JPWO2020036232A1 - 放射線計測体及び放射線被曝量計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、電磁シールド機能の向上と、小型化・軽量化・低コスト化と、をともに実現するような線量計に関する技術が開示されている。
特許文献2には、医療スタッフの吸収線量を精密に管理するための吸収線量管理装置に関する技術が開示されている。
特許文献3には、眼部水晶体への放射線照射量を低減するための眼鏡型構造体装置に関する技術が開示されている。
非特許文献1及び非特許文献2には、防護眼鏡の下での利用が想定される各種線量計が開示されている。
非特許文献3及び非特許文献4には、放射線作業者の水晶体の等価線量限度に関する指針が開示されている。
非特許文献5には、先行技術に係る放射線量計において、方向依存性に課題があるとの報告が記載されている。
非特許文献6には、診断用X線に対し、人体を防護する防護衣、防護眼鏡などの防護用具に関する技術情報が記載されている。
このうち国内企業の1社である(株)千代田テクノルでは、フランス放射線防護原子力安全研究所(IRSN)が開発したTLD型線量計DOSIRIS(登録商標)の展開を開始しており、国内の医療現場での治験が開始されている(非特許文献2参照)。しかしながら、1点の計測点を利用するDOSIRIS(登録商標)では方向依存性に課題があり、患者人体など医療従事者の下部からの線量を正確に評価できていないといった報告もあり(非特許文献5参照)、水晶体被曝線量を計測するための放射線測定機器としての運用に未だ解決できていない問題点が残ると想定される。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図1Aは、本発明の第一の実施形態に係る放射線計測体101の外観図である。
放射線計測体101は、周知の眼鏡の形状を有する。放射線計測体101のレンズ102a、102bは度なしであり、このレンズ102a、102bは、可視光を透過可能なドシメータ(Radio-Photoluminescence dosimeter:蛍光ガラス線量計(RPL)、熱ルミネッセンス線量計(Thermo-Luminescence Dosimeter; TLD)や輝尽発光(Optically Stimulated Luminescence: OSL)線量計)を有する。ドシメータの材料及び製造方法については図2にて後述する。
ドシメータの機能を有する左右のレンズ102a、102bは、眼鏡のフレームの一部を構成するリム103a、103bによって固定されている。リム103a、103bはブリッジ104によって固定されている。
更に、リム103a、103bは、智105a、105b、丁番106a、106bを介してテンプル107a、107bと接続されている。
また、通常の眼鏡より一回り大きく、装着者が使用している通常の眼鏡に被せる様に装着が可能なオーバーグラスという物品があるが、本発明の第一の実施形態に係る放射線計測体101は、そのオーバーグラスの形状及び大きさにて構成してもよい。
放射線計測体121は、周知のゴーグルの形状を有する。ゴーグルの主要要素である透明なレンズ122は、可視光を透過可能なドシメータを有する。
ドシメータの機能を有するレンズ122は、ゴーグルのフレーム123によって固定されている。フレーム123の、装着者の顔面に当接する側にはフェイスパッド124が設けられている。
フレーム123の両端には伸縮可能なゴムバンドよりなるストラップ125が接続されている。
また、本発明の第二の実施形態に係る放射線計測体121は、通常の眼鏡に被せることが可能な形状及び大きさにて構成してもよい。
放射線計測体131は、周知の後付サングラスの形状を有する。後付サングラスの主要要素である透明な度なしのレンズ132a、132bは、可視光を透過可能なドシメータを有する。
ドシメータの機能を有する左右のレンズ132a、132bは、ブリッジ133によってネジ止め等で固定されている。ブリッジ133には眼鏡のレンズを挟むクリップ134が設けられている。
なお、左右のレンズの固定方法は上述のブリッジ133に対するネジ止めにとどまらず、図1Aと同様の、リム103a、103bとブリッジ104を用いてもよい。
本発明の第三の実施形態に係る放射線計測体131は、装着者が使用する眼鏡のレンズにクリップ134で取り付けることにより、後付サングラスと同様の使用形態で装着することが可能である。
また、放射線計測体131はクリップ134を回動可能に構成するか、あるいは所定のアタッチメントを設けることで、装着者の眼鏡に代えて、安全帽に取り付けることも可能である。
近視、遠視あるいは乱視等、日常生活に眼鏡を使用する必要がある作業者は、放射線被曝の虞が大きい現場での作業の際に、自らが装着する眼鏡の上に図1Aに示すオーバーグラス形状の放射線計測体101を装着するか、図1Bに示すゴーグル形状の放射線計測体121を装着するか、自らが装着する眼鏡に図1Cに示す後付サングラス形状の放射線計測体131を装着する。
前述の第一の実施形態、第二の実施形態及び第三の実施形態に適用するレンズには、ドシメータの機能を持たせる必要がある。ドシメータの機能を付与したレンズは、様々な形態で構成することが可能である。これより、それらレンズの変形例を説明する。
先ず、図2A、図2B、図2C及び図2Dにかけて、第一の変形例に係る平板状レンズを説明する。
図2Aは、第一の変形例に係る平板状レンズの製造方法の第一段階を示す概略図である。
可視光を透過可能なドシメータ(Radio-Photoluminescence dosimeter:蛍光ガラス線量計(RPL))を例にとると、アルミナ製のるつぼ201に、NaPO3の粉末M202、Al(PO3)3の粉末M203、及び活性中心賦活材料(アクティベータ)としてのAgClまたはCuClの粉末M204を投入し、撹拌する。
図2Bは、平板状レンズの製造方法の第二段階を示す概略図である。
図2Aの段階において、材料粉末が投入されたるつぼ201を、常温から1000℃迄、1時間かけて温度上昇させる。その後、1000℃の状態を1時間保持する。なお、図2Bでは加熱をガスバーナS205等で示しているが、電気炉を用いてもよい。
図2Bの段階において、るつぼ201内で溶融したドシメータ材料を、室温中のアルミプレート206上に流し込む。すなわち、急冷法にてドシメータ材料を冷却する。すると、ドシメータの機能を有するガラス板207が形成される。
図2Dは、平板状レンズの製造方法の第四段階を示す概略図である。
図2Cの段階において、アルミプレート206上に形成された、ドシメータの機能を有するガラス板207を、コンターソー等を用いて所望の形状に切削加工する。
すなわち、図2の工程によって形成されるレンズは、レンズ全体がドシメータの機能を有するガラスにて構成されている。
なお、図2はNaPO3とAl(PO3)3よりなるRPLガラスを一例に説明したが、他の材料によるRPLガラス、OSL材料、TLD材料を用いてレンズを作成してもよい。
図3Aは、平板状のドシメータガラス板301に対し、垂直に荷電粒子線を照射した結果、ドシメータガラス板301内に形成される蛍光現象を説明する概略図である。
図3Bは、平板状のドシメータガラス板301に対し、所定の角度を以て荷電粒子線を照射した結果、ドシメータガラス板301内に形成される蛍光現象を説明する概略図である。
約1μm以上の厚みを有する平板状のドシメータガラス板301は、荷電粒子線の照射方向V303及びV304に平行な方向に、円錐状の蛍光変化部302が多数現れる。このように、所定の厚みを有するドシメータガラス板301に荷電粒子線を照射した後、励起光を照射して発光量を計測する段階において、顕微鏡等でドシメータガラス板301を拡大することで、放射線の照射方向を確認することが可能になる。
すなわち、図2の工程によって形成されるレンズには、放射線被曝によって、図3A及び図3Bに示される、放射線の照射方向がわかる蛍光変化部302がレンズの全体に発生する。
図1Aに示す眼鏡形状の放射線計測体101は、フレーム全体を耐熱性を有する材料で構成することで、放射線計測体101全体を加熱して再利用することが可能になる。
図1Bに示すゴーグル形状の放射線計測体121は、フレームからレンズを脱着可能に構成することで、フレームからレンズを取り外し、レンズを加熱して再利用することが可能になる。
図1Cに示す後付サングラス形状の放射線計測体131は、ブリッジからレンズを脱着可能に構成することで、ブリッジからレンズを取り外し、レンズを加熱して再利用することが可能になる。また、ブリッジ及びクリップに耐熱性を有する材料で構成して、図1Aの放射線計測体101と同様に放射線計測体131全体を加熱して再利用可能にしてもよい。
図1及び図2にて開示したレンズは全体がドシメータの機能を有するガラス板で形成されている。このレンズはアニール処理によって繰り返しの再利用が可能である反面、材料自体のコストが高く、また湾曲形状を形成するためには高価な工作機械等を用いる必要がある。そこで、より安価なレンズを形成する方法として、これより図4A、図4B、図4C及び図4Dにかけて、第二の変形例に係るドシメータの粉末を製造する方法を説明する。
図4Bは、ドシメータ粉末403の製造方法の第二段階を説明する概略図である。図4Aで作成したドシメータ原粉末401を、1mmと0.5mmの篩402a、402bを用いて分級して、直径0.5−1mmのドシメータ粉末403を抽出する。
図4Dは、ドシメータ粉末403の製造方法の第四段階を説明する概略図である。図4Cで加熱したドシメータ粉末403を、純水404中で超音波洗浄機を用いて洗浄する。
図5Aは、第三の変形例に係るドシメータの機能を有するレンズ501を示す一部拡大図である。
図5Bは、第三の変形例に係るドシメータの機能を有するレンズ501の一部横断面図である。
図5A及び図5Bに示すレンズ501は、図1Aに示す第一の実施形態に係る放射線計測体101、及び図1Cに示す第三の実施形態に係る放射線計測体131に適用することを想定した形状であるが、図1Bに示す第二の実施形態に係る放射線計測体121にも同様の技術思想にて適用が可能である。
図5A及び図5Bに示すレンズ501は、透明な合成樹脂の基材502の全面に図4で説明したドシメータ粉末403が塗布されて、ドシメータ層503が形成されている。そして更にドシメータ層503の上に、その周縁にヨウ化セシウム等の透明なシンチレータ504が塗布されている。
なお、ドシメータ層503は、基材502の裏面や両面に塗布等で形成してもよい。
前述の第二の変形例及び第三の変形例では、合成樹脂で構成されたレンズの全面にドシメータ粉末403を塗布していた。しかし、図7以降で後述する放射線被曝量計測装置は、光学系によって励起光をレンズの表面に集光する都合上、レンズに塗布されたドシメータの発光を計測する面積は限られている。つまり、レンズの全面にドシメータ粉末403を塗布せずとも、必要最小限の箇所にドシメータ粉末403を塗布すれば、装着者の水晶体の放射線被曝量を計測する、という所望の目的を達成することが可能である。
図6Bは、第四の変形例に係る、放射線計測体101のレンズ601a、601bに塗布されたドシメータ粉末403に対し、放射線が照射された状態を説明する概略図である。
なお、図6A、図6B、図6C及び図6Dでは、図1Aに示す第一の実施形態に係る放射線計測体101を例に説明しているが、図1Bに示す第二の実施形態に係る放射線計測体121及び図1Cに示す第三の実施形態に係る放射線計測体131においても同様の技術思想にて適用が可能である。
したがって、第二検出領域603a、603bに励起光源からの紫外線などの刺激光を照射した際に生じる発光量の違いから、放射線の照射方向を類推することが可能になる。
図6Cは、第五の変形例に係る、放射線計測体101のレンズ611a、611bにおけるドシメータ粉末403の塗布範囲を説明する概略図である。
図6Dは、第五の変形例に係る、放射線計測体101のレンズ611a、611bに塗布されたドシメータ粉末403に対し、放射線が照射された状態を説明する概略図である。
図6C及び図6Dに示す放射線計測体101のレンズ611a、611bの第一検出領域612a、612bは、図6A及び図6Bに示した第四の変形例に係るレンズ601a、601bと同等である。しかし第二検出領域は、テンプルの近傍(装着者の耳に近い側)に更に舌状の延長突起部613a、613bが形成され、この延長突起部613a、613bにドシメータ粉末403が塗布されている。この第二検出領域を構成する延長突起部613a、613bは、第四の変形例における第二検出領域603a、603bと比べて、より装着者の耳に近い側に形成されている。このため、第四の変形例よりも明確に、放射線が装着者の右側と左側のどちらから照射されたのかを客観的に類推することが可能になる。
(1)図1Aに示すように、眼鏡形状の放射線計測体101である。
(2)図1Bに示すように、ゴーグル形状の放射線計測体121である。
(3)図1Cに示すように、後付サングラス形状の放射線計測体131である。
また、上記(1)、(2)及び(3)にて説明した、本発明に係る放射線計測体に対して適用されるレンズ(可視光透過部材)には、以下の変形例を有する。
(4)図2に示すように、レンズ全体がドシメータで形成されている。
(5)図4に示すように、レンズの基材は透明の合成樹脂で形成され、その表面全面にドシメータ粉末403が塗布されている。
(6)図5に示すように、レンズ501の基材502は透明の合成樹脂で形成され、その表面全面にドシメータ粉末403が塗布され、その上に更に、レンズ周縁にシンチレータ504が塗布されている。
(7)図6A及び図6Bに示すように、レンズ601a、601bの基材は透明の合成樹脂で形成され、装着者の鼻に近い側に第一検出領域602a、602bとして、装着者の耳に近い側に第二検出領域603a、603bとして、ドシメータ粉末403が塗布されている。
(8)図6C及び図6Dに示すように、レンズ611a、611bの、装着者の頬骨近傍に延長突起部613a、613bが形成され、延長突起部613a、613bにドシメータ粉末403が塗布されている。
放射線計測体は、それ単体では放射線被曝量を計測することができない。前述のように、レンズに形成されたドシメータに励起光を照射して蛍光させ、その発光量を計測することで、初めて放射線被曝量を計測することが可能になる。
図7は、放射線被曝量計測装置701の全体構成を示す概略図である。
放射線被曝量計測装置701は、放射線計測体702を閉じ込める光遮蔽箱703と、光遮蔽箱703に接続される計算機704よりなる。図7では計算機704の一例として周知のパソコンが接続されているが、周知のワンボードマイコンでもよい。
光遮蔽箱703は、その内部に放射線計測体702を保持する保持台801と、保持台801を駆動するモータ802と、放射線計測体702に励起光を照射するための励起光発光部803と、放射線計測体702から生じる蛍光を電気信号に変換する蛍光受光部804と、励起光を放射線計測体702に集光させる光学系805aと、蛍光を蛍光受光部804へ集光する光学系805bを有する。
保持台801とモータ802は、光学系805a、805bと放射線計測体702との相対的な位置関係を変更するために設けられている。
フォトダイオード、フォトトランジスタ、CMOSセンサ等よりなる蛍光受光部804から出力される微弱な電圧信号は、電荷増幅器806によって積分され、更に線形増幅器807で増幅される。線形増幅器807の出力信号は、計算機704のA/D変換器819によってデジタルデータに変換される。
なお、A/D変換器819は光遮蔽箱703に設けられていてもよい。
不揮発性ストレージ817には、計算機704を放射線被曝量計測装置701として動作させるためのプログラムが格納されている。
シリアルI/F818には、モータ802と励起光発光部803が接続されている。
図9は、放射線被曝量計測装置701のソフトウェア機能を示すブロック図である。
A/D変換器819から出力されるデジタルデータは、スイッチ901を介して入出力制御部902に入力される。このスイッチ901は、シーケンス制御部903によってオンオフ制御される。入出力制御部902は、スイッチ901を介して入力されたデータに時間積分処理を施して、放射線被曝量を算出する。そして、算出した放射線被曝量を表示部に表示し、不揮発性ストレージ内の所定のファイルに記録する。
シーケンス制御部903は、励起光発光部803とスイッチ901に対し、オンオフ制御信号を送信する。具体的には、励起光発光部803を所定時間だけ発光させた後、所定の時間間隔を経過してから、スイッチ901をオン制御する。
励起光発光部803から励起光がドシメータに一定時間照射される(T1001からT1002)と、励起光照射の開始時点(T1001)から少し遅れて、蛍光受光部804から信号が発生し(T1003)、励起光照射の終了時点(T1002)から少し遅れて、蛍光受光部804から発生する信号が一旦途絶える(T1004)。この、時点T1003からT1004の間に線形増幅器807から得られる信号は、励起光照射の時間にのみ依存するノイズである。
そして、時点T1004から僅かな時間間隔を経て、ドシメータは自発的に発光を始める(T1005)。この発光は時点T1006迄継続する。この、時点T1005から時点T1006迄の発光が、放射線被曝量に依存する蛍光現象であり、放射線被曝量に応じて時点T1006の終了時刻が前後に変動する。
放射線計測体702の放射線量と水晶体被曝の放射線量の相関は、シミュレーションにより推定する。
放射線被曝量計測装置701の入出力制御部902は、上記の線量推定方法に基づく補正演算機能を有している。
A/D変換器819から入力される、放射線計測体の左レンズから読み取られたRPL読取量をMrad(L)、右レンズから読み取られたRPL読取量をMrad(R)とする。Mrad(L)とMrad(R)よりなる左右レンズRPL読取量1101は、校正標準場において決定される放射線吸収体の吸収線量校正定数1102と、第一乗算器1103によってそれぞれ乗算される。なお、図11及び数式上の吸収線量校正定数1102をNDとする。
その結果、放射線計測体の左レンズの吸収線量Drad(L)と、放射線計測体の右レンズの吸収線量Drad(R)が、以下の式で導き出される。
Drad(L)=ND×Mrad(L)
Drad(R)=ND×Mrad(R)
放射線飛来角演算部1110は、事前にモンテカルロ・シミュレーションにより、左右レンズ吸収線量1104における左右の線量比Drad(L)÷Drad(R)に対する、期待度の高い放射線飛来角1111の関係を導き出し、テーブル等にて記憶しておく。そして、入力される左右レンズ吸収線量1104に対応する放射線飛来角1111を出力する。
なお、図11及び数式上の放射線飛来角1111をθradとする。
すなわち、以下の式によって臓器Tにおける臓器吸収線量1114が算出される。
図12は、光遮蔽箱703の内部に設けられる、保持台801と間仕切り1201の概略図である。
放射線が照射されたレンズに形成されているドシメータは、励起光を照射すると蛍光現象によって可視光を発光する。この蛍光現象によって生じる発光を正確に計測するため、蛍光受光部804を稼働する際には、ドシメータの蛍光に由来しない光を遮蔽する必要がある。このため、放射線計測体702は光遮蔽箱703に入れられ、外部の光を遮蔽した状態でドシメータの発光量の計測を行う。
放射線計測体は、周知の眼鏡、ゴーグル、後付サングラス等の形態で、レンズに透明なドシメータを形成することで実現できる。
レンズは、その全体をドシメータガラスで形成してもよいし、ドシメータガラスを粉砕したドシメータ粉末を透明な合成樹脂に塗布してもよい。また、レンズの周縁や、レンズの全面あるいは一部分にシンチレータを形成してもよい。
ドシメータをレンズに形成する範囲は、レンズ全体でもよいが、レンズの表面及び/または裏面の、装着者の右耳に近い側と左耳に近い側のそれぞれにドシメータの層を塗布等で形成すると、放射線の照射方向を類推することが可能になる利点がある。またこの利点をより追求するため、レンズに延長突起部613a、613bを形成してもよい。
また、光遮蔽箱703の内部には、光の漏れ込みを防ぐために間仕切り1101が設けられる。
Claims (14)
- 少なくとも一部に可視光を透過可能なドシメータが形成された可視光透過部材と、
前記可視光透過部材を装着者の少なくとも一方の水晶体の近傍に配置する配置器具と、
前記可視光透過部材と前記配置器具との間に介在して、前記可視光透過部材を前記配置器具に固定する可視光透過部材固定具と
を具備する放射線計測体。 - 前記ドシメータは積算型被曝線量計素子である、請求項1に記載の放射線計測体。
- 前記可視光透過部材は眼鏡のレンズであり、
前記配置器具は眼鏡のテンプルであり、
前記可視光透過部材固定具は眼鏡のブリッジ及びリムを有する、
請求項2に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材はゴーグルのレンズであり、
前記配置器具はゴーグルのストラップであり、
前記可視光透過部材固定具はゴーグルのフェイスパッドを有する、
請求項2に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材は後付サングラスのレンズであり、
前記配置器具は後付サングラスのクリップであり、
前記可視光透過部材固定具は後付サングラスのブリッジを有する、
請求項2に記載の放射線計測体。 - 前記配置器具及び前記可視光透過部材固定具は前記可視光透過部材のアニール処理に耐える熱耐性を有する、
請求項3または5に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材は前記可視光透過部材固定具から脱着が可能であると共に、アニール処理に耐える熱耐性を有する、
請求項4に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材は、少なくとも一部にシンチレータが形成されている、
請求項3または4または5に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材は、表面及び/または裏面の、前記装着者の右耳に近い側と左耳に近い側のそれぞれにドシメータの層が形成されている、
請求項3または4または5に記載の放射線計測体。 - 前記可視光透過部材は、表面及び/または裏面の、前記装着者の右耳に近い側と左耳に近い側のそれぞれに、前記装着者の顔面に沿う角度で延長突起部が形成され、前記延長突起部にドシメータの層が形成されている、
請求項3または4または5に記載の放射線計測体。 - 少なくとも一部に可視光を透過可能なドシメータが形成された可視光透過部材と、前記可視光透過部材を装着者の少なくとも一方の水晶体の近傍に配置する配置器具と、前記可視光透過部材と前記配置器具との間に介在して、前記可視光透過部材を前記配置器具に固定する可視光透過部材固定具とを具備する放射線計測体を用いて前記放射線計測体を装着した装着者の放射線被曝量を測定する放射線被曝量計測装置であって、
前記放射線計測体を閉じ込め、可視光の入射を防ぐ光遮蔽箱と、
前記光遮蔽箱の内部の前記放射線計測体に励起光を照射する励起光発光部と、
前記放射線計測体の発光状態を所定の電気信号に変換する蛍光受光部と、
前記蛍光受光部の出力信号に基づいて、前記放射線計測体の放射線被曝量を演算することにより、前記装着者の眼球における放射線被曝量を出力する入出力制御部と
を具備する、放射線被曝量計測装置。 - 更に、
前記蛍光受光部と前記入出力制御部との間に設けられ、前記蛍光受光部の出力信号に含まれる、前記励起光発光部の発光が終了した時点から所定の時間に生じるノイズを遮断するスイッチと、
前記励起光発光部と前記スイッチのオンオフ制御を行うシーケンス制御部と
を具備する、請求項11に記載の放射線被曝量計測装置。 - 前記入出力制御部は更に、前記装着者の前記眼球における前記放射線被曝量に所定の係数を乗じて、前記装着者の各種臓器における放射線被曝量を出力する、請求項12に記載の放射線被曝量計測装置。
- 前記放射線計測体の前記可視光透過部材は、前記装着者の右耳に近い側と左耳に近い側のそれぞれにドシメータが形成されており、
前記光遮蔽箱は、前記可視光透過部材に形成されている左右の前記ドシメータの間に相互の発光の漏れ込みを防ぐ間仕切りが設けられている、
請求項13に記載の放射線被曝量計測装置。
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