基本課題は、冒頭に述べた種類に属する放射
能線量又は放射能強度を測定する方法の場合、生体組織
の所定箇所の放射能線量又は放射能強度を測定するため
、受動的（吸収する）光導体光導体（ＬＷＬ）から成る
センサを前記所定箇所に装着し、このセンサの測定信号
を伝送用光導体（ｉＪ−ＬＷＬ）を介して測定電子回路
又は評価電子回路に導入し、この電子回路がオンライン
で測定信号を演算処理し、求めた放射能線量又は放射能
強度を直接表示し、検診に必要な光も光源から前記伝送
用光導体（Ｕ−ＬＷＬ）によってセンサに導入し、核放
射能の局部作用を測定するため、長さが１０〜５０　ｍ
ｍの受動的光導体を有するセンサが使用されることによ
って解決されている。

更に、この発明の基本課題は、冒頭に述べた種類に属す
る測定装置の場合、測定電子回路又は評価電子回路が測
定信号をオンラインで受け取づて演算処理し、求めた放
射能線量又は放射能強度を直接表示するように設計され
ていて、センサの検診に必要な光を発生させる光源も伝
送用光導体（■−ＬＷＬ）を介してセンサに接続してあ
り、センサの受動的光導体（ＬＷＬ）の一方の端部が鏡
面処理されていて、この光導体の他方の端部のみ伝送用
光導体（■−ＬＷＬ）に連結していることによって解決
されている。

更に、この発明の基本課題は、冒頭に述べた種類に属す
る光導体の連結方法の場合、放射能に敏感な光導体（１
）を毛細管（３）に挿入し、接着剤で光導体（１）と毛
細管（３）を接着し、接着剤が硬化した後、両方の端面
を切断して研磨し、一方の端面（４）を鏡面処理し、伝
送用光導体（２）の一端を毛細管（３′）に挿入して接
着剤で接着し、接着剤が硬化した後、端部を切断して研
磨し、放射能に敏感な前記毛細管（３）の鏡面処理して
いない端面と、伝送用光導体（２）の端面とを位置決め
用毛細管（３″）の中で軽く突き当てて固定することに
よって解決されている。

他の有利な構成は、特許請求の範囲の各従属項に記載さ
れている。

［作用と効果］ この発明による方法は、核放射能が光導体に及ぼす公知
の影響を基礎に置いている。

核放射能は、固体中で、従って光導体でも組織の乱れ、
例えば格子原子のずれ、格子原子の置換、点欠陥を発生
させる。殆ど全ての構造欠陥は粒子放射能によって発生
する。電子のバンド構造の変化は、自由電子又は空孔が
既存の欠陥箇所、又は核放射能によって発生した欠陥箇
所に結合することによってガンマ線の場合でも生じ、減
衰、屈折率の著しい変化、又は蛍光発光となる。

以下では、センサの受動的（放射能を吸収する）光導体
と能動的（蛍光発光する）光導体（以下ではＬＷＬと称
する）とを区別する。従って、対応するこれ等のセンサ
を、以下では「受動的」又は「能動的」センサと呼ぶ、
受動的センサのＬＷＬは核放射能であるため光子自体を
検出しない。むしろ、センサとしての適性は核放射能の
ため、センサ中で生じるＬＷＬの伝送特性（減衰）の変
化に基づいている。これ、に対して、能動的センサのＬ
ＷＬはこのセンサに作用する核放射能のため、光パルス
を測定信号として直接出力する。

ＬＷＬに適当にドーピングを行うと、検出すべき線量の
範囲とその放射能に対して受動的センサを最適に合わせ
ることができる。

センサのＬＷＬとは異なって、光を伝送するためにのみ
使用される光導体は、伝送用光導体、つまり以下では■
−Ｌ札と記す。

受動的センサを採用すると、線量を測定できる。

これに対して、能動的センサを使用する場合には、放射
能強度が直接測定され、このことは、医療に利用する場
合、望ましくなる。

ＬＷＬの直径は、非常に細く、ｌＯ〜２００μ翔の範囲
であるので、このセンサは、案内用のスリーブを含めて
、０．５　ＩＩａ以下の直径となる。従って、測定を行
うために、生体組織の前記の箇所に既に装着されている
組織に適合する可撓性導管中に、このセンサを挿入でき
る。

放射能の照射では、放射能の作用の位置依存性に対しで
きる限り正確な知識が重要であり、それ故に、位置に対
するできる限り高い分解能の測定が望まれるが、ＬＷＬ
の長さが１０〜５０　ｍｍになるセンサを採用すると効
果的である。その時、受動的センサには、その感度が高
いため、例えば鉛を含有するＬＳ４Ｌ　（フリントガラ
ス繊維）がＬＷＬとして適している。これに反して、よ
り長いセンサを採用する応用の場合には、例えばＧｅを
添加したガラス繊維を使用する必要がある。

この発明の測定装置の場合、前記方法を実行できるが、
受動的センサがＵ−ＬＷＬを介して測定電子回路又は評
価電子回路に接続されている。この電子回路は、測定信
号をオンラインで受け取り、演算処理して、求める放射
能線量又は放射能強度を直接表示するように設計される
。その場合、−個の受動的センサを使用すると、センサ
の検査に必要な光を発生させる光源もｕ−ｔ、ｗｔを介
してこのセンサに接続される。

受動的センサを採用すると、このセンサはローＬＷＬを
介して光源に、また他の■−ＬＷＬを介して評価電子回
路に接続される。光源から出射した光はこのセンサを経
由して評価電子回路に導入される。

その場合、光は放射能によって生じるセンサの変化のた
め、更に減衰する。この減衰は測定又は評価電子回路に
よって、場合によっては比較用の基準回路中で測定され
、表示される。

医療への応用では、既に説明したように、直径がＯＪ　
＋ｕ以下のセンサを備えた測定ｖ１置が有効である。

一方の端末が鏡面処理してあり、他方の端末が１ｌ−Ｌ
ＷＬに連結されているセンサは、特に有利である。υ−
ＬＷＬが連結部材と他のυ−ＬＷＬを介して光源と測定
電子回路又は評価電子回路に連結している測定装置と共
に、前記センサが使用される。その場合、このセンサの
ＬＷＬと結合部材との間にあるｔＪ−ＬＷＬは、同時に
光と測定信号用の往き導体と戻り導体になっている。

一方の端末が鏡面処理されている受動的センサに供給さ
れて、その鏡面で反射された光は、センサを二回通過す
る。この場合、■−ＬＷＬのケーブルに挿入されたセン
サに比べて、同じ長さのセンサの場合、更に二倍減衰を
受ける。

測定装置の有利な他の実施態様は、特許請求の範囲第６
項の構成を有する。この構造形式の測定装置の場合、両
方のダイオードの光の波長は、何れも放射能の作用によ
って生じる（波長に依存する）付加的な減衰の範囲内に
位置するように選択される。

測定装置の他の構造形式は、特許請求の範囲第８項の構
成を有する。変調された測定信号は放射能の作用の目安
、従って放射能線量の目安になる。

更に、センサ部分にある、放射能に敏感な光導体と鈍感
な光導体とのこの発明による連結法は、構造が簡単で、
外形寸法が小さく、軽量であるため、耐震性にも優れて
いる。しかも、人体の狭い範囲の線量を測定できるので
、特に医療用に通している。

〔実施例〕

この発明による測定装置を図面に模式的に示し、以下に
より詳しく説明する。

第１図には、センサに対して二つのｕ−ｔ、ｈｂを必要
とする測定装置が示しである。

光源は、一つのυ−ＬＷＬに波長５６０　ｒ＋ｍの光を
入射させるルミネッセンス・ダイオードＬＥＤで構成さ
れている。光の出力はＹ型結合器を用いて、検出器Ａに
導入される基準出力（１０％）と測定出力（９０％）に
分割される。この測定出力は放射能で影響されない伝送
区間と放射能に敏感なセンサを経由して検出器Ｂに達す
る。センサ（鉛を含有するＬＷＬ　）の光学的な減衰は
核放射能と相互作用して大きくなるので、センサ中で放
射能の場（一連の検査の場合Ｇｏ放射能源）によって発
生する線量は検出器での光出力の低下量として検出され
る。検出器ＡとＢでの光出力はデジタル化され、減衰の
変化として画面上に表示される。

光源は、この場合、ルミネッセンス・ダイオードＬＥＤ
とＹ型結合器とで構成され、測定電子回路又は評価電子
回路は、検出器ＡとＢ、及び画面を備えた特別な評価ユ
ニット「評価部」とで構成されている。

センサ（直径０．５ｎｖ＋；長さ４０　ｍａｒ）は約６
０Ｇｙの全線量まで照射される。一連の測定は、線量の
全範囲にわたって検出感度に顕著な変化を示していない
。

この検出感度は、上に述べたセンサ測定の場合、水槽中
で約５　ｘ　１０−’　Ｇｙの校正測定から確認された
。

再現性の試験としては、同じ長さの４個のセンサを用い
た一連の検査が、−回２４時間の照射サイクルと約２　
Ｇｙの単一線量に対して同じ検査条件の下で行われた。

同じセンサに対して連続７回照射した二つの測定の最大
の偏差は７．５％であった。種々のセンサの検出感度は
１５％以下の偏差を示した。

第２図には、一端が鏡面処理され、他端がＵ−ＬＷＬに
接続している受動的センサを備えた測定装置が示しであ
る。

第２図に示す測定装置の場合、特に有用なことは、吸収
された放射能線量当たりのＬＷＬの付加的な減衰が、第
３図中に模式的なグラフにして示すように、波長に依存
する点にある。このグラフはセンサのＬＷＬの減衰特性
と二つのＬＥＤのビーム出力のスペクトル分布を示して
いる。中心波長λ。

とλ２が減衰スペクトルのより傾斜の大きい領域にある
ように、二つのＬＥＤの光の波長を選択すれば、センサ
のＬＷＬの減衰に対する付加的な減衰の比が、ＬＷＬに
よって吸収される放射能線量の目安となる。

第２図から判るように、ルミネッセンス・グイ、ｔ−）
’ＬＨＤＩとＬＥＤ２で発生した波長λ、とλ２を有す
る光ビーム出力は、Ｙ型結合器によって一緒に一つのＵ
−ＬＩＩＬ中に導入され、Ｘ型結合器によって検出器Ｄ
８Ｔ２　、従って基準分岐路と、検出器Ｄｌｌ！Ｔｌ　
、従ってセンサ、Ｘ結合器及びυ−ＬＷＬを含めた検出
器ＤＥＴＩから構成される測定分岐路とに分割される。

両方のＬＥＤの光は、ｒ　ＬＥＤ駆動」ユニット中で振
幅変調を受け、１８０°位相が互いにずれている。

両方の信号の振幅比は、検出器ＤＥＴＩでセンサを通過
した後、非変調信号が印加されるように、照射前に調節
される。基準検出器ＤＥＴ２は、測定信号（Ｐｏ）の交
流成分（八Ｐ、）と直流成分の比をＬＥＤの負帰還によ
って測定期間中一定に維持するために使用される（第４
図）。

照射期間中、ＬＥＤのビーム出力Ｐ１とＰ２に対する減
衰特性が異なると、検出器ＤＥＴＩにも変調信号が導入
される。この変調信号は吸収した線量の目安になる。検
出器ＤＥＴＩとＤＥＴ２に対してロックイン増幅器を採
用すると、高い直流レベルのビーム出力中に僅かな変化
があっても測定できるので、センサの減衰スペクトルの
非常に僅かな変化も１Ｏ−３ｄＢの程度まで検出できる
。

説明した測定装置の場合、両方のＬＥＤを適当に選択す
ると、他の効果（例えば、圧力、差し込み連結、温度）
による感度を最小にできる。

第４図には、両方のＬＥＯと検出器ＤＥＴＩとＤＥ’ｒ
２でのビーム出力が模式的に示しである。このグラフか
ら、照射の前、あるいは照射が行われていないとき、検
出器ＤＥＴＩに−様な非変調測定信号が生じるが、照射
時には交流成分（ΔＰｉ）の振幅は線量の増加と共に上
昇することが判る。直流成分（Ｐｉ　）で規格化した交
流成分の振幅は線量を決定するのにに利用される。校正
することによって、各センサの感度が個々に決定される
。このことは、直接センサを利用する前に使用者によっ
て行われる。

第５図には、この発明によるセンサにおける放射能に敏
感な光導体（ＬＷＬ）　１と敏感でない伝送用光導体（
υ−ＬＷＬ）　２の連結部の構造が示しである。

放射能に敏感な光導体１は、被覆を施していない鉛ガラ
ス繊維で、直径は約１２０μｍφである。

この光導体１は生体に適合する接着剤を用いて、内径１
５０μＩφ、外径５００　ｕ　ｍφを有する、好ましく
は純ニッケル又は洋銀（ＣｕＮｉ　８０／２０）製の金
属毛細管３中に接着されせる。接着剤が硬化してから、
この光導体１を装着した毛細管３の両端を長さ２０〜４
０　ｍｍにして切断して研磨する。そして、毛細管の一
方の端面４に金属付着させて鏡面処理する。

放射能に鈍感な伝送用光導体２は、外被を含めて外径が
２５０μｍφである。この伝送用光導体２の一端を内径
３００μｍφで外径が５００μｍφの長さ約１０１の毛
細管３′中に挿入し、両部材２と３′を互いに接着させ
た後、前記検出部と同じように切断して研磨する。

次いで、前記二つの毛細管３と３′を位置決め用の毛細
管３＃中に挿入し、他の光学連結部材なしに、直接軽く
突き合わせて固定する。毛細管３′と３１も上記の金属
で形成すると有利である。

上に説明した連結手順以外のものとして、毛細管３の一
方の端面４の鏡面処理を行う前に、この毛細管３の反対
側の端面を伝送用光導体２を含む毛細管３′の研磨端面
に位置決め用毛細管３″中で接合させた後、前記一方の
端面４の鏡面処理を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図、両側でｕ−Ｌｉ＋ａに接続するセンサを備えた
測定装置の模式ブロック図。 第２図、金属被覆処理したセンサを備えた測定装置の模
式ブロック図。 第３図、受動的センサの減衰特性と光源のビーム出力の
スペクトル分布を示すグラフ。 第４図、光源のビーム出力と検出器でのビーム出力のグ
ラフ。 第５図、この発明による光導体の連結方法を示す連結部
の断面図。 図中参照符号： １・・・放射能に敏感な光導体（鉛ガラス繊維）、２・
・・伝送用光導体、 ３・・・センサ用の毛細管、 ３′　・・・伝送用光導体用の毛細管、３＃　・・・位
置決め用毛細管、 ４・・・鏡面処理した端面、 ＬＷＬ・・・放射能に敏感な光導体、 １ｊ−ＬＷＬ・・・伝送用光導体（放射能に鈍感）、Ｌ
ｌ！ＤＩ、　ＬＰ０１　　・・・ルミネッセンス光ダイ
オード、ＤＥＴＩ、　ＤＥＴ２　・・・検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核放射能の線量又はその強度を測定する方法におい
   て、 生体組織の所定箇所の放射能線量又は放射能強度を測定
   するため、受動的（吸収する）光導体光導体（ＬＷＬ）
   から成るセンサを前記所定箇所に装着し、このセンサの
   測定信号を伝送用光導体（■−ＬＷＬ）を介して測定電
   子回路又は評価電子回路に導入し、この電子回路がオン
   ラインで測定信号を演算処理し、求めた線量又は放射能
   強度を直接表示し、検診に必要な光も光源から前記伝送
   用光導体（■−ＬＷＬ）によってセンサに導入し、核放
   射能の局部作用を測定するため、長さが１０〜５０ｍｍ
   の受動的光導体を有するセンサが使用されることを特徴
   とする方法。 ２、測定を行うため、直径が０．５ｍｍ以下のセンサが
   、前記所定箇所に既に装着されている生体組織に合った
   可撓性導管中に導入されることを特徴とする請求項１記
   載の方法。 ３、伝送用光導体を介して測定又は評価電子回路に接続
   する受動的光導体を保有するセンサを用いて、核放射能
   の線量又はその強度を測定する測定装置において、 測定電子回路又は評価電子回路は測定信号をオンライン
   で受け取って、演算処理し、求めた放射能線量又は放射
   能強度を直接表示するように設計されていて、センサの
   検診に必要な光を発生させる光源も伝送用光導体（■−
   ＬＷＬ）を介してセンサに接続してあり、センサの受動
   的光導体（ＬＷＬ）の一方の端部は鏡面処理されていて
   、この光導体の他方の端部のみ伝送用光導体（■−ＬＷ
   Ｌ）に連結していることを特徴とする測定装置。 ４、センサは０．５ｍｍ以下の直径を有することを特徴
   とする請求項３記載の測定装置。 ５、伝送用光導体（■−ＬＷＬ）が結合部材（Ｙ型結合
   器）と他の伝送用光導体（■−ＬＷＬ）を介して光源及
   び測定電子回路又は評価電子回路に接続していて、セン
   サの光導体（ＬＷＬ）と結合部材との間にある伝送用光
   導体は同時に光又は測定信号の往きと戻りの導体である
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の測定装置。 ６、光源は、二つのルミネッセンス・ダイオード（ＬＥ
   Ｄ１とＬＥＤ２）で構成され、両者のダイオードの各々
   は、一方のダイオードの光が他方のダイオードの光とは
   、影響を及ぼす核放射能によって生じる強度変化の点で
   最も強く、しかも伝送用光導体（■−ＬＷＬ）の領域の
   影響によって生じる強度変化の点で最も少なく相違する
   ような、波長（λ＿１とλ＿２）の光を発生させ、測定
   及び評価装置は両方の波長の光を比較して放射能線量又
   は放射能強度を検出するように設計されていることを特
   徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の測定装置。 ７、両方のルミネッセンス・ダイオード（ＬＥＤ１とＬ
   ＥＤ２）の光は、両方のダイードでの変調が互いに１８
   ０゜位相をずらすように振幅変調され、前記両方のダイ
   オードの光の振幅比は、評価電子回路に非変調測定信号
   が入力するように、照射開始前に調節されていることを
   特徴とする請求項６記載の測定装置。 ８、センサ本体である放射能に敏感な光導体と放射能に
   鈍感な伝送用光導体を連結する方法において、 放射能に敏感な光導体（１）を毛細管（３）に挿入し、
   接着剤で光導体（１）と毛細管（３）を接着し、接着剤
   が硬化した後、両方の端面を切断して研磨し、一方の端
   面（４）を鏡面処理し、伝送用光導体（２）の一端を毛
   細管（３′）に挿入して接着剤で接着し、接着剤が硬化
   した後、端部を切断して研磨し、放射能に敏感な前記毛
   細管（３）の鏡面処理していない端面と、伝送用光導体
   （２）の端面とを位置決め用毛細管（３″）の中で軽く
   突き当てて固定することを特徴とする光導体の連結方法
   。 ９、前記毛細管（３、３′、３″）の材質は、純ニッケ
   ル又は洋銀（ＣｕＮｉ８０／２０）であることを特徴と
   する請求項８記載の光導体の連結方法。 １０、前記二つの毛細管（３、３′）と二つの光導体（
   ＬＷＬ、■−ＬＷＬ）との接着は、生体になじむ接着剤
   を用いて行われることを特徴とする請求項８又は９記載
   の光導体の連結方法。