JPH10513559A - 放射線療法で組織に等価な線量を生きた状態でオンライン測定する測定方法とそのセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、放射線療法で組織に等価な線量を測定する方法と測定装置に関する。先ず、放射線量を一つの場所で方法に従い少なくとも二つのセンサｉとｊで測定する。付属する測定信号Ｓ_iとＳ_jがイオン化放射線に対して検出感度の互いにずれたエネルギ依存性を示すようにこれ等のセンサを選ぶ。これ等から線量に依存する商Ｑ_ij＝Ｓ_i/Ｓ_jを形成する。次に、この線量に依存する値から組織に等価な線量Ｄを計算する。この方法の利点は、センサの材料を組織に合わせる必要がないので、自由に選択できる点にある。組織に等価な線量は非常に正確に求まる。測定装置は平面内に平行にしかも等間隔に配置された３つのファイバーオプテックスセンサを有する。外側の二つのセンサは同じである。これ等のセンサは中央のセンサとはイオン化放射線に対する検出感度のずれたエネルギ依存性で異なっている。

Description

【発明の詳細な説明】 放射線療法で組織に等価な線量を生きた状態で オンライン測定する測定方法とそのセンサ この発明は放射線療法で組織に等価な線量を生きた状態でオンライン測定する 方法およびこの方法を実施する装置に関する。 若干の応用例で小型化された熱ルミネッセンスの線量計でほぼ組織に等価な放 射線量を生きた状態で測定を行うことが知られている。しかし、特定な応用分野 に制限されている点が難点である。更に、測定結果は熱ルミネッセンス線量計の 経費の掛かる評価の後に初めて照射を止めた後早くても一時間がかかる。 その外、ファイバーオプテックスであるいは半導体線量計で線量を生きた状態 でオンライン測定する多くの提案や研究が提示されている（ 1991 年 5月の米国 特許第 5,014,708号明細書、H．Buker et al.，Fiber-Optic Radiation Dosi-me trie for Medical Application，SPIE，Vol．1201，Optical Fibers in Medicin e V，pp．419-429(1990); H．Buker et al.，Phyical Properties and Concepts for Applications of Attenuation-based Fiber-Optic Dosimeters for Medica l Instrumentation，SPIE，Vol．1648，Fiber Optic Medical and Flourescent Sensors and Applications，pp．63-70(1992)）。 これ等の提案と研究によれば、材料が組織から大きくずれた有効原子番号を有 するか、あるいは低い検出感度を有するセンサを使用している。しかし、難点は 特に光子ビームで正確な測定が不可能である点にある。何故なら、センサの材料 が組織の材料とは必ずずれていて、吸収される線量が材料に依存するからである 。更に、組織の深さに関する表示が原理的に不可能である。その外、材料の選択 に制限があるのが難点である。 この発明の課題は、放射線療法で組織に等価な線量を生きた状態でオンライン 測定する測定方法およびこの方法を実施する装置を提供して上に述べた難点を克 服することにある。 上記の課題は、請求の範囲第１項の特徴部分を備えた方法により解決されてい る。 詳しくは請求の範囲第１項の方法を以下のように実施できる。先ず或る位置で の放射線量を少なくとも二つのセンサで測定する。これ等のセンサは、測定範囲 内で放射線量が測定信号に比例して変わるように選択される。この場合、バラン ス計算により得られる測定信号と放射線量の間の比例性で十分である。 使用するセンサｉとｊの少なくとも二つの測定信号Ｓ_iとＳ_jはイオン化放射線 に対して互いにずれた検出感度のエネルギ依存性を示す必要がある。このように 異なった依存性は、光センサの場合、異なった有効原子番号で与えられる。しか し、異なった表示はセンサの異なったシールドによっても生じる。 上記のセンサｉとｊの二つの測定信号Ｓ_iとＳ_jの少なくとも一つの商Ｑ_ij＝Ｓ_i /Ｓ_jが形成される。信号Ｓ_iあるいはＳ_jはそれぞれ一つのセンサｉあるいはｊ により、または例えばイオン化放射線に対して同じ検出感度依存性を示す採用し た多数のセンサの多数の測定信号の平均値として求まる。大切なことは、他の評 価で線量に依存しない値を使用する点にある。それ故、簡単な商の形成の代わり に、(Ｓ_i−Ｓ_j)/(Ｓ_i＋Ｓ_j)のような商も、あるいはこの逆数値が継続される。 次に簡単な商形成Ｑ_ijを考察する。 更に、計算すべき商Ｑ_ijに付属する有効組織深さｄ_gを求める。これは、較正 表あるいは較正曲線に基づき行われる。この表あるいは曲線を求めるのに必要な データは線量分布の較正測定により人体模型、つまり例えば水槽あるいはＰＭＭ Ａ人体模型の幾何学的な深さｄ_gに応じて求めることができる。この幾何学的な 深さｄ_gは有効な組織深さとして表せる。何故なら、測定の間に幾何学的な深さ が較正測定中の深さから基本的にずれているからである。 求めた有効な組織深さｄ_gから、このｄ_gに依存するセンサＳ_iとＳ_jの較正係数 Ｋ_i(ｄ_g)とＫ_j(ｄ_g)が求まる。これ等の較正係数はイオン化室に対する人体模型 で実験的にＳ_i(ｄ_g)＝Ｋ_i(ｄ_g)*Ｄにより深さに依存して求まる。 Ｄ＝(Σ_i=i ^NＫ_i(ｄ_g)Ｋ_i(ｄ_g)*Ｓ_i)/Ｎ が計算され、ここでＮは較正係数の数である。 この方法の利点は、センサの材料を組織に合わせる必要がないので、自由に選 択できる点にある。組織に等価な線量は非常に正確に測定される。更に、有効組 織深さを用いると測定された組織の深さに対する目安となる。 従属請求項の方法は有利な実施例である。信号Ｓ₁あるいはＳ₂を同じ二つのセ ンサで二度測定すれば、個々の値の代わりに、上記二つの信号から適当な平均値 形成は他の計算に使用できる。 組織に等価な放射線量を方法に従い求める測定装置には少なくとも二つのセン サがある。これ等のセンサはイオン化放射線の検出感度の互いにずれたエネルギ イ依存性を示す。 センサとは、照射時に物理的、化学的あるいは技術的な特性を変える各構造部 品と解すべきで、この変化は放射線で生じる放射線量の目安として適している。 この変化は放射線量が増加すると共に物理的、化学的あるいは技術的な特性が連 続的に変化する場合に適している。 この種の構造部品の例は、マイクロセンサあるいはファイバー光センサであり 、例えばドイツ公開特許第 39 29 294号明細書あるいはドイツ公開特許第 32 34 900号明細書により周知である。マイクロ光センサとは直径が１ mm より小さい センサと解すべきである。 この種の変化の例は、誘導減衰、シンチレーションあるいは蛍光のような光特 性の変化であり、ドイツ公開特許第 39 29 294号明細書により周知である。ドイ ツ公開特許第 39 29 294号明細書によれば、センサはファイバーオプテックスの 耐放射線の伝達導線あるいは繊維を介して測定・評価電子回路に接続している。 測定信号は電子回路により表示される。センサをマイクロメカニックス構造部品 で構成するなら、個別センサの各々が多管のカテーテルの一つの管毎に配置され ている。 二つのセンサは、両方の測定信号が異なってくると、イオン化放射線に対して 互いにずれた検出感度のエネルギ特性を示す。この変化は構造様式に由来する。 例えば光センサの場合異なった有効原子番号によるか、あるいはセンサの異なっ たシールドによる。 有利な構成では、測定装置が複数のセンサに対して回転対称に形成され、少な くとも３つのセンサで構成されている。そのうちの少なくとも二つはイオン化放 射線に対する検出感度のエネルギ依存性が等しい。 二つのセンサが同じ構造であれば、例えば同じ有効原子番号の光センサであれ ば、これ等のセンサは検出感度の等しいエネルギ依存性を示す。測定精度の範囲 内にあるか、あるいは製造による測定信号の相違は重大なものではない。回転対 称性は構造の中心軸に関するもので、この中心軸に沿ってセンサを、例えば組織 の中に入れる。構造が対称であるため、この装置は中心軸の周りにの回転に対し て鈍感である。 ここに示すのは、 第１図、多数のファイバーオプテックスの放射線に敏感なセンサを結合する平 坦な支持部材、 第２図、ファイバーオプテックスの放射線に敏感なセンサを結合する支持部材 としての金属毛細管、 第３図、シンチレーションのファイバーオプテックスセンサと放射線で生じる 減衰を測定するファイバーオプテックスセンサを伴う構造、 第４図、多芯カテーテル中の放射線に敏感な３つのセンサ、 第５a，b図、放射線に敏感な３つのセンサを備えた構造の縦断面と横断面、 第６図、異なった有効原子番号を有する二つのセンサの信号の比に依存する有 効組織深さ、 第７図、異なった有効原子番号を有する二つのセンサの較正係数の有効組織深 さに対する依存性、 第８図、組織の深さに依存する線量測定、 である。 第１図は、放射線に敏感な３つのセンサファイバー１，２と３を備えた回転対 称の構造を示す。中央のセンサファイバー２は 60 重量％の PbOファイバーで構 成されている。このファイバーは共通の被覆体５の中の二つの石英ファイバー（ Hard-Clad-Fiber with high numeric Apperture）から成る放射線に敏感な双子 ファイバー４に結合している。 センサファイバー１と３は Ge-P をドープした傾斜屈折率ファイバー（ゲルマ ニウムは約 26 重量％，燐は約 4重量％）である。これ等のファイバーは放射線 に強い商取引上通常の情報ファイバー６と７（例えば AT&T-Rad Hard 3a ）に重 ね継ぎされている。センサファイバー１，２と３は中心ファイバー２の長手軸に 対して回転対称にして平坦な基体８中に埋め込まれている。基体８は金属、ガラ スあるいはシリコンで形成されている。平坦な構造体は全体で約 0.9 mm の幅に なる。 双子のファイバーは放射線による光の減衰を読み取る時に乱れたフレネル反射 を防止するため伝送ファイバーとして使用されている。センサの回転対称の配置 は輻射場中の中心センサ２の長手軸の周りの回転に対して測定装置を鈍感にする 。更に、二つのゲルマニウム燐センサを使用すると、ゲルマニウム燐センサ１と ３の読取で測定信号のＳＮ比を改善する。 センサファイバー１，２と３が照射されると、センサファイバー中の光の減衰 は線量が増加すると共に増加する。従って、この減衰度は放射線量の目安となる 。PbO ファイバーの減衰度と線量の間の依存性は、有効原子番号の相違のために 、Ge-Pをドープしたファイバー１と３の依存性とは異なる。 センサの端部は鏡面仕上げされ、これ等の端部は伝送ファイバー４，６と７が 結合する端部に対向している。鏡面仕上げは光を反射させる。光は測定・評価電 子回路から出て、伝送ファイバー４，６と７を経由してセンサに達する。この光 は鏡面仕上げされた端部で反射し、電子回路に折り返して戻る。光の進行方向は 第１図に平行に延びる６つの矢印（伝送導体の前）に示してある。電子回路は減 衰度の変化を記録し、この変化を線量の目安として表示する。 第２図は第１図の構造を原理的に示す。ただ一つの相違は第１図の平坦な基体 の代わりにＶＡ毛細管９に埋め込まれている点にある。双子のファイバーはエポ キシ接着剤１０で固定されている。 第３図の横断面に示す構造は、第一センサとしてシンチレーターの NaI結晶１ １と第二センサとして PbOファイバー１２で構成されている。NaI 結晶１１は同 時に PbOファイバーの支持部材として使用され、このファイバーはＶＡ毛細管１ １で取り囲まれている。シンチレーター素子の光収率を高めるため、この素子の 端面は鏡面仕上げされ、その内部と外部の表面１４には吸収率の低い光を散乱す る物質、例えはバリウム硫化物あるいはチタン酸化物が付着されている。シンチ レーターセンサ１１から光を取り出すには、一つまたはそれ以上の窓１５を通し て行われる。これ等の窓の前には導波路が固定されている。PbO センサの結合は 再び双子のファイバーで行われる。 第４図には、第１図および第２図に似た構造が示してある。しかし、今度はセ ンサ１，２と３を位置決めするため断面図にして示す３芯のカテーテルチューブ １６が使用されている。PbO ファイバー２はスチールの毛細管１７で取り囲まれ ている。このスチールの毛細管１７は双子のファイバーを結合するために使用さ れている。 第５a，b図には、第１，２あるいは３図に似た３つのセンサファイバー１，２ と３を用いた他の実施例が縦断面図（第５ａ図）および横断面図（第５b 図）に して示してある。Ge-Pをドープした傾斜屈折率ファイバー１と３は場所１８と１ ９で放射線に強い伝送ファイバー６と７に重ね継ぎされ、生体に対応する封止物 ２０により保護されている。PbO ファイバー２は先ず被覆２１により、次いで金 属毛細管２２により取り囲まれている。 Al 端鏡面２３は説明したように光反射 のためにある。 図示したセンサの全てにより請求の範囲第１項の方法を実施できる。第６，７ と８図に示す測定結果は第５a，b図の構造で得られたものである。この場合、組 織に等価な線量は方法の説明に従い求まる。 第６図は、二重センサを深さ線量分布の線量最大値で較正した時、二つの線量 値Ｓ₁とＳ₂の商Ｑ₁₂に依存する有効組織深さｄ_gを示す。一方の信号Ｓ₁は Ge-P センサ１と３からの二つの信号である。較正点は破線の交点２４にある。 第７図には、異なった有効原子番号のセンサ素子１と２の較正係数Ｋ_j(ｄ_g)の 有効組織深さｄ_g依存性を示す(i ＝ 1，2)。曲線２５はセンサ１で、また曲線２ ６はセンサ２で検出したものである。 第８図は Co60 の線源で照射した場合、 Ge-P センサ１を用いた深さ線量測定 （黒丸）と PbOセンサ２を用いた深さ線量測定（白丸）を示す。線量Ｄ（Skt ＝ スケール目盛）は幾何学的な組織深さＧ（mm＝ミリメートル）に対して記入され ている。垂直に点にされた曲線は較正された深さを表す。 Ge-P センサと PbOセ ンサは、互いにずれている測定点２７と測定点２８を比較して分かるように、イ オン化放射線に対する検出感度の互いにずれたエネルギ依存性を示す。四角２９ は処理により求めた結果を示す。測定値２９を実線３０で示すイオン化室の線量 表示と比較すると、この方法はほぼ組織に等価な結果を与え、特に PbOセンサで 測定した結果より正確であることをことを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放射線療法で組織に等価な線量を生きた状態でオンライン測定する方法にお いて、 イオン化放射線に対して互いに異なった検出感度のエネギイ依存性（２７， ２８）を示す少なくとも二つのセンサ（１，２）により放射線を測定し、二つの センサ（１，２）により求めた測定信号Ｓ₁とＳ₂から少なくとも一つの商（Ｓ₁ をＳ₂で割る）を形成し、この商を使用して組織に等価な線量を求める、 ことを特徴とする方法。 ２．組織の同じ場所にあり、有効原子番号が異なり、イオン化放射線により光特 性が変わり、ファイバーオプテックスで読取される少なくとも二つのマイクロオ プテックスあるいはファイバーオプテックスのセンサ（１，２）により線量を同 時に測定し、 センサ（１，２）により測定された信号（Ｓ₁,Ｓ₂）から商Ｑ₁₂＝Ｓ₁/Ｓ₂を 形成し、 この商に属する有効組織深さ（ｄ_g）を較正曲線から求め、 有効組織深さ（ｄ_g）に依存する較正係数Ｋ₁（ｄ_g）とＫ₂（ｄ_g）を実験的 に求め、 これから組織に等価な線量Ｄを Ｄ＝｛Ｋ₁(ｄ_g)*Ｓ₁＋Ｋ₂(ｄ_g)*Ｓ₂｝ により計算する、 ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．平面内に平行に配置された３つのファイバーオプテックスセンサを備え、測 定信号が放射線量に依存して変わるセンサにより放射線量を測定する測定装置に おいて、 外側のセンサがイオン化放射線に対して検出感度の同じエネルギ依存性を有 し、中央のセンサが前者からずれているエネルギ依存性を有し、二つの外側のセ ンサは中央のセンサに対して同じ距離に配置されている、 ことを特徴とする測定装置。