WO2018146820A1

WO2018146820A1 - 計測装置及び計測プローブ

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Publication number: WO2018146820A1
Application number: PCT/JP2017/007040
Authority: WO
Inventors: 良夫今堀; 艶子竹吉; 宮崎　秀樹; 進輔加藤; 徳秀竹内; あかり櫻木
Original assignee: 株式会社Ｃｉｃｓ; フジデノロ株式会社
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-08-16
Also published as: EP3581970A4; EP3581970A1; JPWO2018146820A1; US11007383B2; CN110462444A; JP6856227B2; US20200001116A1

Abstract

計測装置（１）は、放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む感応部（３）と、感応部３に含まれる蛍光物質から発光される蛍光の強度が、蛍光物質の少なくとも一部に放射線が作用することによって減衰したときの減衰量に基づいて、感応部（３）に照射された放射線の放射線量を計測する計測部（５）とを備えている。蛍光物質は、リチウム、ホウ素、ガドリニウムの少なくとも何れかを含む。計測部（５）は、放射線が感応部（３）に照射される前の蛍光の強度から、放射線が感応部（３）に照射された後の蛍光の強度を減算した値に基づいて放射線量を計測する。

Description

計測装置及び計測プローブ

　本発明は、放射線量を計測するための計測装置、及び計測プローブに関する。

　放射線量を計測することが可能な装置として、シンチレータを用いた計測装置が知られている。特許文献１は、ファイバ型放射線検出器を開示する。ファイバ型放射線検出器は、光透過性の高いアクリル樹脂部材の中心部分に蛍光性光ファイバが挿入された構造を有する。アクリル樹脂部分の外周面には、シンチレータを含む放射線感応層が形成される。放射線感応層に放射線が入射した場合、シンチレータは放射線を吸収することによって蛍光（「第１蛍光」という。）を発光する。第１蛍光は、アクリル樹脂部材を通って蛍光性光ファイバに吸収される。このとき、蛍光性光ファイバは、第１蛍光と異なる周波数の蛍光（「第２蛍光」という。）を発光する。第２蛍光は、蛍光性光ファイバのコアの中を進み、光電変換器によって電気信号に変換され、計測される。これによって、放射線量が特定される。

特開平１１－１１８９３３号公報

　上記検出器では、放射線がシンチレータに入射することによって発光された蛍光が計測されることによって、放射線量が計測される。しかし、シンチレータの発光量が微弱であるため、計測には光学倍増管を用いたり、非常に高感度の計測機器を備えたりする必要がある。このため、装置が複雑かつ高価になる問題があった。

　本発明の目的は、放射線量を高い感度で計測することが可能な計測装置、及び計測プローブを提供することである。

　本発明の第１態様に係る計測装置は、放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む感応部と、前記感応部に含まれる前記蛍光物質に励起源が照射されることによって発光される蛍光の強度が、前記蛍光物質の少なくとも一部に放射線が作用することによって減衰したときの減衰量に基づいて、前記感応部に照射された放射線の放射線量を計測する計測部とを備えたことを特徴とする。

　計測装置は、感応部及び計測部を有する。感応部は、放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む。感応部に放射線が照射された場合、蛍光物質の少なくとも一部に放射線が作用する。放射線が作用した蛍光物質の少なくとも一部の蛍光は、停止される。この場合、蛍光物質全体から発光される蛍光の強度は減衰する。又、蛍光の強度の減衰量は、感応部に照射される放射線の放射線量に応じて変化する。このため、計測部は、蛍光の強度の減衰量に基づいて、感応部に照射された放射線の放射線量を計測できる。又、上記において、計測装置は、放射線量の計測に必要な蛍光物質以外の余分な物質が、感応部に含有されることを抑制できる。このため、計測装置は、感応部の透明性を維持できるので、放射線量を高い感度で計測できる。

　第１態様において、前記放射線は、中性子線であり、前記蛍光物質は、リチウム、ホウ素、カドミウム、ガドリニウム、サマリウム、ユウロピウム、及び、ジスプロシウムの少なくとも何れかを含んでいてもよい。この場合、蛍光物質は、中性子線が作用することに応じて蛍光の発光を停止させることができる。

　第１態様において、前記計測部は、放射線が前記感応部に照射される前に前記蛍光物質から発光された蛍光の強度と、放射線が前記感応部に照射された後で前記蛍光物質から発光された蛍光の強度との関係に基づいて、前記放射線量を計測してもよい。この場合、計測装置は、感応部に放射線が照射されない場合の蛍光の強度を基準として、感応部に放射線が照射された場合の蛍光の強度に基づき減衰量を算出できる。これによって、計測装置は、放射線量を高い精度で計測できる。

　第１態様において、前記感応部に前記励起源を出力する照射部を更に備え、前記蛍光物質は、前記照射部から出力された前記励起源が照射されることによって、前記励起源の強度に応じた強度で蛍光を発光し、前記計測部は、前記感応部に照射された前記励起源の強度に基づいて、前記減衰量を計測してもよい。この場合、計測装置は、励起源又は伝送部の安定性に関わらず、減衰量を高い精度で特定できる。

　第１態様において、前記感応部と前記計測部とに亘って接続され、前記蛍光物質から発光された蛍光を前記計測部に向けて伝送する伝送部を更に備え、前記計測部は、前記伝送部によって伝送された前記蛍光の強度の減衰量に基づいて、放射線量を計測してもよい。この場合、計測装置は、蛍光物質から発光された蛍光を、計測部に効率的に伝送できる。このため、計測装置は、蛍光の強度の減衰量に基づいて放射線量を高い精度で計測できる。又、放射線に影響を受ける可能性のある計測部を、感応部から隔離して配置することができる。

　第１態様において、前記感応部は、前記伝送部との接続部分から放射状に延びる放射状部を含むように形成し、前記伝送部のうち前記感応部との接続部分における延伸方向に対する前記放射状部の角度は、前記伝送部に入射可能な光の最大の入射角度と略同一であってもよい。この場合、計測装置は、感応部の蛍光物質から発光された蛍光を伝送部に効率的に入射させ、計測部に向けて伝送させることができる。このため、計測装置は、蛍光の強度の減衰量に基づいて放射線量を更に高い精度で計測できる。

　第１態様において、前記感応部は、中性子捕捉療法による治療中の患者に取り付けられ、前記計測部は、前記中性子捕捉療法において前記患者に照射される中性子線の中性子線量を計測してもよい。この場合、計測装置は。中性子捕捉療法において患者に照射される中性子線量を計測することによって、適正な量の中性子線を患者に照射して治療を行うことができる。

　第１態様において、前記計測部は、前記感応部に放射線が照射されている状態で、前記放射線量を繰り返し計測してもよい。この場合、計測装置は、感応部に照射された放射線の中性子線量をリアルタイムで計測できる。

　本発明の第２態様に係る計測プローブは、放射線の放射線量を計測する計測装置に使用される計測プローブであって、放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む感応部と、前記感応部に接続され、前記蛍光物質に励起源が照射されることによって発光された蛍光を伝送する伝送部とを備えたことを特徴とするとする。第２態様において、前記放射線は、中性子線であり、前記蛍光物質は、リチウム、ホウ素、カドミウム、ガドリニウム、サマリウム、ユウロピウム、及び、ジスプロシウムの少なくとも何れかを含んでいてもよい。第２態様において、前記感応部は、前記伝送部との接続部分から放射状に延びる放射状部を含むように形成し、前記伝送部のうち前記感応部との接続部分における延伸方向に対する前記放射状部の角度は、前記伝送部に入射可能な光の最大の入射角度と略同一であってもよい。第２態様によれば、第１態様と同様の効果を奏することができる。

計測装置１の概要を示す図である。ＢＯＤＩＰＹに中性子線が作用した場合の変化の様子を示す図である。ホウ素を含む蛍光物質の一例であるＢＯＤＩＰＹを示す図である。ホウ素を含む蛍光物質の一例であるＢＯＤＩＰＹを示す図である。ユウロピウムを含む蛍光物質の一例を示す図である。計測プローブ２の感応部３の各種形状を示す図である。感応部３１及び第１伝送部４の接続部分を拡大した図である。計測装置１による中性子線量の計測方法を示すフローチャートである。実験１の結果を示すグラフである。実験２の結果を示すグラフである。実験２の結果を示すグラフである。変形例における計測装置１の概要を示す図である。

　本発明の実施形態に係る計測装置１について、図面を参照して説明する。計測装置１は、中性子線量を計測可能な装置である。図１に示すように、計測装置１は、計測プローブ２、計測部５、及び、照射部８を有する。

＜計測プローブ２＞
　計測プローブ２は、計測部５に着脱可能に接続される。計測プローブ２は、感応部３及び第１伝送部４を有する。感応部３は、透明樹脂又はガラスに対する蛍光物質の混合、封入、及び塗布の何れかによって形成される。透明樹脂又はガラスに対する蛍光物質の混入量は特に限定されないが、例えば混入量は、重量比で数ｐｐｍとされる。図１では、感応部３の形状が模式的に示されている。感応部３の形状の説明は後述する。第１伝送部４は光ファイバであり、感応部３の一部に接続される。透明樹脂の材料として、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等が使用可能である。なお、透明樹脂は上記の具体例に限定されず、透明性を有する他の樹脂を使用できる。

　蛍光物質は、中性子線が作用することによって蛍光の発光が停止する特性を有する。例えば蛍光物質として、中性子捕獲断面積の大きい元素である水素（Ｈ）、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）の少なくとも１つを含む物質が使用される。これらの中でも好ましくは、リチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む物質が使用される。なお蛍光物質は、上記の複数の元素の少なくとの１つを含む分子構造を有していてもよいし、上記の複数の元素の少なくとも１つがドーピングによって取り込まれることによって形成されてもよい。

　図２は、蛍光物質の一例であるＢＯＤＩＰＹ（boron-dipyrromethene）に、中性子線が照射された場合の分子構造の変化の様子を示す。ＢＯＤＩＰＹは、周知の蛍光色素であり、励起光の照射に応じて蛍光を発光する。ＢＯＤＩＰＹは、分子構造中にホウ素を有する。ホウ素は、自然界において通常約８０％存在する同位体^１１Ｂと、約２０％存在する同位体^１０Ｂが混在するが、同位体^１０Ｂの中性子捕獲断面積が非常に大きい。このため、図２（ａ）に示すように、ＢＯＤＩＰＹに中性子線が照射された場合、図２（ｂ）に示すように、ホウ素が中性子線を吸収し、ホウ素の原子核は破壊される。これによって、ＢＯＤＩＰＹの蛍光特性は停止する。この場合、ＢＯＤＩＰＹに励起光を照射しても、蛍光は発光されない。

　ＢＯＤＩＰＹとして、例えば図３（ａ）～（ｍ）に示すように、Thermo Fisher Scientific社製の様々なＢＯＤＩＰＹが使用可能である。又、例えば図４（ａ）～（ｆ）に示すように、Sigma-Aldrich社製の様々なＢＯＤＩＰＹが使用可能である。なお、図３、図４に記載された名称は、それぞれの製造会社における製品名を示す。又、ホウ素が含まれる別の蛍光物質として、クロモトロープ酸とホウ酸との錯体が使用可能である。また意図的に同位体^１０Ｂの比率を増やした蛍光物質を製造し適用することにより、より中性子線計測精度を向上することができる。

　又、リチウムを含む蛍光物質として、Sigma-Aldrich社製のルシファーイエロー　ＣＨ　二リチウム塩等を使用可能である。又、ガドリニウムを含む蛍光物質として、ユーヴィックス（株）製のＴＹＰＥ：ＱＵＭＫ５８／Ｆ－Ｄ１（イットリウム　ガドリニウム　アルミニウム酸化物：セリウム、（Ｙ，Ｇｄ）_３ＡＩ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）、ＴＹＰＥ：ＵＫＬ６３／Ｆ－Ｕ１（ガドリニウム　オキシスルファイド：ユウロピウム、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）を使用可能である。又、ユーヴィックス（株）製のＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、（株）ネモト・ルミマテリアル製の（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）_２Ｏ_３：Ｅｕ等を使用可能である。

　又、ユウロピウムを含む蛍光物質として、ユーヴィックス（株）製のＴＹＰＥ：ＫＥＭＫ６３Ｍ／Ｆ－Ｕ１（バリウム　マグネシウム　アルミネート：ユウロピウム、マンガン、ＢａＭｇ_２ＡＩ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ，Ｍｎ）、ＴＹＰＥ：ＨＬ６３／Ｓ－Ｄ１（ストロンチウム　スルフィド：ユウロピウム、ＳｒＳ：Ｅｕ）、ＴＹＰＥ：ＦＬ６３／Ｓ－Ｄ１（カルシウム　スルファイド：ユウロピウム、ＣａＳ：Ｅｕ）、ＴＹＰＥ：ＫＥＭＫ６３／Ｆ－Ｐ１（バリウム　マグネシウム　アルミネート：ユウロピウム、ＢａＭｇ_２ＡＩ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ）、ＴＹＰＥ：ＵＫＬ６３／Ｆ－Ｕ１（ガドリニウム　オキシスルファイド：ユウロピウム、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）、ＴＹＰＥ：ＨＰＬ６３／Ｆ－Ｆ１（ストロンチウム　チオガレイト：ユウロピウム、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ）を使用可能である。又、東京化成（株）製の図５に示す物質を使用可能である。又、（株）ネモト・ルミマテリアル製の（Ｂａ,Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、（Ｙ,Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ、Ｙ（Ｐ,Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ、（Ｙ,Ｇｄ）_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕを使用可能である。

　なお、上記にて例示した物質は一例であり、蛍光物質はこれらに限定されない。中性子線が作用することによって蛍光の発光が停止する特性を有する物質であれば、有機／無機を問わず様々な物質が蛍光物質として使用可能である。又、蛍光物質は、液体、気体、固体の何れであってもよい。

　感応部３として、例えば図６に示す様々な形状の感応部３１～３６を適用できる。以下、それぞれについて説明する。なお、感応部３の形状は、感応部３に含まれる透明樹脂又はガラスの形状を反映する。

　図６（ａ）に示すように、感応部３１の形状は、底面が平面状の円錐である。感応部３１のうち、円錐の頂点に対応する位置３１０に第１伝送部４の一端部が接続される。感応部３１の位置３１０における第１伝送部４の延びる方向を「延伸方向」という。延伸方向は、言い換えれば、第１伝送部４に沿って延びる方向のうち、感応部３１との接続部分における方向に対応する。延伸方向のうち、位置３１０に対して第１伝送部４が配置される側を「一方側」といい、位置３１０に対して感応部３１が配置される側を「他方側」という。図６は、延伸方向の一方側、延伸方向の他方側、及び、延伸方向と直交する方向（「直交方向」という。）のそれぞれから感応部３１を見た場合の形状を示す。なお上記の方向の定義は、後述する感応部３２～３６についても適用される。

　感応部３１の表面のうち、円錐の側面に対応する部分を「放射状部３１Ａ」といい、円錐の底面に対応する部分を「平面部３１Ｂ」という。放射状部３１Ａは、第１伝送部４の一端部と接続する位置３１０から平面部３１Ｂに向けて、放射状に延びる。図７に示すように、放射状部３１Ａに沿って位置３１０から平面部３１Ｂに向けて延びる方向と延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４の開口数ＮＡとの間で次の関係を満たす。
ＮＡ　＝　ｓｉｎθ
つまり、放射状部３１Ａの延伸方向に対する角度は、第１伝送部４の一端部に入射可能な光の最大の入射角度、即ち、第１伝送部４における最大受光角度と一致する。角度θは、例えば約３０度である。図６（ａ）に示すように、平面部３１Ｂは、感応部３１のうち延伸方向の他方側の端部に対応し、平面状を有する。平面部３１Ｂは、延伸方向と直交する。

　図６（ｂ）に示すように、感応部３２の形状は、底面が球面状であるという点で、感応部３１と相違する。第１伝送部４の一端部が接続される位置３２０、及び、放射状部３２Ａは、それぞれ、感応部３１の位置３１０及び放射状部３１Ａに対応する。感応部３２の表面のうち、円錐の底面に対応する部分を「球面部３２Ｂ」という。球面部３２Ｂは、感応部３２のうち延伸方向の他方側の端部に対応し、位置３２０を中心とする仮想的な球体の表面に沿って配置される。

　図６（ｃ）に示すように、感応部３３の形状は球体状である。感応部３３の表面を「球面部３３Ｂ」という。球面部３３Ｂの位置３３０に、第１伝送部４の一端部が接続される。

　図６（ｄ）に示すように、感応部３４の形状は、三角形の板状である。感応部３４の表面は、それぞれが平面状の一対の主面部３４Ａ、一対の放射状部３４Ｂ、及び、平面部３４Ｃを有する。一対の主面部３４Ａのそれぞれの形状は、三角形である。一対の主面部３４Ａは、互いに所定間隔を空けて平行に配置される。一対の放射状部３４Ｂは、一対の主面部３４Ａのそれぞれの２つの辺の間に亘って延びる。一対の放射状部３４Ｂは、一対の主面部３４Ａの１つの頂点に対応する位置で接続する。一対の放射状部３４Ｂのそれぞれが接続する位置３４０に、第１伝送部４の一端部が接続される。平面部３４Ｃは、感応部３４のうち延伸方向の他方側の端部に対応する。平面部３４Ｃは平面状を有する。平面部３４Ｃは、一対の主面部３４Ａのそれぞれの３辺のうち、一対の放射状部３４Ｂが接続しない辺の間に亘って延びる。

　各放射状部３４Ｂは、第１伝送部４が接続する位置３４０から平面部３４Ｃに向けて、放射状に延びる。各放射状部３４Ｂに沿って位置３４０から平面部３４Ｃに向けて延びる方向と延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４における最大受光角度と一致する（図７参照）。平面部３４Ｃは、延伸方向と直交する。

　図６（ｅ）に示すように、感応部３５の形状は、扇形の板状である。感応部３５の表面は、それぞれが平面状の一対の主面部３５Ａ、一対の放射状部３５Ｂ、及び、曲面部３５Ｃを有する。一対の主面部３５Ａのそれぞれの形状は、扇形である。一対の主面部３５Ａは、互いに所定間隔を空けて平行に配置される。一対の放射状部３５Ｂは、一対の主面部３５Ａのそれぞれの２つの半径の間に亘って延びる。一対の放射状部３５Ｂは、一対の主面部３５Ａの２つの半径の交点に対応する位置で接続する。一対の放射状部３５Ｂのそれぞれが接続する位置３５０に、第１伝送部４の一端部が接続される。曲面部３５Ｃは、一対の主面部３５Ａのそれぞれのうち円弧状の辺の間に亘って延びる。曲面部３５Ｃは湾曲する。

　各放射状部３５Ｂは、第１伝送部４が接続する位置３５０から曲面部３５Ｃに向けて、放射状に延びる。各放射状部３５Ｂに沿って位置３５０から曲面部３５Ｃに向けて延びる方向と延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４における最大受光角度と一致する（図７参照）。曲面部３５Ｃは、位置３５０を通って一対の主面部３５Ａと直交する直線を中心とする仮想的な円筒の側面に沿って配置される。

　図６（ｆ）に示すように、感応部３６の形状は、円形の板状である。感応部３６の表面は、それぞれが平面状の一対の主面部３６Ａ、及び、側面部３６Ｂを有する。一対の主面部３６Ａのそれぞれの形状は、円形である。一対の主面部３６Ａは、互いに所定間隔を空けて平行に配置される。側面部３６Ｂは、一対の主面部３６Ａのそれぞれの円周の間に亘って延びる。側面部３６Ｂは湾曲する。側面部３６Ｂの位置３６０に、第１伝送部４の一端部が接続される。

　感応部３１の平面部３１Ｂ（図６（ａ）参照）、感応部３２の球面部３２Ｂ（図６（ｂ）参照）、感応部３３の球面部３３Ｂ（図６（ｃ）参照）のうち延伸方向の中央よりも他方側、感応部３４の平面部３４Ｃ（図６（ｄ）参照）、感応部３５の曲面部３５Ｃ（図６（ｅ）参照）、及び、感応部３６の側面部３６Ｂ（図６（ｆ）参照）のうち延伸方向の中央よりも他方側のそれぞれに、非図示の反射部材が接続される。反射部材はフィルム状である。反射部材は、反射率の高い反射面を感応部３側に近接させた状態で、感応部３に貼付される。反射部材は、感応部３から外側に向けて進む光を、感応部３の内側に反射させる。更に感応部３及び反射板は、非図示の遮光部材によって覆われる。遮光部材は、感応部３に外光が進入することを防止する。なお、反射部材及び遮光部材の少なくとも一方は感応部３に設けられなくてもよい。感応部３は、遮光部材の外側からアクリル樹脂等によって更に覆われてもよい。

　図７に示すように、第１伝送部４は、クラッド４Ａ及びコア４Ｂを有する。コア４Ｂはアクリル樹脂製である。図１に示すように、第１伝送部４の一端部は感応部３に接続される。第１伝送部４の他端部に、ジョイント４Ｃが接続される。ジョイント４Ｃは、後述する第２伝送部７のジョイント７Ｃと接続可能である。第１伝送部４は、後述する計測部５と感応部３との間に亘って接続される。

＜計測部５＞
　図１に示すように、計測部５は、計測機器６及び第２伝送部７を有する。計測機器６は分光光度計である。計測機器６は、後述する第２伝送部７を介して伝送される光の強度を、周波数毎に計測する。第２伝送部７は光ファイバである。第２伝送部７は、非図示のクラッド及びコアを有する。第２伝送部７のコアは、石英製である。第２伝送部７の一端部は、計測機器６に接続される。第２伝送部７の他端部に、ジョイント７Ｃが接続される。ジョイント７Ｃは、計測プローブ２の第１伝送部４のジョイント４Ｃと接続可能である。

　なお、計測機器６と第２伝送部７との接続部分に、ダイクロイックフィルタ又はロングパスフィルタが介在してもよい。計測機器６は、特定の周波数の光の強度を計測する光度計であってもよい。計測部５は、外部から進入する中性子線の影響を抑制するため、中性子線に対して耐性を有することが好ましい。更に計測部５は、後述する照射部８から出射される励起光の影響を抑制するため、励起光に耐性を有することが好ましい。例えば計測機器６は、中性子線及び励起光を遮蔽可能なシールド部材の内部に設置されてもよい。

＜照射部８＞
　照射部８は、感応部３の蛍光物質から蛍光を発光させるための励起光を出力する。励起光は、計測部５の第２伝送部７の一部に設けられたダイクロイックミラー７１に向けて出射される。ダイクロイックミラー７１は、励起光のうち、蛍光物質から蛍光を発光させることが可能な波長の光を選択的に反射させ、その他の波長の光を透過させる。

＜中性子線量の計測方法＞
　図８を参照し、計測装置１を用いた中性子線量の計測方法を説明する。計測装置１の用途は特に限定されないが、例えば計測装置１は、中性子捕捉療法において患者に照射される中性子線の中性子線量を計測する場合に使用される。以下では、計測装置１が上記の用途で使用された場合を前提とする。

　はじめに、計測部５の第２伝送部７のジョイント７Ｃに、計測プローブ２の第１伝送部４のジョイント４Ｃが接続される。なお、計測プローブ２は、１回の計測が実行される度に取り換えられる。計測部５の計測機器６、及び、照射部８の電源が投入される（Ｓ１１）。計測プローブ２の感応部３は、中性子捕捉療法による治療を行う患者の患部または体表面に取り付けられる（Ｓ１３）。照射部８からの励起光の出力が開始される（Ｓ１５）。なおこの時点で、患者の患部に対する中性子線の照射は開始されていない。

　図１に示すように、照射部８から出力された励起光は、ダイクロイックミラー７１に到達する。ダイクロイックミラー７１は、励起光のうち、感応部３の蛍光物質から蛍光を発光させることが可能な波長（例えば、４００～５００ｎｍ）の光を選択的に反射させる。ダイクロイックミラー７１によって反射された励起光は、第２伝送部７を介して第１伝送部４側に伝送される。励起光は、ジョイント７Ｃ、４Ｃを介して第１伝送部４に進入し、第１伝送部４を介して感応部３側に更に伝送される。励起光は、第１伝送部４の一端部から感応部３に進入する。

　感応部３に進入した励起光は、感応部３の蛍光物質に照射される。励起光が照射された蛍光物質は、蛍光を発光する。蛍光物質から発光された蛍光は、感応部３内を第１伝送部４に向けて進み、第１伝送部４に進入する。又、蛍光は、感応部３の表面に設けられた反射部材によって反射される。反射された蛍光は、感応部３内を第１伝送部４に向けて進み、第１伝送部４に進入する。更に、感応部３に進入した励起光は、反射部材によって反射される。反射された励起光（「反射光」という。）は、感応部３内を第１伝送部４に向けて進み、第１伝送部４に進入する。

　第１伝送部４に進入した蛍光及び反射光は、第１伝送部４を介して第２伝送部７側に伝送される。蛍光及び反射光は、ジョイント４Ｃ、７Ｃを介して第２伝送部７に進入し、第２伝送部７を介して計測機器６側に伝送される。蛍光及び反射光は、ダイクロイックミラー７１を透過し、計測機器６に到達する。計測機器６は、蛍光及び反射光を検出する。図８に示すように、計測機器６は、蛍光の波長（例えば、５００～６００ｎｍ）の光を分光し、蛍光の強度を計測する（Ｓ１７）。更に、計測機器６は、反射光の波長（４００～５００ｎｍ）の光を分光し、反射光の強度を計測する（Ｓ１７）。

　患者の患部に対する中性子線の照射が開始されることによって、治療が開始される（Ｓ１９）。患者の患部に取り付けられた感応部３に中性子線が照射されることによって、感応部３の蛍光物質の少なくとも一部に中性子線が作用する。中性子線が作用した蛍光物質では、蛍光の発光が停止される。このため、蛍光物質全体から発光される蛍光の強度は、中性子線の照射が開始される前と比べて減衰する。

　計測機器６は、中性子線の照射が開始された後、蛍光の波長の光を分光して強度を計測する（Ｓ２１）。計測機器６は、Ｓ１７によって計測された蛍光の強度、つまり、中性子線の照射前における蛍光の強度から、Ｓ２１によって計測された蛍光の強度、つまり、中性子線の照射後における蛍光の強度を減算するか、又は比をとることによって、減衰量を特定する（Ｓ２３）。計測機器６は、特定された減衰量に基づいて、感応部３に照射された中性子線の中性子線量を特定する（Ｓ２５）。

　具体的には次の通りである。照射部８から照射される励起光の強度が大きい程、感応部３の蛍光物質から発光される蛍光の強度も大きくなる。又、感応部３に照射される中性子線の中性子線量が大きい程、蛍光の発光が停止される蛍光物質の量も多くなるので、Ｓ２３によって算出される減衰量も大きくなる。これに対し、計測機器６は、感応部３に照射される中性子線の中性子線量と減衰量との関係を、反射光の強度毎に予め記憶する。計測機器６は、Ｓ１７によって計測された反射光の強度、及び、Ｓ２５によって算出された減衰量に対応する中性子線量を、感応部３に照射された中性子線の中性子線量として特定する。

　計測機器６は、特定された中性子線量を、非図示の出力部（表示部等）に出力させる（Ｓ２７）。計測機器６は、計測を終了させるための指示が非図示の入力部（スイッチ等）を介して入力されていない場合（Ｓ２９：ＮＯ）、Ｓ２１～Ｓ２７を繰り返す。これによって、計測機器６は、感応部３に中性子線が照射されている状態で、中性子線量を周期的に繰り返し特定する。計測機器６は、計測を終了させるための指示が入力された場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、中性子線量の計測を終了させる。

＜実験例＞
　計測プローブ２の感応部３に中性子線が照射されない状態とした場合において、計測機器６によって検出される光の強度が実際に計測された。実験１では、感応部３が蛍光物質としてＢＯＤＩＰＹを含む計測プローブ２と、感応部３が蛍光物質を含まない計測プローブ２とのそれぞれが用いられた。そして、照射部８から照射される励起光の強度を一定とした場合において、計測機器６にて光の強度が計測された。一方、実験２では、感応部３が蛍光物質としてＢＯＤＩＰＹを含む計測プローブ２が用いられた。そして、照射部８から照射される励起光の強度を４段階に変更させた場合において、計測機器６にて光の強度が計測された。

　なお、計測プローブ２の感応部３の透明樹脂として、エポキシ樹脂が使用された。ＢＯＤＩＰＹが蛍光物質として含まれる場合の含有量は、透明樹脂に対して数ｐｐｍとされた。計測機器６として、（株）オプトサイエンス製　Ｑｍｉｎｉ　モバイルアプリ用オンボードプロセス・評価付き分光器が用いられた。照射部８から照射される励起光として、ＬＥＤ光源が用いられた。実験１の結果を図９に示し、実験２の結果を図１０、図１１に示す。

　図９に示すように、実験１において、蛍光物質（ＢＯＤＩＰＹ）を含まない感応部３を有する計測プローブ２が使用された場合（図中点線）、励起光の波長（励起波長）に起因するピークが約４５０ｎｍに現れた。一方、蛍光物質としてＢＯＤＩＰＹを含む感応部３を有する計測プローブ２が使用された場合（図中実線）、励起波長に起因する約４５０ｎｍのピークに加えて、蛍光の波長（蛍光波長）に起因するピークが約５５０ｎｍに現れた。この結果から、約４５０ｎｍにピークを有する光源を励起光として感応部３に照射することによって、約５５０ｎｍにピークを有する蛍光がＢＯＤＩＰＹから発光されることが明らかとなった。

　図１０に示すように、実験２において、蛍光波長に対応する約５５０ｎｍのピークの強度は、励起波長に対応する約４５０ｎｍのピークの強度が大きくなる程、大きくなることが示された。この結果から、励起光の強度が大きい程、蛍光物質から発光される蛍光の強度も大きくなることが分かった。又、図１１に示すように、励起光の強度と蛍光波長の強度とがおおよそ線形の関係を有することが示された。この結果から、計測装置１は、照射部８から照射される励起光の強度に依存せず、蛍光の強度を精度良く計測できることが明らかとなった。

＜本実施形態の主たる作用、効果＞
　計測装置１は、感応部３、計測部５、及び、照射部８を有する。感応部３は、中性子線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む。感応部３に中性子線が照射された場合、蛍光物質の少なくとも一部に中性子線が作用する。中性子線が作用した蛍光物質の少なくとも一部の蛍光は、停止される。この場合、蛍光物質全体から発光される蛍光の強度は減衰する。又、蛍光の強度の減衰量は、感応部３に照射される中性子線の中性子線量に応じて変化する。このため、計測部５は、蛍光の強度の減衰量に基づいて、感応部３に照射された中性子線の中性子線量を計測できる。

　計測装置１は、感応部３の蛍光物質に中性子線が作用することによる蛍光特性の変化に基づいて、中性子線量を計測する。このため、感応部３には、中性子線量の計測に必要な蛍光物質が含まれていればよく、蛍光物質以外の物質は不要となる。このため、計測装置１は、感応部３に含まれる物質によって感応部３の透明性が悪化することを抑制できる。従って、計測装置１は、中性子線量を高い感度で計測できる。

　感応部３には、中性子捕獲断面積の大きい元素であるリチウム（Ｌｉ）、ホウ素（Ｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）を含む物質が、蛍光物質として含まれる。蛍光物質は、中性子線の照射によって上記元素が破壊されることによって、蛍光の発光を停止させる。つまり、蛍光物質は、中性子線の照射に応じた蛍光特性の変化が、上記の元素を含まない物質と比べて大きい。従って、計測装置１は、上記の元素を含む物質を蛍光物質として感応部３に含めることによって、中性子線を高い感度で計測できる。

　計測機器６は、中性子線の照射前における蛍光の強度（Ｓ１７）から、中性子線の照射後における蛍光の強度（Ｓ２１）を減算することによって、減衰量を算出する（Ｓ２３）。計測機器６は、算出された減衰量に基づいて、感応部３に照射された中性子線の中性子線量を特定する（Ｓ２５）。この場合、計測装置１は、感応部３に中性子線が照射されない場合の蛍光の強度を基準として、感応部３に中性子線が照射された場合の蛍光の強度に基づき減衰量を算出できる。従って、計測装置１は、中性子線の照射に伴う蛍光の強度の減衰量を正確に特定できるので、中性子線量を高い精度で計測できる。

　計測装置１は、感応部３に励起光を出力する照射部８を備える。感応部３の蛍光物質は、励起源が照射されることによって、励起光の強度に比例した強度で蛍光を発光する。これに対して計測機器６は、感応部３に照射される中性子線の中性子線量と減衰量との関係を、励起光の反射光である反射光の強度毎に予め記憶する。計測機器６は、Ｓ１７によって計測された反射光の強度、及び、Ｓ２５によって算出された減衰量に対応する中性子線量を、感応部３に照射された中性子線の中性子線量として特定する。この場合、計測装置１は、励起光の安定性、並びに、第１伝送部４及び第２伝送部７の安定性のそれぞれに関わらず、減衰量を高い精度で特定できる。

　計測装置１は、照射部８から出力された励起光を、第２伝送部７及び第１伝送部４を介して感応部３に伝送する。これによって、計測装置１は、励起光を効率的に感応部３に伝送して蛍光物質に照射し、蛍光を発光させることができる。又、計測装置１は、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光を、第１伝送部４及び第２伝送部７を介して計測機器６に伝送する。これによって、計測装置１は、蛍光を効率的に計測機器６に伝送できる。これらによって、計測装置１は、中性子線量を高い感度で計測できる。又、計測装置１は、蛍光以外の光（外光等）が計測機器６に進入することを排除できるので、蛍光以外の光が計測結果に影響を及ぼすことを抑制できる。従って、計測装置１は、中性子線量を高い精度で計測できる。又、第１伝送部４を設けることによって、計測プローブ２の感応部３と計測部５との間を離隔させることができる。このため、中性子線が計測部５に照射されることを抑制できるので、中性子線の照射によって計測部５が誤動作することを防止できる。

　感応部３１の放射状部３１Ａ、感応部３２の放射状部３２Ａ、感応部３４の一対の放射状部３４Ｂ、及び、感応部３５の一対の放射状部３５Ｂのそれぞれと延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４の最大受光角度と一致する。この場合、計測装置１は、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光を第１伝送部４に効率的に入射させ、計測部５に対して伝送できる。このため、計測装置１は、中性子線量を更に高い精度で計測できる。

　感応部３１の平面部３１Ｂ、及び、感応部３４の平面部３４Ｃは、延伸方向に対して直交する。この場合、感応部３から発光された蛍光を、平面部３１Ｂ、３４Ｃによって効率的に反射させ、第１伝送部４に戻すことができる。つまり、計測装置１は、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光を第１伝送部４により多く入射させ、計測部５に対して伝送させることができる。又、第１伝送部４から感応部３に進入した励起光を、平面部３１Ｂ、３４Ｃによって効率的に反射させることができる。この場合、励起光に応じて蛍光物質から発光される蛍光の強度も大きくなる。従って、計測装置１は、中性子線量を更に高い感度で精度良く計測できる。

　感応部３２の球面部３２Ｂは、第１伝送部４と接続する位置３２０を中心とする仮想的な球体の表面に沿って配置される。感応部３５の曲面部３５Ｃは、第１伝送部４と接続する位置３５０を通る直線を中心とする仮想的な円筒の側面に沿って配置される。これらの場合、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光を、球面部３２Ｂ及び曲面部３５Ｃによって反射させ、位置３２０、３５０に集光させることができる。つまり、計測装置１は、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光を第１伝送部４により多く入射させ、計測部５に対して伝送させることができる。従って、計測装置１は、中性子線量を更に高い感度で精度良く計測できる。

　感応部３１、３２は略円錐状を有する。感応部３３は球体状を有する。これらの場合、板状の感応部３４～３６に比べて表面積が大きくなるので、より多くの中性子線を蛍光物質に作用させることができる。従って、計測装置１は、中性子線量の計測感度を高めることができる。一方、感応部３４～３６は板状を有する。このため、患者の患部に主面部３４Ａ、３５Ａ、３６Ａを接触させることによって、感応部３４～３６を安定的に保持できる。

　計測装置１は、中性子捕捉療法において患者に照射される中性子線の中性子線量を計測する場合に好適に使用される。この場合、計測装置１は、中性子捕捉療法において患者に照射される中性子線量を計測することによって、適正な量の中性子線を患者に照射して治療を行うことができる。

　計測機器６は、感応部３に中性子線が照射されている状態で、中性子線量を周期的に繰り返し特定する。この場合、計測装置１は、感応部３に照射された中性子線の中性子線量をリアルタイムで計測できる。このため例えば、計測装置１が中性子捕捉療法において使用される場合、患者に照射される中性子線量を計測しながら治療を行うことができるので、患部の状態に応じて中性子線量を調整しながら治療を行うことができる。

＜変形例＞
　本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。上記実施形態において、計測装置１によって計測される対象は中性子線量であった。これに対して例えば、感応部３に含まれる蛍光物質として、中性子線を含む放射線の照射に応じて蛍光の発光が停止する物質が使用されてもよい。この場合、計測装置１は、上記と同様の原理に基づき、放射線量を計測してもよい。

　計測機器６は、計測された光の強度を、非図示の演算装置（ＰＣ等）に出力してもよい。演算装置は、計測機器６がＳ１７によって計測した蛍光の強度から、Ｓ２１によって計測した蛍光の強度を減算することによって、減衰量を算出してもよい。演算装置は、算出された減衰量に基づいて、計測プローブ２の感応部３に照射された中性子線の中性子線量を特定してもよい。

　図１２（ａ）に示すように、計測部５の第２伝送部７は、ジョイント７Ｃにおいて２つに分岐していてもよい。そして、分岐された第２伝送部７の一方側の端部に計測機器６が接続され、他方側の端部に照射部８が接続されてもよい。この場合、図１に示すダイクロイックミラー７１は不要となる。又、図１２（ｂ）に示すように、第１伝送部４及び第２伝送部７は、それぞれ２つずつ設けられてもよい。そして、それぞれの第１伝送部４の一端部は、感応部３に接続されてもよい。これに対し、一方の第２伝送部７の一端部が計測機器６に接続され、他方の第２伝送部７の一端部が照射部８に接続されてもよい。つまり、照射部８から感応部３に向けて出力される励起光と、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光とは、別の伝送部を介して伝送されてもよい。

　中性子線量の特定方法は、上記実施形態における方法に限定されない。例えば、減衰量と中性子線量との関係を示す関係式が予め導出され、この導出式が計測機器６に記憶されてもよい。計測機器６は、Ｓ２３によって算出された減衰量を、予め導出された関係式に代入することによって、中性子線量を算出してもよい。又、計測機器６は、計測を開始する前のキャリブレーション処理として、規定の中性子線量の中性子線が感応部３に照射された時の蛍光の強度に基づき補正計数を算出してもよい。計測機器６は、実際の計測時に計測された蛍光の強度に補正計数を適用することによって減衰量を算出し、算出された減衰量に基づいて中性子線量を特定してもよい。

　照射部８から出力された励起光は、第１伝送部４及び第２伝送部７を介さず、感応部３に対して直接照射されてもよい。照射部８は、励起光の代わりに電子線を出力してもよい。蛍光物質は、照射部８から出力された電子線が照射された場合に蛍光を発光してもよい。

　計測プローブ２は、第１伝送部４を有していなくてもよい。計測部５の第２伝送部７のジョイント７Ｃは、感応部３に直接接続されてもよい。更に、計測部５は第２伝送部７を有していなくてもよい。この場合、感応部３の蛍光物質から発光された蛍光は、感応部３から周囲に放射されてもよい。計測機器６は、感応部３から周囲に放射された蛍光の一部を受光部によって受光し、蛍光の強度を計測してもよい。

　感応部３１の放射状部３１Ａ、感応部３２の放射状部３２Ａ、感応部３４の一対の放射状部３４Ｂ、及び、感応部３５の一対の放射状部３５Ｂのそれぞれと延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４の最大受光角度と一致しなくてもよい。例えば角度θは、第１伝送部４の最大受光角度よりも小さくてもよい。感応部３１の放射状部３１Ａ、感応部３２の放射状部３２Ａ、感応部３４の一対の放射状部３４Ｂ、及び、感応部３５の一対の放射状部３５Ｂのそれぞれの表面に、透明樹脂又はガラスが更に積層されていてもよい。この積層部分に蛍光物質は含まれていなくてもよい。これらの場合、感応部３のうち上記のように積層された部分の表面と延伸方向とのなす角度θは、第１伝送部４の最大受光角度より大きくてもよい。つまり、感応部３のうち蛍光物質が含まれている領域と延伸方向とのなす角度が、第１伝送部４の最大受光角度と略同一であればよい。

　感応部３１の平面部３１Ｂ、及び、感応部３４の平面部３４Ｃは、延伸方向に対して傾斜してもよい。平面部３１Ｂ、３４Ｃに凹凸が形成されてもよい。感応部３２の球面部３２Ｂを通る仮想的な球体の中心は、位置３２０と一致しなくてもよい。感応部３５の曲面部３５Ｃを通る仮想的な円筒の中心は、位置３５０を通過しなくてもよい。それぞれの中心は、位置３２０、３５０に対して延伸方向の一方側に配置されてもよいし、延伸方向の他方側に配置されてもよい。

　計測装置１は、中性子捕捉療法における中性子線の中性子線量の計測以外に使用可能であることは言うまでもない。計測装置１は、所定時間内に計測される蛍光の強度を記憶してもよい。計測装置１は、記憶された蛍光の強度に基づいて、中性子線量を一括して特定してもよい。

Claims

　放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む感応部と、
　前記感応部に含まれる前記蛍光物質に励起源が照射されることによって発光される蛍光の強度が、前記蛍光物質の少なくとも一部に放射線が作用することによって減衰したときの減衰量に基づいて、前記感応部に照射された放射線の放射線量を計測する計測部と
を備えたことを特徴とする計測装置。
　前記放射線は、中性子線であり、
　前記蛍光物質は、リチウム、ホウ素、カドミウム、ガドリニウム、サマリウム、ユウロピウム、及び、ジスプロシウムの少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
　前記計測部は、
　放射線が前記感応部に照射される前に前記蛍光物質から発光された蛍光の強度と、放射線が前記感応部に照射された後で前記蛍光物質から発光された蛍光の強度との関係に基づいて、前記放射線量を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
　前記感応部に前記励起源を出力する照射部を更に備え、
　前記蛍光物質は、前記照射部から出力された前記励起源が照射されることによって、前記励起源の強度に応じた強度で蛍光を発光し、
　前記計測部は、
　前記感応部に照射された前記励起源の強度に基づいて、前記減衰量を計測することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の計測装置。
　前記感応部と前記計測部とに亘って接続され、前記蛍光物質から発光された蛍光を前記計測部に向けて伝送する伝送部を更に備え、
　前記計測部は、前記伝送部によって伝送された前記蛍光の強度の減衰量に基づいて、放射線量を計測することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の計測装置。
　前記感応部は、前記伝送部との接続部分から放射状に延びる放射状部を含むように形成し、
　前記伝送部のうち前記感応部との接続部分における延伸方向に対する前記放射状部の角度は、前記伝送部に入射可能な光の最大の入射角度と略同一であることを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
　前記感応部は、中性子捕捉療法による治療中の患者に取り付けられ、
　前記計測部は、前記中性子捕捉療法において前記患者に照射される中性子線の中性子線量を計測することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の計測装置。
　前記計測部は、
　前記感応部に放射線が照射されている状態で、前記放射線量を繰り返し計測することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の計測装置。
　放射線の放射線量を計測する計測装置に使用される計測プローブであって、
　放射線が作用することによって蛍光の発光が停止する蛍光物質を少なくとも含む感応部と、
　前記感応部に接続され、前記蛍光物質に励起光が照射されることによって発光された蛍光を伝送する伝送部と
を備えたことを特徴とする計測プローブ。
　前記放射線は、中性子線であり、
　前記蛍光物質は、リチウム、ホウ素、カドミウム、ガドリニウム、サマリウム、ユウロピウム、及び、ジスプロシウムの少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項９に記載の計測プローブ。
　前記感応部は、前記伝送部との接続部分から放射状に延びる放射状部を含むように形成し、
　前記伝送部のうち前記感応部との接続部分における延伸方向に対する前記放射状部の角度は、前記伝送部に入射可能な光の最大の入射角度と略同一であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の計測プローブ。