(57)【要約】      （修正有）【課題】放射線の空間分布を高精度に測定できる線量分布モニタを提供する。【解決手段】線量分布モニタは、放射線を検出する複数の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ〜２２ｃ）を有する比例計数管１２と、検出された検出信号（増幅電流Ｉ１〜Ｉ３）に基づいて放射線における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路１３を備える。計測回路１３は、比例計数管１２内の電界強度Ｅを演算し、この演算された電界強度Ｅと、ガス情報記憶部４８に記憶されたガス情報に基づいて、検出チャネル毎のガス増幅率Ｍ１〜Ｍ３を演算するガス増幅率演算部５０と、検出チャネル毎の検出信号と、ガス増幅率Ｍ１〜Ｍ３とに基づいて、検出信号を補正した補正信号（補正後電流Ｉａ１〜Ｉａ３）を生成する補正演算部４３と、補正信号に基づいて線量空間分布を生成する分布生成部４４を備える。【選択図】図２
2020091293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射対象物に照射される放射線における線量の空間分布を測定する線量分布モニタであって、
前記放射線を検出する複数の検出チャネルを有する比例計数管と、複数の前記検出チャネルで検出された検出信号に基づいて前記放射線における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路を備え、
前記計測回路は、
前記比例計数管に封入されたガスのガス情報を記憶したガス情報記憶部と、
前記比例計数管内の電界強度を演算し、この演算された前記電界強度と、前記ガス情報記憶部に記憶された前記ガス情報に基づいて、前記検出チャネル毎のガス増幅率を演算するガス増幅率演算部と、
前記検出チャネル毎の前記検出信号と、前記ガス増幅率演算部にて演算された当該検出チャネルに対応する前記ガス増幅率とに基づいて、前記検出信号を補正した補正信号を生成する補正演算部と、
前記補正信号に基づいて前記線量空間分布を生成する分布生成部を備えたことを特徴とする線量分布モニタ。
【請求項２】
前記計測回路は、前記比例計数管の前記検出チャネルである電極に印加されている印加電圧を測定する電圧測定器と、前記電極の形状情報を記憶した電極形状記憶部を備え、
前記ガス増幅率演算部は、前記印加電圧と前記電極の形状情報に基づいて、前記電界強度を演算することを特徴とする請求項１記載の線量分布モニタ。
【請求項３】
前記比例計数管の前記電極の形状を測定する電極形状測定器を備え、
前記電極形状測定器は、測定した前記電極の形状情報である電極形状データを前記電極形状記憶部に記憶することを特徴とする請求項２記載の線量分布モニタ。
【請求項４】
前記計測回路は、前記検出チャネル毎の前記検出信号に基づいて前記検出チャネル毎の変位情報を生成し、前記電極形状記憶部に記憶された前記電極形状データを更新する電極形状推定部を備え、
前記電極形状推定部は、前記電極の変位に対する前記検出信号の応答関数を用いて、前記変位情報を生成することを特徴とする請求項３記載の線量分布モニタ。
【請求項５】
前記比例計数管に封入されたガスを電離させる放射線を放出する放射線源を、前記比例計数管の内部又は外部に備え、
前記電極形状推定部は、前記放射線源から放出された放射線による、前記検出チャネル毎の前記検出信号に基づいて前記検出チャネル毎の前記変位情報を生成することを特徴とする請求項４記載の線量分布モニタ。
【請求項６】
前記比例計数管に封入された前記ガスの圧力を測定するガス圧測定部を備え、
前記ガス圧測定部は、測定した前記ガスの圧力を前記ガス情報記憶部に記憶することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の線量分布モニタ。
【請求項７】
前記ガス圧測定部は、前記ガスの圧力を測定するガス圧測定器を備えることを特徴とする請求項６記載の線量分布モニタ。
【請求項８】
前記ガス圧測定部は、前記ガスの温度を測定するガス温度測定器と、前記ガス温度測定器にて測定された温度である測定温度を圧力に変換するガス圧演算部を備えることを特徴とする請求項６記載の線量分布モニタ。
【請求項９】
前記補正演算部は、前記検出チャネル毎の前記検出信号を、当該検出チャネルに対応する前記ガス増幅率で除して前記補正信号を生成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の線量分布モニタ。
【請求項１０】
被照射対象物に照射される放射線における線量の空間分布を測定する、請求項１から９のいずれか１項に記載の線量分布モニタと、前記被照射対象物に前記放射線を照射する放射線発生装置と、前記放射線発生装置を制御する照射制御装置を備えた放射線照射システム。
【請求項１１】
前記線量分布モニタは、前記放射線のｘ方向の前記線量空間分布を計測するｘ方向線量分布モニタと、前記ｘ方向に垂直なｙ方向における前記放射線の前記線量空間分布を計測するｙ方向線量分布モニタとを備えることを特徴とする請求項１０記載の放射線照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線、ガンマ線、電子線、陽子、重粒子等の放射線の空間分布を測定する線量分布モニタ及び線量分布モニタを備えた放射線照射システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射線の空間分布を測定する線量分布モニタは、多くの場合、電離箱が用いられる。放射線の放射線強度が弱い場合や、細いビームを高速で走査させるときのように、短時間での測定が求められる場合には、ガス増幅により信号強度を増大できる比例計数管を用いる場合がある。比例計数管では、測定対象の放射線の強度により出力信号、すなわち出力電流が変化するが、これにより比例計数管に印加される印加電圧の変動をもたらすことがある。この印加電圧変動により、ガス増幅率が変化して感度変動が起こることがある。
【０００３】
ガス増幅率は、一次イオン対（電子とイオン）の数と比例計数管内で最終的に生成された全電荷に対応する電子数との比であり、印加電圧に対して非線形な変化をする。このため比例計数管の印加電圧がノイズ等により変動する場合には、正しいガス増幅率を用いなければ、放射線の空間分布を高精度に測定することはできない。特許文献１には、比例計数管の印加電圧を常時モニタし、モニタ結果に基づいてその時々のガス増幅率を求めて、入射Ｘ線エネルギーを算出する比例計数管が記載されている。また、特許文献２には、あらかじめガンマ線検出器の印加電圧とガス増幅率の関係を求めるなどの方法により、ガス電子増倍検出部の出力を補正する方法が記載されている。
【０００４】
また、放射線の空間分布を短時間に測定する方法として、並列測定ができる多素子検出器がある。特許文献３には、シンチレータと半導体検出素子からなるアレイセンサーにおける個々の素子の感度ばらつきを補正することで、リング状アーチファクトを極力低減するＸ線ＣＴの画質改善方法が記載されている。多素子検出器で同時に放射線を測定する際に、測定精度を確保するためには、個々の素子の感度ばらつきを許容範囲内に抑えることが必要となる。特許文献３に記載された半導体検出素子の感度ばらつきを補正する方法は、定常状態に達したビームを用いて検出器全体（アレイセンサー）を素子ピッチの距離だけ移動させた場合の測定値と、移動前の測定値とを比較して、素子ごとの相対補正係数を算出し、この相対補正係数を用いて補正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５２６６号公報（段落０００９、００１０、図１）
【特許文献２】特開２０１５−１９０９６５号公報（段落００１８、図５）
【特許文献３】特開平２−２３９４７号公報（第３頁左上欄１２行〜同頁右下欄９行、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３の多素子検出器のように、複数のチャネルを並列測定する比例計数管には、複数の方式がある。例えば、一つの空間内に多数のワイヤ状の電極を配置するマルチワイヤ式、平板電極を分割するストリップ電極式、ガス電子増幅（ＧＥＭ（Gas Electron Multiplier））式などの比例計数管がある。電極にかかる印加電圧の変動による感度変化を補正するには特許文献１や特許文献２の方法を用いることは可能であるが、これは検出器が１個の場合に限られる。１つの空間内に多数の電極を有する比例計数管の場合、ある任意の位置の印加電圧を測定するだけでは正確なガス増幅率を求めることができない。これは、ガス増幅率が、印加電圧だけではなく電界強度（電場、すなわち、単位長さあたりの電位差）に依存するためである。
【０００７】
マルチワイヤ式、ストリップ電極式、ＧＥＭ式の比例計数管では、各電極の印加電圧変動が起こった場合、電極と電極の間など、比例計数管内空間の電界強度分布が変化する。そして、前述したように、ガス増幅率は電界強度に非線形に変化する。比例計数管の感度は非線形に変化するガス増幅率に依存するので、検出器（比例計数管）の感度が場所により非線形な変化をしてしまう。そのため、複数のチャネルを並列測定する比例計数管は、各電極の印加電圧を測定するだけでは、検出器（比例計数管）における各位置の感度補正を正確に行うことができなくなる。複数のチャネルを並列測定する比例計数管では各位置のガス増幅率が非線形に変化するため、特許文献３のような定常状態のビームを用いて求めた感度補正係数では、ガス増幅率の局所的な変化に対応できないので位置依存性の補正が不可能となる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決しようとする技術的課題を鑑みてなされたものであって、比例計数管のガス増幅率を正確に求めことができ、放射線の空間分布を高精度に測定できる線量分布モニタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の線量分布モニタは、放射線を検出する複数の検出チャネルを有する比例計数管と、複数の検出チャネルで検出された検出信号に基づいて放射線における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路を備える。計測回路は、比例計数管に封入されたガスのガス情報を記憶したガス情報記憶部と、比例計数管内の電界強度を演算し、この演算された電界強度と、ガス情報記憶部に記憶されたガス情報に基づいて、検出チャネル毎のガス増幅率を演算するガス増幅率演算部と、検出チャネル毎の検出信号と、ガス増幅率演算部にて演算された当該検出チャネルに対応するガス増幅率とに基づいて、検出信号を補正した補正信号を生成する補正演算部と、補正信号に基づいて線量空間分布を生成する分布生成部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の線量分布モニタは、比例計数管の検出チャネル毎にガス増幅率を演算し、このガス増幅率により補正された補正信号に基づいて線量空間分布を生成するので、比例計数管のガス増幅率を正確に求めことができ、放射線の空間分布を高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による放射線照射システムのブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による線量分布モニタのブロック図である。
【図３】図２の比例計数管の模式図である。
【図４】図２の比例計数管内の等電位分布の例の模式図である。
【図５】図２の比例計数管内の等電位分布の例の模式図である。
【図６】図２の比例計数管内の電界強度分布の例のグラフである。
【図７】図２の比例計数管の電界強度とガス増幅率の関係の例を示したグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２による線量分布モニタのブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３による線量分布モニタのブロック図である。
【図１０】図９のガス圧測定部の構成を示す図である。
【図１１】図９のガス圧測定部の他の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による線量分布モニタのブロック図である。
【図１３】図１２の比例計数管内の等電位分布の例の模式図である。
【図１４】図１２の比例計数管内の電界強度分布の例のグラフである。
【図１５】図１２の比例計数管の信号出力の例のグラフである。
【図１６】放射線源の配置例を示す図である。
【図１７】放射線源の配置例を示す図である。
【図１８】放射線源の配置例を示す図である。
【図１９】計測回路における、補正演算部、分布生成部、ガス増幅率演算部、電極形状推定部の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による放射線照射システムのブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１による線量分布モニタのブロック図である。図３は図２の比例計数管の模式図であり、図４及び図５は図２の比例計数管内の等電位分布の例の模式図である。図６は図２の比例計数管内の電界強度分布の例のグラフであり、図７は図２の比例計数管の電界強度とガス増幅率の関係の例を示したグラフである。放射線照射システム１は、被照射対象物１６にＸ線、電子線、陽子線などの放射線１７を照射する放射線発生装置１４と、放射線１７の空間分布を測定する線量分布モニタ１１ａ、１１ｂと、放射線発生装置１４の照射方向や照射時間を制御する照射制御装置１５を備えている。
【００１３】
放射線１７は、被照射対象物１６の所定の領域に所定の線量だけ照射されるように、適切な時間だけ走査される。走査されるビーム（放射線１７）の位置をモニタするために、放射線１７の進行経路上に、透過型の線量分布モニタ１１ａ、１１ｂが配置される。図１では、ｘ方向のビーム位置や空間分布を測定する線量分布モニタ１１ａと、ｙ方向のビーム位置や空間分布を測定する線量分布モニタ１１ｂを示した。ｙ方向は、ｘ方向に垂直な方向である。線量分布モニタの符号は、総括的に１１を用い、区別する場合に１１ａ、１１ｂを用いる。線量分布モニタ１１は、図２に示す様に、センサ部分であるマルチワイヤ式の比例計数管１２と、比例計数管１２の出力から放射線１７の位置や空間分布を計測する計測回路１３からなる。ここで、比例計数管の符号は、総括的に１２を用い、線量分布モニタ１１ａと１１ｂとで区別する場合に１２ａ、１２ｂを用いる。同様に計測回路の符号は、総括的に１３を用い、線量分布モニタ１１ａと１１ｂとで区別する場合に１３ａ、１３ｂを用いる。なお、図２には、線量分布モニタ１１を構成する比例計数管１２及び計測回路１３の他に、照射制御装置１５も図示している。したがって、線量分布モニタ１１ａは、例えば、センサ部分であるマルチワイヤ式の比例計数管１２ａと、比例計数管１２ａの出力から放射線１７の位置や空間分布を計測する計測回路１３ａからなる。同様に、線量分布モニタ１１ｂは、例えば、センサ部分であるマルチワイヤ式の比例計数管１２ｂと、比例計数管１２ｂの出力から放射線１７の位置や空間分布を計測する計測回路１３ｂからなる。線量分布モニタ１１ｂの構成も線量分布モニタ１１ａと同じであるが、比例計数管１２ａと比例計数管１２ｂとは内部に配置されたワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの延伸方向が互いに垂直になっている。ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋは、放射線を検出する複数の検出チャネルである。なお、比例計数管の符号は、総括的に１２を用い、区別する場合に１２ａ、１２ｂを用いる。同様に計測回路の符号は、総括的に１３を用い、区別する場合に１３ａ、１３ｂを用いる。
【００１４】
被照射対象物１６に正確に放射線１７を照射するため、線量分布モニタ１１により計測されたビーム位置や空間分布は放射線発生装置１４の照射方向や照射時間を制御する照射制御装置１５にフィードバックされる。このような放射線照射システム１は、医療器具や食品等の滅菌及び殺菌、樹脂等の材料改質、がんの放射線治療などに用いられる。特にがんの放射線治療では、患部に放射線を集中し、正常組織にはできるだけ放射線を照射しないような制御が必要となるため、高精度な線量分布モニタ１１と照射制御装置１５が必須となる。なお、放射線照射システム１は、線量分布モニタ１１により計測されたビーム位置や空間分布が予定のビーム位置や空間分布から所定の範囲（許容範囲）を超えた場合に、照射を停止する例もある。この例では、計測されたビーム位置や空間分布が予定のビーム位置や空間分布から所定の範囲（許容範囲）を超えた場合に、照射を停止するので、被照射対象物１６に正確に放射線１７を照射することができる。
【００１５】
図２、図３を用いて、線量分布モニタ１１を説明する。図３に示すように、比例計数管１２は、例えば複数のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋを備えている。なお、図２において比例計数管１２のワイヤ電極は、３本のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃのみ示した。計測回路１３は、高圧電源４１と、比例計数管１２の複数のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応した数の増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、補正演算部４３と、分布生成部４４と、電圧測定器４５と、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの形状情報を記憶した電極形状記憶部４６と、比例計数管１２に封入されたガスのガス情報を記憶したガス情報記憶部４８と、ガス増幅率演算部５０を備える。
【００１６】
線量分布モニタ１１のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃには高圧電源４１により、ある一定の高電圧が印加されており、通常は各ワイヤ電極には同一の電圧が印加される。これにより、ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃと周辺の電極（例えば接地された筐体２１）の間には電界が形成される。放射線１７がマルチワイヤ式の比例計数管１２に入射すると、比例計数管１２内のガスが電離する。ガスが電離したときに生成する電子とイオンは、比例計数管１２内の電界により移動及び加速されて電子雪崩を起こし、比例計数管１２の出力電流が増加する、すなわち「ガス増幅」が起こる。
【００１７】
マルチワイヤ式の比例計数管１２は、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流れる信号電流ｉ１、ｉ２、ｉ３を各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応する計測回路１３の増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃに出力する。増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの信号電流ｉ１、ｉ２、ｉ３を増幅した増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を補正演算部４３に出力する。補正演算部４３は、増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃから出力された増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を、ガス増幅率演算部５０で演算されたガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に基づいて補正し、補正された補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３を分布生成部４４に出力する。なお、適宜、増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を検出電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と呼ぶ。分布生成部４４は、補正演算部４３から出力された補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３に基づいて比例計数管１２内の空間線量分布を生成し、分布生成部４４の表示画面に空間線量分布を表示する。このように線量分布モニタ１１は、分布生成部４４の表示画面に表示された空間線量分布により、比例計数管１２内の空間線量分布をモニタすることができる。また、線量分布モニタ１１が測定した測定結果は放射線１７を正確に照射するために、放射線発生装置１４の照射制御装置１５に出力される。照射制御装置１５に出力される測定結果は、例えば所定時間毎に測定された放射線１７の線量分布モニタ１１を通過したビーム位置である。
【００１８】
各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃからの出力（信号電流）は、放射線１７による電離量が同じであるとすると、ガス増幅率に比例する。したがって、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃのガス増幅率が同一となるのが理想的な均一な検出器である。しかし、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃにかかる印加電圧Ｖｉが変動すると、電極近傍だけでなく、電極と電極の間など、比例計数管１２内の電界強度分布が変化する。例えば図３のようなマルチワイヤ式の比例計数管１２では、筐体２１の内部に複数のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ等があって、それらの電極には電圧Ｖｉ１が印加される。一方、筐体面または筐体面近くにある外側電極２５（図４、図５参照）には接地電位である電圧Ｖ０が印加される。
【００１９】
図３では、管体２３と管体２３の開口を覆う２つの蓋２４を備えた筐体２１に、１１本のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋが配置された比例計数管１２の例を示した。ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋは、管体２３の延伸方向に配置されている。管体２３は金属製または樹脂製である。樹脂製の場合は、管体２３の内周面（筐体内面）に、外側電極２５が形成されている。蓋２４は樹脂製である。樹脂製の管体２３、蓋２４は、例えばアクリル、ポリスチレン、ポリエチレンなどの樹脂からできている。アクリル、ポリスチレン、ポリエチレンなどの樹脂から形成された管体２３、蓋２４は透明であってもよい。樹脂製の管体２３に形成される外側電極２５は、薄い金属膜である。
【００２０】
図３の各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋに垂直な断面２６の等電位分布の例を図４に示す。図４はワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ付近の等電位分布２７であり、図の下側の蓋２４から見た図である。図４において、紙面に垂直な方向にワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃが延在している。外側電極２５の電位がＶ０（接地電位、基準電位）で、ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの電位が両方ともＶｉ１の場合である。このとき、例えば細いビームサイズの放射線１７を高速走査させる場合のように、ある時刻におけるビーム強度が局所的に増大または減少すると、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃからの出力である信号電流が変化しワイヤ電極にかかる印加電圧Ｖｉが局所的に変動する。図５は、例えばワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃにかかる印加電圧がそれぞれＶｉ１、Ｖｉ２、Ｖｉ１となったときの等電位分布２８を示したものである。なお、Ｖｉ１＜Ｖｉ２である。電界強度Ｅは単位距離当たりの電位差であるので、印加電圧Ｖｉが図４の状態から図５の状態に変化すると、等電位分布２７から等電位分布２８に変化し、空間内の電界強度Ｅの分布も変化する。
【００２１】
図６は、図４および図５のＢ１−Ｂ２間の電界強度Ｅを模式的に示したものである。縦軸は電界強度Ｅであり、横軸は位置である。電界強度分布２９は図４の等電位分布２７に対応しており、電界強度分布３０は図５の等電位分布２８に対応している。位置Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３は、それぞれワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置である。ガス増幅率Ｍは、比例計数管１２内の電界強度Ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）、ガスの種類から決まる定数Ａ、Ｂ、ガス圧力Ｐを入力として、後述する所定の計算方法で求めることができる。なお、ｘ、ｙ、ｚは位置座標である。ｚ方向は、ｘ方向及びｙ方向に垂直な方向である。図６のように、比例計数管１２の空間内の電界強度分布が、電界強度分布２９から電界強度分布３０に変化したり、これと逆である電界強度分布３０から電界強度分布２９に変化する場合は、ガス増幅率Ｍがワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの場所により変化してしまう。
【００２２】
以下にガス増幅率Ｍの算出方法を述べる。放射線１７による電離で発生した電子は、比例計数管１２内の電界の力を受けて近くの電極に向けて移動する。電子が距離Ｌを移動するときのガス増幅率Ｍは、式（１）で表すことができる。
【数１】
2020091293.tif 000003
ここでα（Ｅ）は、式（２）である。
α（Ｅ）＝Ａ・Ｐ・ｅｘｐ｛−（Ｂ・Ｐ）／Ｅ｝            ・・・（２）
【００２３】
放射線１７による電離で発生する電子の場所は比例計数管１２内全体にわたるので、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋが受け持つ有感領域ごとに、それぞれＭの値を求めることができる。すなわち、ガス増幅率Ｍは、各ワイヤ電極に対してそれぞれの値を持つ。
【００２４】
ここで、電界強度Ｅ（ｘ、ｙ、ｚ）は、電極形状と、電極の電位、すなわち、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋにかかっている印加電圧Ｖｉとにより決まる。ここで、電極形状とは、各ワイヤ電極の３次元形状、外側電極の３次元形状、各電極の幾何学的配置、各電極の材料物性情報を含んだ情報である。すなわち、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋに対するガス増幅率Ｍは、式（１）、式（２）の電界強度Ｅを決定する印加電圧Ｖｉ及び電極形状と、定数Ａ、Ｂを決定するガスの種類と、比例計数管１２のガス圧力Ｐから決まるため、これらのうちのいずれかが変動すればガス増幅率Ｍも変化してしまう。また、ガス増幅率Ｍは、図７に示すガス増幅率特性３１のように一般的には電界強度Ｅに対して非線形に変化する。図７の縦軸はガス増幅率Ｍであり、横軸は電界強度Ｅである。これは式（１）、式（２）からも明らかである。比例計数管の様に、数１０μｍ程度の細いワイヤ電極を用いる場合は、ワイヤ電極近傍において電界強度が急激に大きくなる。このため、例えば、印加電圧が同じであっても、ワイヤ電極の太さが僅かに異なる場合であっても、電極近傍での電界強度は大きく違ってくる。この結果、たとえワイヤ電極２２ａ〜２２ｋにかかる印加電圧Ｖｉが一律に変化したとしても、ワイヤ電極の太さのばらつきを考慮すると、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのガス増幅率Ｍが一様に変化するとは限らない。そのため、例えば定常で均一なビームを使って各ワイヤ電極の感度を求め、その逆数を感度補正係数として補正する方法（特許文献３の方法）では、正確な感度補正を行うことができない。したがって、「ガス増幅」が起こる、すなわちガス増幅作用を利用した比例計数管１２では、ガス増幅率Ｍの局所的な変化を考慮した電流値を正確に把握することが重要になる。
【００２５】
そこで、実施の形態１の線量分布モニタ１１は、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋ毎にガス増幅率Ｍを演算すると共に、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの信号電流を対応するガス増幅率Ｍに基づいて補正した補正後電流Ｉａを用いて空間線量分布を生成する。実施の形態１の線量分布モニタ１１は、比例計数管１２のガス増幅率Ｍを正確に求めることができるので、放射線１７の空間線量分布等の空間分布を高精度に測定できる。実施の形態１の線量分布モニタ１１は、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの感度に支配的な影響を及ぼすガス増幅率Ｍを正確に演算するため、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの印加電圧Ｖｉを測定する電圧測定器４５、比例計数管１２内の各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの形状を記憶する電極形状記憶部４６、比例計数管１２内のガスの種類（定数Ａ、Ｂ）とガス圧力Ｐを記憶するガス情報記憶部４８を備え、ガス増幅率Ｍを算出するガス増幅率演算部５０へ出力するデータを揃えている。そして、これらのデータを用いてガス増幅率演算部５０にてガス増幅率を正確に演算する。ガスの種類（定数Ａ、Ｂ）とガス圧力Ｐは、比例計数管１２の封入されたガスのガス情報である。
【００２６】
ガス増幅率演算部５０には、電界強度Ｅを求める機能もある。電界強度Ｅは、例えば有限要素法を用いた静電場解析等で求めることができる。各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの電極電位は、電圧測定器４５により測定された各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋに印加されている印加電圧Ｖｉから算出することができる。ガス増幅率演算部５０は、電極形状記憶部４６に記憶された各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの電極形状と、算出した電極電位のデータを三次元静電場解析演算回路に入力することで、比例計数管１２内の各位置の電界強度Ｅを求めることができる。ここで、三次元静電場解析演算回路は、有限要素法を用いた静電場解析を行うことが可能であれば、どのような形態でもよく、ガス増幅率演算部５０内部に配置しても良いし、ガス増幅率演算部５０から独立した電子計算機を利用してもよい。ガス増幅率演算部５０から独立した電子計算機の場合は、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの電極形状と、算出した電極電位のデータを電子計算機に送信し、演算結果である電界強度を受け取る。そして、ガス増幅率演算部５０は、算出した電界強度Ｅと、ガス情報記憶部４８に記憶された定数Ａ、Ｂ、比例計数管１２のガス圧力Ｐから、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋに対するガス増幅率Ｍを式（１）、式（２）に従い計算する。
【００２７】
ガス増幅率演算部５０の動作を、図２に示した３つのワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃを例に説明する。ガス増幅率演算部５０は、電圧測定器４５により測定されたワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに印加されている印加電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３からワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの電位を算出する。ガス増幅率演算部５０は、電極形状記憶部４６に記憶された各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃの電極形状と、算出した電極電位のデータを三次元静電場解析演算回路に入力することで、比例計数管１２内の各位置の電界強度Ｅを求めることができる。そして、ガス増幅率演算部５０は、算出した電界強度Ｅと、ガス情報記憶部４８に記憶された定数Ａ、Ｂ、比例計数管１２のガス圧力Ｐから、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対するガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を式（１）、式（２）に従い計算する。
【００２８】
次に、補正演算部４３は、増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃから出力された増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３に各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃに相当するガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の逆数を乗じることにより補正する。具体的には、式（３）を実行することにより、増幅器４２の増幅電流Ｉから補正後電流Ｉａを演算する。
Ｉａ＝Ｉ／Ｍ            ・・・（３）
なお、増幅器４２は各増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃを総括的に表現したものであり、増幅電流Ｉも各増幅器４２ａ、４２ｂ、４２ｃの増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を総括的に表現したものである。補正後電流Ｉａも、増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３を補正した補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３を総括的に表現したものである。
【００２９】
しがって、ワイヤ電極２２ａの増幅電流Ｉ１は、補正演算部４３により補正後電流Ｉａ１（＝Ｉ１／Ｍ１）に補正される。同様に、ワイヤ電極２２ｂ、２２ｃの増幅電流Ｉ２、Ｉ３は、それぞれ補正演算部４３により補正後電流Ｉａ２（＝Ｉ２／Ｍ２）、Ｉａ３（＝Ｉ３／Ｍ３）に補正される。これにより、線量分布モニタ１１は、出力信号が大きく、かつ、センサ全体の感度均一性を確保することができる。すなわち、実施の形態１の線量分布モニタ１１は、出力信号が大きく、かつ、ばらつきの少ない高精度な分布モニタとなっている。
【００３０】
実施の形態１の線量分布モニタ１１は、ガス増幅率演算部５０と補正演算部４３を備えるので、比例計数管１２のガス増幅率Ｍを正確に求めことができ、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００３１】
実施の形態１の線量分布モニタ１１は、電圧測定器４５、電極形状記憶部４６と、ガス情報記憶部４８、ガス増幅率演算部５０、補正演算部４３を備えるので、比例計数管１２内の電界強度Ｅが変化した場合でも、変化した電界強度Ｅを用いてガス増幅率演算部５０にて比例計数管１２内のガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができ、線量分布モニタ１１の感度均一性を確保することができる。なお、ガス増幅率演算部５０における電界強度Ｅを演算する演算部は、電界強度演算部ということもできる。
【００３２】
実施の形態１の線量分布モニタ１１は、電圧測定器４５、電極形状記憶部４６と、ガス情報記憶部４８、ガス増幅率演算部５０、補正演算部４３を備えるので、電圧測定器４５、電極形状記憶部４６により比例計数管１２におけるワイヤ電極の２２ａ〜２２ｋの電極形状と印加電圧が正確に把握でき、比例計数管全体の電界強度Ｅをガス増幅率演算部５０にて把握することができる。また、実施の形態１の線量分布モニタ１１は、ワイヤ電極の２２ａ〜２２ｋの印加電圧Ｖｉを電圧測定器４５にて測定するので、印加電圧Ｖｉの変動があっても正確な電界強度Ｅをガス増幅率演算部５０にて求めることができる。このため、実施の形態１の線量分布モニタ１１は、印加電圧Ｖｉの変動があっても、変化した印加電圧Ｖｉを用いてガス増幅率演算部５０にて比例計数管１２内のガス増幅率Ｍを正確に求めることができるので、比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができ、線量分布モニタ１１の感度均一性を確保することができる。
【００３３】
実施の形態１の線量分布モニタ１１は、電圧測定器４５、電極形状記憶部４６と、ガス情報記憶部４８、ガス増幅率演算部５０、補正演算部４３を備えるので、比例計数管１２におけるワイヤ電極の２２ａ〜２２ｋの電極形状が変化した場合でも、電極形状記憶部４６により該当するワイヤ電極の電極形状を用いてガス増幅率演算部５０にて比例計数管１２内のガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができ、線量分布モニタ１１の感度均一性を確保することができる。
【００３４】
実施の形態１の線量分布モニタ１１は、電圧測定器４５、電極形状記憶部４６と、ガス情報記憶部４８、ガス増幅率演算部５０、補正演算部４３を備えるので、比例計数管１２内のガスの種類や圧力が変化した場合でも、ガスの種類や圧力を用いてガス増幅率演算部５０にて比例計数管１２内のガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができ、線量分布モニタ１１の感度均一性を確保することができる。
【００３５】
なお、ガス増幅率Ｍを求めるためには、比例計数管１２内の電界強度Ｅを把握できればよいので、電界強度Ｅを直接計測する装置を用いてもよい。例えば、電界強度Ｅを、ポッケルス効果やカー効果などを利用して、すなわちポッケルス効果やカー効果などを利用したセンサを用いて測定してもよい。例えば、屈折率が電界で変化するポッケルス素子やカー効果を有する結晶に光を入射させて偏光角の変化を測定する等により、電界強度Ｅを測定することができる。
【００３６】
以上のように、実施の形態１の線量分布モニタ１１は、放射線１７を検出する複数の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を有する比例計数管１２と、複数の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）で検出された検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）に基づいて放射線１７における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路１３を備える。計測回路１３は、比例計数管１２に封入されたガスのガス情報（定数Ａ、Ｂ、ガス圧力Ｐ）を記憶したガス情報記憶部４８と、比例計数管１２内の電界強度Ｅを演算し、この演算された電界強度Ｅと、ガス情報記憶部４８に記憶されたガス情報（定数Ａ、Ｂ、ガス圧力Ｐ）に基づいて、検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎のガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を演算するガス増幅率演算部５０と、検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎の検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）と、ガス増幅率演算部５０にて演算された当該検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）に対応するガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３とに基づいて、検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を補正した補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）を生成する補正演算部４３と、補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）に基づいて線量空間分布を生成する分布生成部４４を備える。実施の形態１の線量分布モニタ１１は、比例計数管１２の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎にガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を演算し、このガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により補正された補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）に基づいて線量空間分布を生成するので、比例計数管１２のガス増幅率Ｍ（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）を正確に求めことができ、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００３７】
実施の形態１の放射線照射システム１は、被照射対象物１６に照射される放射線１７における線量の空間分布を測定する線量分布モニタ１１と、被照射対象物１６に放射線１７を照射する放射線発生装置１４と、放射線発生装置１４を制御する照射制御装置１５を備えている。線量分布モニタ１１は、放射線を検出する複数の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）を有する比例計数管１２と、複数の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）で検出された検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）に基づいて放射線１７における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路１３を備える。計測回路１３は、比例計数管１２に封入されたガスのガス情報（定数Ａ、Ｂ、ガス圧力Ｐ）を記憶したガス情報記憶部４８と、比例計数管１２内の電界強度Ｅを演算し、この演算された電界強度Ｅと、ガス情報記憶部４８に記憶されたガス情報（定数Ａ、Ｂ、ガス圧力Ｐ）に基づいて、検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎のガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を演算するガス増幅率演算部５０と、検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎の検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）と、ガス増幅率演算部５０にて演算された当該検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）に対応するガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３とに基づいて、検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を補正した補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）を生成する補正演算部４３と、補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）に基づいて線量空間分布を生成する分布生成部４４を備える。実施の形態１の放射線照射システム１は、比例計数管１２の検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎にガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を演算し、このガス増幅率Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３により補正された補正信号（補正後電流Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３）に基づいて線量空間分布を生成する線量分布モニタ１１を備えているので、被照射対象物１６に正確に放射線１７を照射することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２による線量分布モニタのブロック図である。実施の形態２の線量分布モニタ１１は、電極形状測定器４７を備えた点で、実施の形態１の線量分布モニタ１１とは異なる。なお、図８では、比例計数管１２の複数のワイヤ電極は、３本のみ示した。また、図８では、計測回路１３が電極形状測定器４７を備える例を示した。電極形状記憶部４６に格納される電極形状データは、比例計数管１２の製作の際にあらかじめ測定されたデータを格納する場合もあれば、３次元測定器やカメラ等からなる電極形状測定器４７により測定されたデータを用いる場合もある。比例計数管１２内の電極形状がたわみや経年劣化等で変化する場合には、電極形状測定器４７による測定結果を採用するほうが誤差は少ない。
【００３９】
電極形状測定器４７は、マルチワイヤ式の比例計数管１２の近傍に配置され、例えばある一定の空間分解能でワイヤ電極２２ａ〜２２ｋにおける複数箇所の三次元座標を測定する。これにより、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの長手方向に沿った直径のばらつきやワイヤ同士の間隔を知ることができる。計測は、比例計数管１２の製作の際に測定してもよいし、製作後、モニタの動作中に測定してもよい。モニタ動作中の測定では、比例計数管１２内の電界による引力や斥力によるワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのたわみを直接知ることができるほか、経年劣化による形状変化もとらえることができる。モニタ動作中の測定では、例えば蓋２４付近から計測する。
【００４０】
３次元測定器やカメラ等の電極形状測定器４７により、樹脂製の蓋２４付近からワイヤ電極２２ａ〜２２ｋを計測する場合は、外側電極２５が形成されていない蓋２４は透明である方が望ましい。蓋２４が透明であれば、電極形状測定器４７は可視光を捕える光学カメラやＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等とすることができ、これらを容易に準備することができる。また、外側電極２５が形成された樹脂製の管体２３を介してワイヤ電極２２ａ〜２２ｋを計測する場合は、外側電極２５の金属膜厚は金属の種類にもよるが概ね１μｍ以下が望ましい。金属膜厚は概ね１μｍ以下であれば、可視光を捕える光学カメラやＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラでも測定することができる。また、金属膜厚が１μｍ以上の外側電極２５が形成された樹脂製の管体２３や、金属製の管体２３を介してワイヤ電極２２ａ〜２２ｋを計測する場合は、管体２３の内部に小型のカメラとＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの照明からなる電極形状測定器４７を設置してもよい。管体２３の外部から計測する場合は、Ｘ線、中性子線、ミューオン等の高エネルギー粒子を使ったＣＴ（Computed Tomography）スキャナー等の電極形状測定器４７を用いればよい。
【００４１】
なお、電極形状測定器４７の測定対象はマルチワイヤ式の比例計数管１２に限らず、例えば、ストリップ電極式やＧＥＭ式の場合もある。ストリップ電極式やＧＥＭ式の比例計数管１２では、平板状の電極形状や電極同士の間隔を計測する。特に、電極に突起がある場合、突起近傍で電界強度が大きく変化することがある。電極材料の加工の際にできたバリ（突起）を測定すれば、バリ等の製造ばらつきに起因する電界強度変動がわかるので、高精度にガス増幅率変動を求めることができる。
【００４２】
実施の形態２の線量分布モニタ１１は、電極形状測定器４７を備えるので、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋにおける電極形状がたわみや経年劣化等により変化したとしても、ガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができる。したがって、実施の形態２の線量分布モニタ１１は、比例計数管１２のガス増幅率Ｍを正確に求めことができ、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００４３】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３による線量分布モニタのブロック図である。図１０は図９のガス圧測定部の構成を示す図であり、図１１は図９のガス圧測定部の他の構成を示す図である。実施の形態３の線量分布モニタ１１は、ガス圧測定部４９を備えた点で、実施の形態１の線量分布モニタ１１とは異なる。なお、図９では、比例計数管１２の複数のワイヤ電極は、３本のみ示した。ガス情報記憶部４８に格納されるガス圧力Ｐのデータは、比例計数管１２のガス圧測定部４９によるガス圧力Ｐの測定結果（測定圧力Ｐｍ）を用いてもよい。ガス圧測定部４９は、マルチワイヤ式の比例計数管１２の内部に封入されているガスの圧力を測定するものであり、例えば圧力計などが該当する。図１０に、圧力計であるガス圧測定器５３を備えたガス圧測定部４９を示した。
【００４４】
ガス増幅率Ｍは、式（１）および式（２）から分かるとおりガスの圧力（ガス圧力Ｐ）にも大きく依存するため、ガス圧測定部４９を備えることにより、比例計数管１２内のガス圧力Ｐが変化しても、ガス圧測定部４９で測定した測定圧力Ｐｍを用いることにより、ガス増幅率Ｍをより正確に求めることができる。
【００４５】
また、ガス圧力Ｐは温度が変化することによっても変動する。これは、気体の種類、量、体積がそれぞれ一定の場合、絶対温度の変化率がガス圧力の変化率に等しくなる、という法則から明らかである。すなわち、絶対温度Ｔ０、Ｔ１のときのガス圧をそれぞれＰ０、Ｐ１とすると、式（４）が成立する。
Ｐ０／Ｐ１＝Ｔ０／Ｔ１            ・・・（４）
【００４６】
そのため、ガス圧測定器５３の代わりにガス温度測定器６０、ガス圧演算部６１を備えたガス圧測定部４９を用いてもよい。このガス圧測定部４９を図１１に示した。この場合、ガス圧演算部６１が、ガス圧測定器５３で測定した測定絶対温度Ｔｍから、式（５）によりガス圧力Ｐの測定結果（測定圧力Ｐｍ）を演算する。なお、絶対温度Ｔ０、ガス圧力Ｐ０は、それぞれ基準となる初期温度、初期圧力である。
Ｐｍ＝Ｐ０・（Ｔｍ／Ｔ０）            ・・・（５）
ガス温度測定器６０、ガス圧演算部６１を備えたガス圧測定部４９は、温度測定結果（測定絶対温度Ｔｍ）を基にガス圧力Ｐを初期圧力Ｐ０から補正することにより、ガス増幅率Ｍをより正確に求めることができる。
【００４７】
実施の形態３の線量分布モニタ１１は、ガス圧測定部４９を備えるので、比例計数管１２内のガスの圧力（ガス圧力Ｐ）に変動があった場合でも、ガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができる。したがって、実施の形態３の線量分布モニタ１１は、比例計数管１２のガス増幅率Ｍを正確に求めことができ、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００４８】
実施の形態３の線量分布モニタ１１は、ガス温度測定器６０とガス圧演算部６１を有するガス圧測定部４９を備えるので、比例計数管１２内のガスの温度に変動があった場合でも、ガス増幅率Ｍを正確に求めることができ、かつ比例計数管１２の信号出力、すなわち信号電流を正確に補正することができる。したがって、実施の形態３の線量分布モニタ１１は、比例計数管１２のガス増幅率Ｍを正確に求めことができ、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００４９】
実施の形態３ではマルチワイヤ式の比例計数管について述べたが、ストリップ電極式やＧＥＭ式など、ガス増幅を行う比例計数管であれば、同様の方法で正確なガス圧力Ｐを得ることができる。
【００５０】
実施の形態４．
図１２は本発明における実施の形態４による線量分布モニタのブロック図である。図１３は、図１２の比例計数管内の等電位分布の例の模式図である。図１４は図１２の比例計数管内の電界強度分布の例のグラフであり、図１５は図１２の比例計数管の信号出力の例のグラフである。実施の形態４の線量分布モニタ１１は、電極形状推定部８０を備えている点で実施の形態２の線量分布モニタ１１と異なる。なお、図１２では、比例計数管１２の複数のワイヤ電極は、３本のみ示した。放射線１７の照射を伴わないメンテナンス期間においては、実施の形態２に記載したように、電極形状測定器４７を用いた電極形状の情報の更新が可能である。しかし、治療時の様に、放射線１７の照射中には、電極形状測定器４７が使用できないため、放射線１７の照射中に何らかの要因によって、ワイヤ電極の位置ずれや、ワイヤ電極のたわみが発生した場合には、電極形状推定部８０を用いて、電極形状記憶部４６の記憶される電極形状データを更新し、ワイヤ電極の感度補正を行う。すなわち、各ワイヤ電極の正確なガス増幅率Ｍを用いて各ワイヤ電極の増幅電流Ｉの補正を行う。以下に、電極形状推定部８０を用いた感度補正の原理を説明する。
【００５１】
図１３にワイヤ電極２２ｂの位置ずれが発生した場合の、ワイヤ電極付近の等電位分布の例を示した。ワイヤ電極２２ｂの正常な位置は、図１３のＢ１−Ｂ２と位置Ｗ２を示した破線の交点であるが、図１３ではワイヤ電極２２ｂが左下にずれた場合の等電位分布を示している。ワイヤ電極２２ｂの位置ズレによって、ワイヤ電極２２ｂ近傍で等電位分布に偏りが生じている。このとき、Ｂ１−Ｂ２の破線上の電界強度分布は図１４における電界強度分布７２の様になっており、ワイヤ電極２２ｂの位置ズレが無い場合の電界強度分布７１に対し、偏りが生じている。同時に、ワイヤ電極表面の最大電界強度も、位置ズレがない場合に比べ、各ワイヤ電極で増加または減少している。
【００５２】
このため、各ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃでガス増幅率Ｍに違いが生じており、同じ量の初期電荷に対して、図１５に示す様に、比例計数管１２のワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃから出力される信号出力、すなわち出力される電荷量が、位置ズレが無い場合に比べ変化する。出力電流分布７３は、電界強度分布が電界強度分布７１の場合の出力電流分布であり、出力電流分布７４は、電界強度分布が電界強度分布７２の場合の出力電流分布である。
【００５３】
図３に示すようなワイヤ電極２２ａ〜２２ｋを一列に配置したマルチワイヤ式の比例計数管１２では、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋが受け持つ有感領域で、初期電荷が同じであった場合の各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位（位置の変化）と、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのガス増幅率の関係を求めることができる。この関係を行列Ｒとすると、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位Ｄ（ベクトル）と各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのガス増幅率Ｍ（ベクトル）の関係は、式（６）の様に表すことができる。なお、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位は、初期電荷が同じであった場合の初期位置からの変化である。
Ｍ＝ＲＤ                    ・・・（６）
ここで、式（６）における、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位Ｄおよび各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのガス増幅率Ｍは共にベクトルである。なお、ガス増幅率は、ベクトルであっても、ワイヤ電極毎のガス増幅率と同じ符号を用いる。
【００５４】
ここで、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋにおいて初期電荷が同じとなる条件における測定結果や、３次元静電場解析等により行列Ｒを予め求めておくことが可能である。ガス増幅率Ｍは初期電荷に対する出力電荷の比とみなせるので、初期電荷が同じ場合は、測定される出力電荷Ｑ（ベクトル）とＭは等価とみなせる。すなわち、式（７）が成り立つ。
Ｑ＝ｋＭ                    ・・・（７）
ここで、ｋは比例定数である。
【００５５】
そこで、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋで測定される出力電荷Ｑに対し、行列Ｒの逆行列Ｒ−１をかけることで、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位Ｄを式（８）のように求めることができる。
Ｄ＝Ｒ−１Ｑ＝ｋＲ−１Ｍ        ・・（８）
【００５６】
出力電荷Ｑは、検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を積分することで得られるので、行列Ｒは、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位に対する検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の応答関数を行列形式で表した行列ということもできる。
【００５７】
被照射対象物１６に対して均一な放射線１７を照射する場合は、マルチワイヤ式の比例計数管１２の各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの初期電荷は均一とみなせるため、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの出力電荷Ｑを常時モニタリングすることで、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位Ｄをリアルタイムに把握することができる。照射する放射線１７が被照射対象物１６に対して均一でない場合は、照射放射線量の位置分布の計画値を基に初期電荷量の分布を求めることで、初期電荷量と出力電荷量（出力電荷Ｑの電荷量）の比率を求めることができ、式（８）により各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位Ｄをリアルタイムに把握することができる。
【００５８】
また、初期電荷として、放射線源８１から放出される放射線によるガスの電離も利用できる。この場合、放射線源８１は、図１６、図１７に示すように、マルチワイヤ式の比例計数管１２の内部もしくは筐体２１の近傍に設置可能である。図１６、図１７は、放射線源の配置例を示す図である。図１６には放射線源８１が比例計数管１２の内部に設置された例を示し、図１７には放射線源８１が比例計数管１２の外部で筐体２１の近傍に設置された例を示した。図１６、図１７は、図３の比例計数管１２を上側から見た図である。いずれの場合も、放射線源８１を、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋでの初期電荷が均一になる様に配置する。
【００５９】
また、これ以外に、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋに同じ量の微量の放射性物質、すなわち放射線源８１を蒸着することでも、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋで均一な初期電荷を得ることができる。図１８は、放射線源の配置例を示す図であり、例えば各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの破線枠８２で囲まれた部分に放射性物質（放射線源８１）が蒸着された部分である。図１８は、図３の比例計数管１２を上側から見た図である。ここで、放射線源８１の強度を、照射される放射線１７の測定対象範囲の強度よりも小さくすることで、測定結果への影響を無視することができる。同時に、放射線源８１による出力の有無により、線量分布モニタ１１の健全性も確認することが可能となる。
【００６０】
電極形状推定部８０は、補正演算部４３から出力された出力電荷Ｑから、上記の方法により各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位情報（変位Ｄ）を生成し、この各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位情報（変位Ｄ）を電極形状記憶部４６に伝送し、電極形状記憶部４６の記憶される電極形状データを更新する。この場合、電極形状データは、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの変位情報（変位Ｄ）が更新された電極形状データとなる。なお、この変位情報（変位Ｄ）は、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのたわみによる部分的な位置ずれも含まれる。
【００６１】
このように、実施の形態４の線量分布モニタ１１は、放射線１７の照射中に何らかの要因によって、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの位置ずれや、ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋのたわみが発生した場合においても、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの感度を正確に補正する事が可能となる。実施の形態４の線量分布モニタ１１は、各ワイヤ電極２２ａ〜２２ｋの感度を正確に補正することができるので、放射線１７の空間分布を高精度に測定できる。
【００６２】
実施の形態４の線量分布モニタ１１は、検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎の検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）に基づいて検出チャネル（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）毎の変位情報（変位Ｄ）を生成し、電極形状記憶部４６に記憶された電極形状データを更新する電極形状推定部８０を備える。電極形状推定部８０は、電極（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の変位Ｄに対する検出信号（増幅電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の応答関数（行列Ｒ）を用いて、変位情報（変位Ｄ）を生成する。したがって、実施の形態４の線量分布モニタ１１は、測定中に電極（ワイヤ電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）の位置に変化があった場合でも、ガス増幅率Ｍを正確に求めることができるので、検出器出力を正確に補正することができる。
【００６３】
なお、計測回路１３における、補正演算部４３、分布生成部４４、ガス増幅率演算部５０、及び図１３の電極形状推定部８０は、例えば図１９に示すプロセッサ９１、メモリ９２により機能が実現される。分布生成部４４の表示画面は、例えばモニタ９３の表示画面である。図１９は、計測回路における、補正演算部、分布生成部、ガス増幅率演算部、電極形状推定部の機能ブロックを実現するハードウェア構成を示す図である。補正演算部４３、分布生成部４４、ガス増幅率演算部５０、及び図１３の電極形状推定部８０は、プロセッサ９１がメモリ９２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサ９１および複数のメモリ９２が連携して上記機能を実行してもよい。
【００６４】
なお、線量分布モニタ１１を２つ備えた放射線照射システム１で説明したが、１次元の空間分布を測定する場合には、１つの線量分布モニタ１１のみ備えても構わない。また、本発明は、矛盾のない範囲内において、各実施の形態の内容を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１…放射線照射システム、１１、１１ａ、１１ｂ…線量分布モニタ、１２、１２ａ、１２ｂ…比例計数管、１３、１３ａ、１３ｂ…計測回路、１４…放射線発生装置、１５…照射制御装置、１６…被照射対象物、１７…放射線、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ…ワイヤ電極（検出チャネル）、４３…補正演算部、４４…分布生成部、４５…電圧測定器、４６…電極形状記憶部、４７…電極形状測定器、４８…ガス情報記憶部、４９…ガス圧測定部、５０…ガス増幅率演算部、５３…ガス圧測定器、６０…ガス温度測定器、６１…ガス圧演算部、８０…電極形状推定部、８１…放射線源、Ｍ、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３…ガス増幅率、Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３…増幅電流（検出電流）、Ｉａ、Ｉａ１、Ｉａ２、Ｉａ３…補正後電流、Ｖｉ、Ｖｉ１、Ｖｉ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３…印加電圧、Ａ、Ｂ…定数（ガス情報）、Ｐ…ガス圧力（ガス情報）、Ｅ…電界強度、Ｔｍ…測定絶対温度、Ｄ…変位（変位情報）、Ｒ…行列（応答関数）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年2月4日(2020.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射対象物に照射される放射線における線量の空間分布を測定する線量分布モニタであって、
前記放射線を検出する複数の検出チャネルを有する比例計数管と、複数の前記検出チャネルで検出された検出信号に基づいて前記放射線における線量の空間分布である線量空間分布を生成する計測回路を備え、
前記計測回路は、
前記比例計数管に封入されたガスのガス情報を記憶したガス情報記憶部と、
前記比例計数管内の電界強度を演算し、この演算された前記電界強度と、前記ガス情報記憶部に記憶された前記ガス情報に基づいて、前記検出チャネル毎のガス増幅率を演算するガス増幅率演算部と、
前記検出チャネル毎の前記検出信号と、前記ガス増幅率演算部にて演算された当該検出チャネルに対応する前記ガス増幅率とに基づいて、前記検出信号を補正した補正信号を生成する補正演算部と、
前記補正信号に基づいて前記線量空間分布を生成する分布生成部を備えたことを特徴とする線量分布モニタ。