(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップ：
（ａ）蛍光核飛跡検出器についての放射線線量測定値を該蛍光核飛跡検出器についての複数の蛍光造影画像に基づいて調節し、それにより、較正済み放射線線量測定値を生成するステップと、
（ｂ）該較正済み放射線線量測定値をユーザに対して表示し、かつ／または、該較正済み放射線線量測定値を記憶媒体に保存するステップと、を含む放射線線量測定方法であって、
該蛍光核飛跡検出器が、ルミネセンス材料を含み、
該放射線線量測定値が、第１の波長を有するレーザからの励起光を用いて該蛍光核飛跡検出器の蛍光イメージングを行うことによって生成された１つ以上の蛍光測定値に基づき、
該複数の蛍光造影画像が、第２の波長を有する励起光で該蛍光核飛跡検出器を照らすことによって生成され、そして
該ルミネセンス材料が酸化アルミニウムを含む、方法。
【請求項２】
前記放射線線量測定値が、前記蛍光核飛跡検出器の共焦点レーザ走査蛍光イメージングによって生成された１つ以上の蛍光測定値に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つ以上の蛍光測定値が、ルミネセンス材料中の放射線感受性の色中心の濃度を判定するために利用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上の蛍光測定値の各蛍光測定値が、前記第１および第２の波長とは異なる第３の波長を有する照明光を用いて行われる前記蛍光核飛跡検出器についての１つ以上の拡散反射測定に基づく、補正された蛍光測定値である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上の拡散反射測定が、前記第３の波長を有する照明光を用いた拡散反射造影に基づく画像取得を用いて行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上の拡散反射測定のための前記画像取得が、複数の蛍光測定値のための画像取得に用いられるのと同じ撮像カメラで行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記放射線線量測定値が、前記レーザで前記蛍光核飛跡検出器の共焦点レーザ走査を行い、前記ルミネセンス材料からの放射線誘起蛍光を測定することによって生成された１つ以上の画像の平均強度に基づいて判定される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記放射線線量測定値が、前記レーザで前記蛍光核飛跡検出器の共焦点レーザ走査を行い、前記ルミネセンス材料からの放射線誘起蛍光を測定することによって生成された１つ以上の画像のパワースペクトル積分に基づいて判定される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ルミネセンス材料が、Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇを含み、前記放射線線量測定値が、赤色レーザからの前記第１の波長の励起光を用いた前記蛍光核飛跡検出器の共焦点レーザ走査蛍光イメージングによって生成された１つ以上の「赤色蛍光」光測定値に基づき、前記放射線線量測定値の調節が、前記第２の波長の青色励起光で前記蛍光核飛跡検出器を照明することによって生成された複数の緑色蛍光造影画像に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の蛍光測定値の各蛍光測定値が、前記蛍光核飛跡検出器についての１つ以上の拡散反射測定値に基づく補正された蛍光測定値であり、前記１つ以上の拡散反射測定値が、前記第１および第２の波長とは異なる第３の波長を有するＮＩＲ照明光で前記蛍光核飛跡検出器を照明することによって生成されたＮＩＲ拡散反射光に基づく１つ以上の拡散反射造影画像に基づく、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ＮＩＲ照明光および前記ＮＩＲ拡散反射光のそれぞれが、８００〜１０００ｎｍの間の波長を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記赤色レーザが、６１０〜６６０ｎｍの間の波長を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記「赤色蛍光」光が、６８０〜８５０ｎｍの間の波長を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記青色励起光が、４１０〜４７０ｎｍの間の波長を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記緑色蛍光造影画像が、４７０〜５７０ｎｍの間の波長を有する緑色蛍光によって生成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｂ）が、前記１つ以上のそれぞれの較正済み放射線線量測定値を前記ユーザに対して表示することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）が、前記１つ以上のそれぞれの較正済み放射線線量測定値を記憶媒体に保存することを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）を用いる、線量測定のための放射線測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術）
蛍光核飛跡検出器における放射線吸収を測定するための既存の手法には種々の欠点がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
第１の広範な局面によると、本発明は、（ａ）蛍光核飛跡検出器についての放射線線量測定値を該蛍光核飛跡検出器についての複数の蛍光造影画像に基づいて調節し、それにより、較正済み放射線線量測定値を生成するステップと、（ｂ）該較正済み放射線線量測定値をユーザに対して表示し、および／または該較正済み放射線線量測定値を記憶媒体に保存するステップと、を含む方法であって、該蛍光核飛跡検出器が、ルミネセンス材料を含み、該放射線線量測定値が、第１の波長を有するレーザからの励起光を用いて該蛍光核飛跡検出器の蛍光イメージングを行うことによって生成された１つ以上の蛍光測定値に基づき、該複数の蛍光造影画像が、第２の波長を有する励起光で該蛍光核飛跡検出器を照らすることによって生成される、方法を提供する。
【０００４】
本明細書中に援用され、かつ本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の代表的な実施形態を示し、そして上記の一般的な説明および下記の詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明する役割を果たすものである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）リーダの概略図である。
【図２】図２は、本発明の１つの実施形態に係る撮像カメラヘッドの概略図である。
【図３】図３は、本発明の１つの実施形態に係る撮像カメラヘッドの斜視図である。
【図４】図４は、図３の撮像カメラヘッドの分解斜視図である。
【図５】図５は、図３の撮像カメラヘッドの断面斜視図である。
【図６】図６は、図３に示した撮像カメラヘッドを用いる緑色蛍光造影におけるＦＮＴＤの画像である。
【図７】図７は、図３に示した撮像カメラヘッドを用いる近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影における図６のＦＮＴＤの画像である。
【図８】図８は、高線量照射された検出器の、レーザ走査蛍光共焦点光学ヘッドを用いて得られた蛍光画像を示す：左）裸の（bare）ＡｍＢｅ線源からの１Ｓｖの高速中性子；右）２ＳｖのＣｓ−１３７、６６１ｋｅＶガンマ光子。
【図９】図９は、本発明の１つの実施形態に係る、１組の照射されたＦＮＴＤと、それらの赤色および緑色蛍光造影ならびにＮＩＲ拡散反射モードにおける画像とから、予測モデルと線量計算式とを得るための方法を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の１つの実施形態に係る、赤色および緑色蛍光造影ならびにＮＩＲ拡散反射モードにおける１組の画像から放射線線量を判定するための方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、Ｘ線光子が照射された数個のＦＮＴＤについての放射線誘起赤色蛍光（ＲＯＩについての平均強度）の線量依存性を示すグラフである。
【図１２】図１２は、Ｘ線光子が照射された数個のＦＮＴＤについての放射線誘起赤色蛍光（パワースペクトル積分）の線量依存性を示すグラフである。
【図１３】図１３は、Ｘ線光子が照射された９９個の検出器についての「緑色」蛍光強度と放射線誘起「赤色蛍光」の感度係数との間の相関依存性を示すプロットである。
【図１４】図１４は、Ｘ線光子が照射された９９個の検出器についての「緑色」蛍光強度と「赤色蛍光」のバックグラウンドとの間の相関依存性を示すプロットである。
【図１５】図１５は、「赤色蛍光」を用いるアナログモードでのＦＮＴＤ線量測定の測定値の不確定性に対するＮＩＲ拡散反射補正および「緑色」蛍光補正の両方の効果を示す２つのプロットを示す。
【図１６】図１６は、６００ｃＧｙの光子線量が照射された３５個の無作為に選択された検出器についての、記載の補正手法を用いる線量判定の相対誤差のプロットである。
【図１７】図１７は、９９個の非照射および照射後検出器についての２組の「緑色」蛍光データ間の相関を示すプロットであり、「緑色」蛍光が１０００ｒａｄ未満の線量での照射によって大きく影響を受けることはないことを示す。
【図１８】図１８は、光吸収によって判定された色中心濃度と「緑色」蛍光によって判定された色中心濃度との間の相関を示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
（定義）
用語の定義が該用語の一般的に使用される意味から外れる場合は、出願人は、特に示さない限りは、以下に提供される定義を用いることを意図する。
【０００７】
本発明の目的のために、「上面」、「下面」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「左」、「右」、「水平」、「垂直」、「上向き」、「下向き」などのような方向の用語は、本発明の種々の実施形態の説明において、単に便宜上用いられる。
【０００８】
本発明の目的のために、値または性質が、ある特定の値、性質、ある条件の充足、または他の要因に「基づく」のは、その値、性質、または他の要因を用いて数学的算出または論理的決定を行うことによって該値が導出される場合である。例えば、本発明の方法と共に用いられる線量測定用検出デバイスは、既知の種類、エネルギーおよび入射角の重荷電粒子に曝されたルミネセンス材料の蛍光を測定するためにそのデバイスが用いられる場合にそのデバイスによって測定される蛍光の空間分布に基づいて較正され得る。
【０００９】
本発明の目的のために、用語「アナログモード」とは、ＦＮＴＤ検出器とレーザ走査共焦点蛍光顕微鏡法とを用いて赤色刺激蛍光造影において得られた複数の画像の１つ（または画像の一部）の平均強度またはパワースペクトル積分を言う。
【００１０】
本発明の目的のために、用語「ブリーチされた検出器」は、例えば窒素レーザまたは固体レーザによって生成され、３３０〜３５５ｎｍの波長範囲で短い（例えば、数ナノ秒）レーザパルスを発生させる高強度レーザ光で検出器を照らしかつ走査する、というような処理によってブリーチされたＦＮＴＤのような放射線検出器を言う。
【００１１】
本発明の目的のために、用語「色中心」とは、用語「色中心」の従来の意味、すなわち、結晶中で光吸収を生じ、かつ光励起時にルミネセンスの光子を生成する、結晶格子における点欠陥を言う。結晶材料における色中心、不純物、または真性欠陥は、不安定種を生じる。この不安定種または欠陥に局在する電子は、光の光子を吸収することによって励起状態への量子遷移を行い、そしてルミネセンスの光子を放出することによって基底状態に戻る量子遷移を行う。
【００１２】
本発明の目的のために、用語「共焦点検出」とは、一般に、物体（結晶）の焦点面とその上下に位置する平面とから放出された光がダイクロイックビームスプリッタまたはミラーに到達する、蛍光のデスキャン検出（descanned detection）を言う。このダイクロイックビームスプリッタ／ミラーは励起光から蛍光を分離し、続いて蛍光は物体内部の焦点面と共役な平面に正確に位置する絞り（共焦点絞り／ピンホール）に焦点を合わせられる。顕微鏡の光学解像度は、絞りの大きさを変えることによって調節し得る。絞りの手前または後ろに、励起放射線を再度抑制する別のダイクロイックブロッキングフィルタが位置する。このブロッキングフィルタを通過した後、蛍光は、光検出器によって測定される。典型的な共焦点検出方式は、結像系の第二焦点の位置にある光検出器の手前に小さいアパーチャが設けられ、媒体から反射したレーザビームまたは媒体からのレーザ誘起蛍光が対物レンズによって集光され、ダイクロイックビームスプリッタ、ミラー、レンズ、および／または他の光学部品を用いてアパーチャ上に結像される、走査型共焦点顕微鏡の配置を含む。
【００１３】
本発明の目的のために、用語「コンピュータ」とは、ソフトウェアを実行する任意の種類のコンピュータまたは他の装置を言い、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、メインフレームコンピュータ、ミニコンピュータ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのような個々のコンピュータを含む。コンピュータはまた、スマートフォン、電子書籍リーダ、携帯電話、テレビ、携帯用電子ゲーム機、ビデオゲーム機、ＭＰ３プレーヤのような圧縮オーディオまたはビデオプレーヤ、ブルーレイプレーヤ、ＤＶＤプレーヤなどのような電子機器も言う。また、用語「コンピュータ」とは、ビジネスにおけるコンピュータのネットワーク、コンピュータバンク、クラウド、インターネットなどのような、コンピュータの任意の種類のネットワークを言う。
【００１４】
本発明の目的のために、用語「放射線のコンバータ」または単に「コンバータ」とは、１種類の放射線を別のものに変換するために用いられる材料の層を言う。例えば、非電離中性子放射線をルミネセンス検出器材料中で電離を行うことができる反跳陽子またはノックアウト陽子に変換するために、ポリエチレンのような水素含有材料が用いられる。放射線のコンバータの別の例は、６Ｌｉを天然に含むフッ化リチウム（ＬｉＦ）である。６Ｌｉは、減速された熱中性子について高い捕獲断面積を有し、核反応生成物としてのアルファ粒子およびトリチウムイオンが検出器材料を電離させ蛍光飛跡を生じさせる。さらに別の周知の種類の熱中性子コンバータは、酸化ホウ素および炭化ホウ素のような１０Ｂの同位元素を含有する任意の材料である。中性子に対して識別しながらＸ線またはガンマ光子を検出する際に電子平衡を維持するために、コンバータは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素化プラスチックのような非水素含有材料から作られている。
【００１５】
本発明の目的のために、用語「結晶材料」とは、用語「結晶材料」の従来の意味、すなわち、その構造中に規則的または周期的な原子配置を有する任意の材料を言う。
【００１６】
本発明の目的のために、用語「欠陥」とは、結晶の格子に関する用語「欠陥」の従来の意味、すなわち、結晶格子中の空格子点、格子間原子、不純物原子、またはその他の不完全性を言う。
【００１７】
本発明の目的のために、用語「拡散反射造影（diffuse reflection contrast）」とは、ある物体（結晶）が反射した拡散光によって形成される当該物体の像を言う。例えば、用語「近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影」とは、ある物体（ＦＮＴＤ結晶）が反射した拡散ＮＩＲ光によって形成される当該物体の像を言う。
【００１８】
本発明の目的のために、用語「イメージングの拡散反射モード」とは、照明波長と同じ波長での物体（結晶）のイメージングを言う。励起光と発光の分離は不要である。このモードは、ＦＮＴＤ結晶が反射した光がカメラ（撮像装置）によって撮像される、放射線検出器の動作モードを言う。本発明の１つの実施形態においては、近赤外（ＮＩＲ）照明下で、ＦＮＴＤ結晶が反射した光が撮像（ＣＭＯＳまたはＣＣＤ）カメラによって検出される。
【００１９】
本発明の目的のために、用語「蛍光」とは、用語「蛍光」の従来の意味、すなわち、原子、分子などが高い電子状態から低い電子状態への量子遷移中に可視放射を発し、エネルギーの吸収と放出の間の時間間隔が典型的に非常に短い（例えば、１０−１０から１０−１秒）、ルミネセンスの一種を言う。
【００２０】
本発明の目的のために、用語「蛍光色中心」とは、光刺激下で蛍光を発することができる色中心を言う。
【００２１】
本発明の目的のために、用語「蛍光造影（fluorescence contrast）」とは、ある物体（結晶）が放出した蛍光によって形成される当該物体の像を言う。例えば、用語「緑色蛍光造影」とは、ある物体が放出した緑色蛍光によって形成される当該物体の像を言う。
【００２２】
本発明の目的のために、用語「ハードウェアおよび／またはソフトウェア」とは、デジタルソフトウェア、デジタルハードウェア、またはデジタルハードウェアおよびデジタルソフトウェアの両方の組み合わせによって実現され得るデバイスを言う。
【００２３】
本発明の目的のために、用語「電離放射線」とは、原子をイオンおよび電子に解離させることができる任意の粒子放射線または電磁放射線を言う。本発明は、直接電離放射線および間接電離放射線の両方の線量を判定するために用いられ得る。
【００２４】
本発明の目的のために、用語「照射」とは、用語「照射」の従来の意味、すなわち、例えば電子、陽子、アルファ粒子などの高エネルギー荷電粒子への曝露、または例えばガンマ線、Ｘ線、紫外線などの可視光よりも短い波長の電磁放射線への曝露を言う。
【００２５】
本発明の目的のために、用語「マイクロプロセッサ」とは、集積回路チップに搭載されたコンピュータプロセッサをいい、このようなプロセッサは、メモリおよびその関連回路も含み得る。マイクロプロセッサは、選択された機能、計算方法、切換えなどを実行または制御するために、プログラムされた命令をさらに含み得る。マイクロプロセッサおよびその関連装置は、限定されないが、Cypress Semiconductor Corporation、IBM Corporation、Applied Microsystems Corporation、Intel Corporation、Microchip Technologyなどを含む多くの供給元から市販されている。
【００２６】
本発明の目的のために、用語「近赤外（ＮＩＲ）」とは、約７００ｎｍ〜約２５００ｎｍの波長を有する光を言う。
【００２７】
本発明の目的のために、用語「ＯＳＬＭ」とは、光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）材料、すなわち、放射線への曝露量（直接、間接、または低透過）が光刺激ルミネセンス法を用いて判定され得る材料を言う。Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，ＭｇのようなＡｌ２Ｏ３材料がＯＳＬＭの一例である。Ａｌ２Ｏ３材料が受けた放射線曝露の量は、Ａｌ２Ｏ３材料をレーザまたは発光ダイオード源からの緑色光で刺激することによって測定され得る。その結果Ａｌ２Ｏ３から放出される青色光は、放射線曝露の量と刺激光の強度とに比例している。この手法では高エネルギーおよび低エネルギーの光子とベータ粒子との両方を測定することができる。ＯＳＬ材料およびシステムのさらなる情報については、Millerに発行された米国特許第５，７３１，５９０号、Akselrodに発行された米国特許第６，８４６，４３４号、Schweitzerらに発行された米国特許第６，１９８，１０８号、Yoderらに発行された米国特許第６，１２７，６８５号、Akselrodらによって出願された米国特許出願第１０／７６８，０９４号を参照のこと。これらのすべての全体を参照により本明細書に援用する。また、「Optically Stimulated Luminescence Dosimetry」、Lars Botter-Jensenら、Elesevier (2003)；Klemic, G.、Bailey, P.、Miller, K.、Monetti, M.、External radiation dosimetry in the aftermath of radiological terrorist event、Rad. Prot. Dosim.、120 (1-4): 242-249 (2006)；Akselrod, M. S.、Kortov, V. S.、およびGorelova, E. A.、Preparation and properties of Al2O3:C、Radiat. Prot. Dosim. 47, 159-164 (1993)；ならびにAkselrod, M. S.、Lucas, A. C.、Polf, J. C.、McKeever, S. W. S.、Optically stimulated luminescence of Al2O3:C、Radiation Measurements、29, (3-4), 391-399 (1998)も参照のこと。これらのすべての全体を参照により本明細書に援用する。
【００２８】
本発明の目的のために、用語「非一時的記憶媒体」とは、情報のビット(bits of information)を非一時的に記憶する任意の記憶媒体を言う。
【００２９】
本発明の目的のために、用語「ＯＳＬリーダ」とは、ＯＳＬセンサにおけるＯＳＬＭを刺激してルミネセンス光を発する刺激光を生成するデバイスを言う。特定の刺激状態（stimulation regime）（連続刺激、読み取り波長および強度、ならびに種々のパルス持続期間、パルス周波数、パルス形状およびパルス間の時間でのパルス刺激）の下では、発光強度は、約０．０１ｍＧｙ（１ｍｒａｄ）〜約１００Ｇｙ（１０，０００ｒａｄ）を超える範囲の放射線曝露量に比例する。
【００３０】
本発明の目的のために、用語「パワースペクトル積分（ＰＳＩ）」とは、離散高速フーリエ変換によって得られた画像の２次元空間周波数スペクトルの積分を言う。ＰＳＩは、放射線の吸収線量に正比例する線量測定パラメータであり、Akselrodらの米国特許第７，９０２，５２５号、Akselrodらの米国特許第７，９４３，９１１号、およびAkselrodらの米国特許第７，９６４，８５４号を参照のこと。これらの内容および開示の全体を参照により本明細書に援用する。
【００３１】
本発明の目的のために、用語「プロセッサ」とは、例えば命令の実行、ロジック（論理）の実施、値の算出および記憶などが可能な装置を言う。代表的なプロセッサとしては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、中央処理装置、例えばIntelおよびAMDから市販されているマイクロプロセッサのようなマイクロプロセッサなどが挙げられ得る。
【００３２】
本発明の目的のために、用語「放射線線量」とは、放射線検出器が曝された特定の種類の放射線についての放射線線量の値を言う。
【００３３】
本発明の目的のために、用語「放射線線量測定」とは、用語「放射線線量測定」の従来の意味、すなわち、ある材料、ある物体、またはある個体の身体に吸収された放射線線量の量の測定を言う。
【００３４】
本発明の目的のために、用語「赤色蛍光」および用語「赤色蛍光の」とは、６８０〜８５０ｎｍの範囲の蛍光を言う。「赤色蛍光」は、赤色または近赤外の光を言う場合もある。本発明の１つの実施形態においては、ルミネセンス材料を赤色レーザ光で刺激することによって「赤色蛍光」を生じさせる。
【００３５】
本発明の目的のために、用語用語「記憶媒体」とは、情報のビットを格納するために用いられ得る任意の形態のストレージを言う。記憶媒体の例としては、ＭＲＲＡＭ、ＭＲＲＡＭ、ＥＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＲＦＩＤタグ、フロッピーディスク、ＺｉｐＴＭディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−Ｒ、フラッシュメモリ、ハードディスク、光ディスクなどのような揮発性および不揮発性両方のメモリが挙げられる。
【００３６】
本発明の目的のために、用語「飛跡」とは、媒体を透過する粒子軌道の潜像または可視像を言う。
【００３７】
本発明の目的のために、用語「トラップ」とは、電子トラップまたは正孔トラップを言う。トラップは、局在化した電子状態を生じさせることができそして結晶材料の伝導帯または価電子帯からの自由電子または正孔を捕獲することが可能な結晶格子における構造欠陥である。
【００３８】
本発明の目的のために、用語「視覚的ディスプレイデバイス」、用語「視覚的ディスプレイ装置」、および用語「視覚的ディスプレイ」とは、ＬＣＤスクリーン、タッチスクリーン、ＣＲＴモニタ、ＬＥＤ、投影ディスプレイ、写真および／または文章のような画像を印刷するためのプリンタなどのような、任意の種類の視覚的ディスプレイデバイスまたは装置を言う。視覚的ディスプレイデバイスは、コンピュータモニタ、テレビ、プロジェクタ、携帯電話、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯用音楽および／またはビデオプレーヤ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯用ゲーム装置、ヘッドマウントディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信器、カーナビゲーションシステム、ダッシュボード、腕時計などの別の装置の一部であってもよい。
【００３９】
（説明）
蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）は、文献１−３において包括的に記載されている受動積算型の放射線検出器である。ＦＮＴＤは、炭素とマグネシウムとをドープしたサファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ）から作られている。ＦＮＴＤ結晶は、温度（約６００℃）および環境に対する良好な安定性を有しかつ周辺光感受性または熱フェーディングのない集合酸素空孔欠陥（aggregate oxygen vacancy defects）を含む。この種類の放射線検出器は、電磁干渉に影響されず、中性子と光子の純粋場および混合場において非常に高い線量率（約１０８Ｇｙ／ｓ）で線量を測定することが可能である１−８。ＦＮＴＤは、非破壊的に多数回読み取ることができ、熱アニーリングおよび／または光学ブリーチング後に再利用可能である。Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ製ＦＮＴＤのさらなる魅力的な特徴として、検出器の読み取り値の空間解像度が優れていること、従来のＣＲ−３９プラスチック核飛跡検出器と比較して重荷電粒子に対する線エネルギー付与（ＬＥＴ）感度の範囲が広いこと、ＣＲ−３９の場合のようなＮａＯＨ中での長時間の照射後化学エッチングが不要であること９が挙げられる。受動型検出器として、ＦＮＴＤは照射時に電線や電子装置やバッテリーを必要としない。現在までのところ、ＦＮＴＤ技術は、研究および商業用途における利用に成功するのに十分な成熟度に達している。ＦＮＴＤの適用性は、高解像度シンクロトロンマイクロビームイメージング１０、重荷電粒子ＬＥＴ分光法１１、３Ｄ飛跡再構成を用いるアルファ粒子イメージング分光測定法１２、および生細胞におけるＤＮＡ二本鎖切断と放射線療法で用いられる高エネルギー炭素イオンの飛跡との間の共局在についての放射線生物学実験１３において実証された。最近、ＦＮＴＤ技術を利用する商用の線量測定システムが発売された２。この商用システムは、様々な比率の中性子（２４１ＡｍＢｅ、裸の２５２Ｃｆおよび減速２５２Ｃｆ）と光子（１３７ＣｓおよびＸ線）の中性子−光子混合場の測定についてのＵＳ  ＡＮＳＩ  Ｎ１３．１１−２００９１４およびＩＳＯ−２１９０９−１１５規格の草案に適合していることが示されている。
【００４０】
ＦＮＴＤ技術は、電離放射線によって生じるエネルギー付与の光学蛍光画像を記録する特異な機会を提供する。電離放射線によって生じる結晶中の放射線誘起蛍光の空間的ばらつきは、共焦点レーザ走査蛍光イメージングを通じて評価され得る１−５。この高解像度イメージング能力は、ＦＮＴＤ技術が作用可能な２つのモード、すなわち「デジタル」つまり飛跡計数モードと「アナログ」モードとを提供する１−４。最大で約５０ｍＳｖまでの中性子・光子合計線量において有用な飛跡計数モードでは、ＦＮＴＤを覆うコンバータ（ポリエチレンまたは６Ｌｉ含有材料）との中性子相互作用から生じる重荷電粒子または反跳陽子によって蛍光飛跡が作られる。高速中性子照射の場合は、固体の中で最も水素濃度が高い材料であるポリエチレン中での中性子散乱によって、反跳陽子が生成される。減速された熱中性子は、６Ｌｉ原子核によって効率よく吸収され、アルファ粒子およびトリトンを生成する核反応が起こる。
【００４１】
飛跡計数モードでは、ＦＮＴＤを「バイナリ」検出器とみなすことができる。すなわち、飛跡は存在するかしないかのどちらかである。したがって、結晶ごとに放射線感受性の色中心の濃度が異なる場合であっても、個々の検出器の較正もしくは感度補正は不要である。「アナログ」モードは、画像の平均「赤色蛍光」強度（Ｆｒｅｄ）かまたは画像パワースペクトル積分（ＰＳＩ）かのどちらかを線量の測定基準として利用する１，３，４。本発明者らにより、赤色光によって励起される平均「赤色蛍光」画像強度と比較してＰＳＩがより広い線量範囲で確実に機能することが見出されたため、以下の説明および例においては、ＰＳＩ測定基準で得られた結果を用いる。線量測定パラメータとして用いられるＰＳＩと平均「赤色蛍光」画像強度との両方について、同様の結果が得られた。５０ｍＳｖよりも高い線量の中性子−光子混合場では、重荷電粒子またはデルタ電子によって作られた蛍光飛跡が合体し始め、飛跡密度が高くなり過ぎて確実な飛跡計数ができず、アナログ画像処理モードが用いられる。
【００４２】
個々の飛跡の識別および計数に頼らないアナログ法は、５０ｍＳｖよりも高い線量を測定するために必要とされる。しかし、高線量中性子および光子測定のために開発されたアナログパラメータであるパワースペクトル積分の大きさは、照射線量だけでなく各ＦＮＴＤ結晶中の色中心濃度にも依存する。色中心濃度は検出器ごとに異なるため、正確な線量推定には各検出器における色中心濃度の推定が必要である。検出器ごとに色中心濃度を測定し、それによって感度を較正するための方法は、ＦＮＴＤのＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ結晶の光ルミネセンスの励起−発光スペクトルを調べることで理論付けされ得る。結晶の着色および放射線感度に最も関連のある分光学的特徴は、４３５／５２０ｎｍにピークがあり、そしてＦ２２＋（２Ｍｇ）に割り当てられる励起−発光帯、ならびに６２０／７５０ｎｍにてＦ２＋（２Ｍｇ）に割り当てられる励起−発光帯である１，５。結晶の緑色の着色の原因となるＦ２２＋（２Ｍｇ）中心は、電子トラップであり、アニールされた（つまり結晶検出器の消去された状態）で濃度が最高となることが明らかになっている１，５。これらの色中心は、照射時の電子捕獲の結果としてＦ２＋（２Ｍｇ）中心へと放射線着色転換（radiochromic transformation）される５。よって、「緑色蛍光」（Ｆｇｒｅｅｎ）とも言うＦ２２＋（２Ｍｇ）帯の強度が、結晶の初期の着色とこの結晶の放射線に対する感度とを特徴づけ、「赤色蛍光」とも言うＦ２＋（２Ｍｇ）帯が、線量測定情報を伝える。本発明の１つの実施形態において、色中心の濃度は、Ｆ２２＋（２Ｍｇ）色中心を４４０ｎｍ前後の青色光で励起し、その結果生じる５２０ｎｍを中心とする緑色蛍光を測定することによって判定され得る。
【００４３】
あるＦＮＴＤから集光される緑色蛍光の強度は、検出器の界面で発生する励起光と蛍光発光との両方の拡散反射の影響を受ける。本発明の１つの実施形態においては、ＦＮＴＤ結晶の片側のみが光学品質まで研磨される。結晶の反対側はラッピングされるだけであり、よって、ラッピングされた表面の粗さは結晶ごとに大きく異なり得る。非研磨表面での拡散反射（散乱）は最終的に緑色蛍光の集光効率に影響を及ぼす。このため、精度が高く再現可能な緑色蛍光強度測定には、検出器のラッピングされた表面に受けた拡散反射の度合いの推定が必要である。拡散反射は、拡散反射の幾何学的条件において、光学活性でない、すなわち結晶に蛍光発光させない光をＦＮＴＤに照射し、散乱光を集光することによって、特徴付けられ得る。
【００４４】
あるＦＮＴＤについての吸収放射線線量を判定する際には、米国特許第７，９０２，５２５号に記載のように、平均パワースペクトル積分（ＰＳＩ）パラメータが、放射線の吸収線量に比例するアナログパラメータとして用いられる（米国特許第７，９０２，５２５号ではＰＳＩパラメータは「空間周波数パワースペクトル積分と称されている）。この文献の内容および開示の全体を参照により本明細書に援用する。ポリエチレン（ＰＥ）またはＬｉガラスコンバータに隠れたＦＮＴＤ領域から得られたＰＳＩは、光子線量および中性子線量の両方に比例するが、ＰＴＦＥコンバータに隠れたＦＮＴＤ領域から得られたＰＳＩパラメータは、光子線量のみに比例する。中性子線量は、それら２つのシグナルをそれぞれの感度補正後に減算することによって算出される。アナログのＰＳＩおよび赤色蛍光強度の感度係数は、中性子と光子とで値が異なることがあり、また、中性子および光子の両方のエネルギーに依存し得る。
【００４５】
放射線線量を測定するために利用される別のアナログパラメータは、米国特許第７，０９８，４７０号に記載されているような手法を用いてバックグラウンドシグナルを除去した後の平均蛍光強度である。この文献の内容および開示の全体を参照により本明細書に援用する。このパラメータは、赤色蛍光レーザ走査共焦点画像の処理によって決定され得る。例えば、これは、検出器の定められた関心領域内の１つ以上の画像から平均蛍光強度または画像画素の和として算出され得る。
【００４６】
照射された検出器のＰＳＩパラメータの値および平均赤色蛍光強度のどちらもが、吸収線量に比例するだけでなく、各Ａｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ結晶検出器の色中心濃度に依存することが明らかになっている。現在、放射線感受性の色中心の濃度は、（１）分光光度計を用いて、関心のある色中心に対応する特定の波長で光吸収測定値を測定する、（２）上記色中心の光吸収帯に対応する光での励起下で蛍光の強度を測定する、というような手法によって判定される。しかし、手法（１）で用いられる分光光度計は、複雑で、大きくて扱いにくく、値段が高い。また、市販のＦＮＴＤ結晶は通常片側しか研磨されていないが、手法（１）には光学的に透明な研磨された結晶が必要である。手法（２）に関しては、少なくともいくつかの実施形態において、本発明の方法が、より簡単で迅速であり、刻印されたＩＤのイメージングと組み合わされ得る。
【００４７】
共焦点「赤色蛍光」画像の平均蛍光強度またはパワースペクトル積分というアナログパラメータの使用によってＦＮＴＤ技術を高線量の測定にうまく使用され得ることが立証されている。画像処理のアナログモードは、飛跡合体によって飛跡計数モードの使用が限定される場合、高線量において特に有用である。しかし、アナログモードの使用には、ＦＮＴＤごとの色中心濃度の感度補正が必要である。１つの実施形態において、本発明は、追加的なデュアルモード緑色蛍光および拡散反射ＩＲイメージングを用いて個々のＦＮＴＤにおける色中心濃度を評価することによって個々のＦＮＴＤの感度を較正するための方法を提供する。本発明の少なくともいくつかの実施形態において、感度較正は検出器の追加的照射を必要としない。
【００４８】
１つの実施形態において、本発明は、アナログモードで蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）を用いて放射線線量を測定する方法を提供する。この方法は、光子、中性子、ならびに他の種類の直接および間接電離放射線の測定に適用され得る。
【００４９】
１つの実施形態において、本発明の方法は、米国特許第７，０９８，４７０号、米国特許第７，１４１，８０４号、米国特許第７，９０２，５２５号、米国特許第７，９４３，９１１号、および米国特許第７，９６４，８５４号に記載の方法を用いて得られた蛍光測定値を補正する測定値の正確さおよび精度の改善を提供する。これらの文献の内容および開示の全体を参照により本明細書に援用する。蛍光測定値は、同じＦＮＴＤ検出器の緑色蛍光およびＮＩＲ散乱画像の測定値を用い、そしてあるアルゴリズムに従って補正を施すことによって補正され得る。
【００５０】
１つの実施形態において、本発明は、蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）を用いる放射線線量測定のための方法であって、個々のＦＮＴＤごとの非破壊的な自動感度較正を含む方法を提供する。本発明の１つの実施形態においては、ＦＮＴＤの共焦点レーザ走査蛍光イメージングはＦＮＴＤの２色広視野イメージングと組み合わされる。較正は、蛍光イメージングによって検出器における色中心濃度を測定し、近赤外（ＮＩＲ）光でのイメージングによってＦＮＴＤのラッピングされた表面の拡散反射の影響を低減させることによって達成される。本発明の１つの実施形態においては、ＦＮＴＤの２色イメージングが、従来の飛跡計数が飛跡重複によって妨げられる高線量の光子および中性子にて検出器感度の良好な推定値を提供する。
【００５１】
１つの実施形態において、本発明は、各結晶の個別の照射前較正または照射後較正を実際に行うことなく「アナログモード」で各ＦＮＴＤの放射線感度を測定する方法を提供する。この予測方法は、各結晶における放射線感受性の色中心の濃度を、青色光励起下でその結晶によって発せられた緑色蛍光の強度を測定することにより推定することに基づく。各結晶（例えば、近赤外光中）の散乱の強度に対する緑色蛍光の追加補正によって、線量判定の正確さのさらなる改善が提供される。
【００５２】
本発明の１つの実施形態において、色中心濃度測定と散乱測定との両方が、フォトダイオード、光電子増倍管（ＰＭＴ）、またはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のような単一素子（単一画素）検出器でシグナルを積分することによって、あるいは蛍光およびＮＩＲ拡散反射造影において多画素装置（ＣＭＯＳまたはＣＣＤカメラ）から画像を得ることによってのいずれかで行われ得る。多画素カメラによるアプローチはかなり有利である。これは、検出器画像を得ることによって、放射線誘起赤色レーザ走査「赤色蛍光」イメージングが行われる正確な結晶位置についての結晶の感度および非一様性に関するデータが得られるためである。多画素検出器の別の利点は、検出器全体の高速イメージングである。このため、線量測定時間は、基本的には補正手順の影響を受けない。
【００５３】
１つの実施形態において、本発明は、青色ＬＥＤ励起下での緑色蛍光造影におけるＦＮＴＤ画像と、ＮＩＲ  ＬＥＤ照明下での拡散反射画像とを得る方法を提供する。両方の画像によって、刻印された検出器ＩＤを得ることが可能となる。
【００５４】
図１は、本発明の１つの実施形態に係るＦＮＴＤ１０４を読み取るために用いられ得る蛍光核飛跡検出器（ＦＮＴＤ）リーダ１０２を示す。ＦＮＴＤリーダ１０２は、コリメータを備えたレーザ１１２、シャッター１１４、ダイクロイックミラー１１６、ＸＹスキャナ１１８、前側リレーレンズ１２４、後側リレーレンズ１２６、１次元ステッパステージ１２８、対物レンズのＺ軸ピエゾポジショナ１３０、対物レンズ１３２、ＸＹステッパステージ１３４、およびピンホール結像レンズ１３６とフォトダイオード１３８と共焦点ピンホール１４０とロングパスフィルタ１４２とアバランシェフォトダイオード１４４とを含む光検出アセンブリを含む。６３５ｎｍの波長を有する赤色レーザ光１５２が、レーザ１１２から発せられ、シャッター１１４を通過し、ダイクロイックミラー１１６によって反射される。ダイクロイックミラー１１６によって反射されたレーザ光１５２は、次にＸＹスキャナ１１８によって反射され、前側リレーレンズ１２４、後側リレーレンズ１２６、および対物レンズ１３２を通過して、ＦＮＴＤ１０４に入射する。ＸＹスキャナは、２つの軸に沿って走査する１つのミラーを備えた２次元ＭＥＭＥＳスキャナ、またはステッパステージ１３４のｘ軸およびｙ軸に沿って直線的に走査する２つのミラー１５４および１５６を含む２次元ガルバノメータスキャナを含み得る。１次元ステッパステージ１２８は、両矢印１５０で示すように、ＸＹステッパステージ１３４の平面に垂直なｚ軸において後側リレーレンズ１２６の位置を制御する。Ｚ軸ピエゾポジショナ１３０は、ｚ軸において対物レンズ１３２の位置を制御する。ＸＹステッパステージ１３４は、リーダトレイに載置されたすべてのＦＮＴＤ１０４をＦＮＴＤリーダ１０２により読み取り可能にするために、ＸＹ平面内で移動され得る。ＦＮＴＤ１０４にレーザ光１５２が曝されると、ＦＮＴＤは、蛍光１６２を発し、この蛍光は、対物レンズ１３２、後側リレーレンズ１２６、前側リレーレンズ１２４を通り、ＸＹスキャナ１１８によって反射され、ダイクロイックミラー１１６を通り、結像レンズ１３６、共焦点ピンホール１４０、ロングパスフィルタ１４２を通って、アバランシェフォトダイオード１４４によって検出される。ロングパスフィルタ１４２は、６９５ｎｍロングパスまたはこれに類似する性能の光学フィルタである。
【００５５】
図１に示すＦＮＴＤリーダは、共焦点レーザ走査型顕微鏡の概念に基づいている。
【００５６】
図２は、本発明の１つの実施形態に係るＦＮＴＤの緑色蛍光造影画像を得るための方法およびＦＮＴＤの近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影画像を得るための方法の概略図を示す。図２は、ＦＮＴＤ結晶２０４を撮像するために用いられる撮像カメラヘッド２０２を示す。撮像カメラヘッドは、青色ＬＥＤ２１２、近赤外（ＮＩＲ）ＬＥＤ２１６、結像レンズ２２２、ミラー２２４、アパーチャ２２６、結像レンズ２２８、黄色ロングパスフィルタ２３０、およびＣＭＯＳカメラ２３２を含む。青色ＬＥＤ２１２は点灯されると、カメラ光学系の物体平面に置かれたＦＮＴＤ結晶２０４を青色励起光２４２で照らす。青色励起光２４２は、ＦＮＴＤ結晶２０４を励起し、それによってＦＮＴＤ結晶２０４に緑色蛍光２４４を発する。緑色蛍光２４４は、結像レンズ２２２および２２８によって集光され、ＣＭＯＳカメラ２３２のセンサ２４６に結像される。図２では２つの青色ＬＥＤ２１２しか見えていないが、図２に示される青色励起光２４２の４つのビームによって示されているように、撮像カメラヘッドは４つの青色ＬＥＤ２１２を含んでいる。
【００５７】
緑色蛍光２４４は、アパーチャ２２６の開口部２５０と黄色ロングパスフィルタ２３６とを通過する。これに対して、青色励起光の迷光２５２は、矢印２５４で示すように、黄色ロングパスフィルタ２３０によって吸収または反射される。緑色蛍光造影の画像が取得された後、青色ＬＥＤ２１２が消灯され、ＮＩＲ  ＬＥＤ２１６が点灯されて、ＦＮＴＤ結晶２０４がＮＩＲ光２６２で照らされる。ＦＮＴＤ結晶２０４から反射された拡散反射ＮＩＲ光２６４は、拡散反射ＮＩＲ光２６２が黄色ロングパスフィルタ２３０を通過することができるため、緑色蛍光２４４が結像されるのと同じように、結像レンズ２２２および２２８によって集光されてＣＭＯＳカメラ２３２のセンサ２４６に結像される。図２では２つのＮＩＲ  ＬＥＤ２１６しか見えていないが、図２に示したＮＩＲ光２６２の４つのビームによって示されているように、撮像カメラヘッドは４つのＮＩＲ  ＬＥＤ２１２を含んでいる。
【００５８】
図２には２つの青色ＬＥＤしか示されていないが、本発明の撮像カメラヘッドは、任意の個数の青色ＬＥＤを使用し得る。図２には青色ＬＥＤが示されているが、ＦＮＴＤ結晶の種類に応じて、刺激光を提供するために他の色のＬＥＤが用いられてもよい。図２には２つのＮＩＲ  ＬＥＤが示されているが、本発明の撮像カメラヘッドは、任意の個数のＮＩＲ  ＬＥＤを使用し得る。
【００５９】
図３、図４、および図５は、本発明の１つの実施形態に係る、ＦＮＴＤの緑色蛍光造影における画像を得るため、かつ、近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影における画像を得るために用いられ得るカメラヘッド３０２を示す。カメラヘッド３０２は、ＦＮＴＤリーダ（図示せず）の一部であり、ＦＮＴＤリーダトレイ（図示せず）に載置された各ＦＮＴＤ結晶の２つの画像を順次読み取るように設計され得る。カメラヘッド３０２は、結像レンズ３１２、結像レンズ３１４、アパーチャ３１６、ロングパスフィルタ３１８、青色ＬＥＤ用開口部３２２とＮＩＲ  ＬＥＤ用開口部３２４とを含むＬＥＤ筐体３２０、折り返しミラー３２６、カメラブラケットおよび相互連結ボード３２８、ブラケット３３０、ロングパスフィルタ３１８の保持ナット３３２、保持ナット３３２が回転自在に装着される保持ナット筐体３３４、結像レンズ３１２および３１４の筐体３３８、結像レンズ３１４のための焦点調節用筐体３４０、ならびにＣＭＯＳカメラボード３４２を含む。アパーチャ３１６は、光を通過させ得る開口部３４４を含む。図３、図４、および図５にはＦＮＴＤ３５２も図示されている。青色ＬＥＤ用開口部３２０は４つあり、カメラヘッド３０２の４つの青色ＬＥＤ（図３、図４、および図５には図示せず）のそれぞれに対して設けられている。ＮＩＲ  ＬＥＤ用開口部３２４も４つあり、カメラヘッド３０２の４つのＮＩＲ  ＬＥＤ（図３、図４、および図５には図示せず）のそれぞれに対して設けられている。
【００６０】
図３、図４、および図５に示されるＦＮＴＤの緑色蛍光造影画像を得るためかつＦＮＴＤの近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影画像を得るための装置は線量計リーダの一部として設計されているが、本発明のいくつかの実施形態においては、ＦＮＴＤの緑色蛍光造影画像を得るためかつＦＮＴＤの近赤外（ＮＩＲ）拡散反射造影画像を得るための装置がＦＮＴＤの線量計リーダとは別個のデバイスであってもよい。
【００６１】
図６は、４４０＋／−２０ｎｍの青色ＬＥＤ光刺激下での緑色蛍光造影（５２０ｎｍを中心とする発光帯）においてＣＭＯＳカメラヘッドによって得られたＦＮＴＤ６１２の緑色蛍光画像である。この緑色蛍光画像は、次の２つの目的のために用いられる：（１）画像処理ソフトウェアと光学式文字認識（ＯＣＲ）とを用いてＦＮＴＤの裏側に刻印されたＩＤを読み取るため、ならびに（２）ＦＮＴＤバッジに用いられる３つの放射線コンバータ（Ｌｉ含有ガラス、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））の位置に対応する検出器の３つの異なる領域（関心領域（ＲＯＩ））６２２、６２４、および６２６における「緑色」色中心の濃度を測定するため。３つのコンバータ領域のそれぞれについて得られた緑色蛍光の平均強度が、アナログ処理モードでのＦＮＴＤ線量測定読み取りの結果を補正するために色中心濃度の尺度として用いられる。
【００６２】
図７は、同じＣＭＯＳカメラヘッドによって取得されたＦＮＴＤ６１２の画像であり、９００＋／−５０ｎｍの近赤外（ＮＩＲ）照明下で拡散反射モードで得られたものである。励起光と発光とが波長によって良好に分離される蛍光イメージングモードに対して、拡散反射モードでは、照明波長と同じ波長でカメラによって画像が得られる。この第２の、散乱画像は、緑色蛍光イメージングからの測定結果を補正するために必要とされる。これは、緑色蛍光画像の強度が、検出器の裏側の非研磨表面による青色励起光と緑色蛍光自体との両方の散乱に依存するためである。散乱画像の強度に基づいて補正を施すことによって、緑色蛍光と測定吸収線量との相関が改善される。
【００６３】
図８は、高線量が照射されたＦＮＴＤからＦＮＴＤリーダのレーザ走査蛍光共焦点光学ヘッドを用いて得られた赤色蛍光画像８１２および８１４を示す。画像８１２は、裸のＡｍＢｅ線源からの１Ｓｖの高速中性子についての画像であり、画像８１４は、２ＳｖのＣｓ−１３７、６６１ｋｅＶガンマ光子についての画像である。これらの画像は、飛跡計数を困難または不可能にする高密度の重複した反跳陽子飛跡（中性子の場合）と、重複したデルタ電子によって生じた蛍光の斑点（blobs）（高い光子線量の場合）とを示している。混合中性子・光子の合計線量が約５０ｍＳｖを超える線量である場合は、線量算出のアナログ処理モードが必要とされる。
【００６４】
図９は、１組の照射されたＦＮＴＤとそれらの赤色および緑色蛍光造影ならびにＮＩＲ拡散反射造影において得られた画像とから予測モデルと線量計算式とを得るために用いられる本発明の１つの実施形態に係る方法のフローチャートである。図９は、図２、図３、図４、および図５に示される撮像カメラヘッドのような撮像カメラヘッドを用いてＦＮＴＤリーダについての緑色蛍光と放射線誘起赤色蛍光との間の関係を確定するのに必要なすべての係数およびパラメータを得るための本発明の１つの実施形態に係る較正方法９０２のフローチャートを示す。方法９０２のステップ９１０において、撮像カメラヘッドについての予測モデルの作成が開始される。ステップ９１２において、Ｍ個の新しくブリーチされたＦＮＴＤが較正のために選択される。ステップ９１４において、選択されたＦＮＴＤのすべてが、青色ＬＥＤ照明での緑色蛍光造影において撮像される。すなわち、これらのＦＮＴＤに青色励起光を当てて緑色を発する蛍光を生じさせ、その蛍光がＣＭＯＳカメラによって検出される。ステップ９１６において、上記ＦＮＴＤのすべてが、ＮＩＲ  ＬＥＤ照明により拡散反射モードで撮像される。すなわち、これらのＦＮＴＤにＮＩＲ光が当てられ、ＦＮＴＤによって反射された拡散光がＣＭＯＳカメラによって検出される。ステップ９１８において、各ＦＮＴＤが、それぞれの放射線線量Ｄｊで照射される。ここで、各ＦＮＴＤについてＤｊ＝Ｄ０×Ｎｊであり、ＦＮＴＤごとのＮｊの値はそれぞれ異なる値である。例えば、１組のＦＮＴＤに対して、Ｎｊの値はＮｊ=０，１，３，１０，３０，１００，．．．Ｎｓｔｏｐであり得、ここで、Ｎｓｔｏｐは、最も高いＮｊ値である。ステップ９２０にて、ＦＮＴＤが赤色レーザでの蛍光共焦点レーザ走査イメージングを用いて走査され、アナログパラメータである平均蛍光強度またはＰＳＩが検出器ごとに得られる。その後、ステップ９２２にて、指数ｊをインクリメントし（ｊ=ｊ＋１）、すべてのＦＮＴＤを照射するための次の線量を求めることによって、次の照射線量Ｄｉが算出される。ステップ９２４にて、最大線量に達したかどうか、すなわち、最大放射線線量を有するＦＮＴＤに対してステップ９１８およびステップ９２０が行われたかどうかがが判定される。最大線量に達していない場合は、最大線量に達するまでステップ９１８、ステップ９２０、およびステップ９２２が繰り返される。例えば、Ｎｊの最高値がＮｓｔｏｐである１組のＦＮＴＤでは、Ｄｊ＝Ｄ０×Ｎｓｔｏｐのときに最大線量に達する。
【００６５】
すべてのＦＮＴＤ（ｉ＝０，１，２，．．．，Ｍ）に対してステップ９１８、ステップ９２０、およびステップ９２２が実施された後、ステップ９２６にて、ＦＮＴＤごとの放射線線量依存性が決定され、ＦＮＴＤのそれぞれについての放射線感度Ｓｒｅｄ，ｉが、線量の関数としての赤色蛍光強度の線形フィットの傾きとして算出される（図１１および図１２に示す例を参照）。単一の線量測定を用いた簡単な方法では、赤色蛍光の感度は下記式（１）に基づいて決定される。
Ｓｒｅｄ，ｉ＝（Ｆｒｅｄ，ｉ−Ｂｒｅｄ，ｉ）／Ｄｄｅｌｉｖ          （１）
ここで、Ｆｒｅｄ，ｉは、赤色蛍光強度であり、Ｂｒｅｄ，ｉは、非照射の検出器（ｊ＝０）から得られたバックグラウンド蛍光シグナルであり、Ｄｄｅｌｉｖは、ＦＮＴＤに加えられた放射線線量である。
【００６６】
ステップ９２８にて、緑色蛍光カメラ画像の強度Ｆｇｒｅｅｎと拡散反射ＮＩＲカメラ画像の強度Ｆｄｉｆｆとの間の相関依存性
【００６７】
【数１】
0005956691.tif 000002
【００６８】
が決定される。この相関は、下記式（２）に示す線形フィット関数である：
【００６９】
【数２】
0005956691.tif 000003
【００７０】
式（２）における係数ａ１は、
【００７１】
【数３】
0005956691.tif 000004
【００７２】
をプロットし、最良の線形フィットの傾きを決定することによって決定され得る。式（２）における係数ｂ１は、最良の線形フィットとｙ軸との交点によって決定され得る。ある特定のＦＮＴＤリーダについて、式（２）を、当該ＦＮＴＤリーダについての緑色蛍光カメラ画像強度と近赤外（ＮＩＲ）カメラ画像強度との間の相関依存性ということができる。
【００７３】
ステップ９３０にて、すべての検出器（図１２の例を参照）についての放射線感度係数ＳｒｅｄとＮＩＲ拡散反射画像強度によって補正された緑色蛍光
【００７４】
【数４】
0005956691.tif 000005
【００７５】
との間の相関依存性が決定される。この相関は、下記式（３）に示す線形フィット関数である：
【００７６】
【数５】
0005956691.tif 000006
【００７７】
式（３）における係数ａ２は、
【００７８】
【数６】
0005956691.tif 000007
【００７９】
をプロットし、最良の線形フィットの傾きを決定することによって決定され得る。式（３）における係数ｂ２は、最良の線形フィットとｙ軸との交点によって決定され得る。ある特定のＦＮＴＤリーダについて、式（３）を、当該ＦＮＴＤリーダについての放射線感度係数強度とＮＩＲ拡散反射画像強度によって補正された緑色蛍光との間の相関依存性ということができる。
【００８０】
ステップ９３２にて、新しくブリーチされた検出器について赤色バックグラウンド蛍光の強度Ｂｒｅｄと緑色蛍光の強度との間の相関依存性が決定される（図１４の例を参照）。この相関は、下記式（４）に示す線形フィット関数である：
【００８１】
【数７】
0005956691.tif 000008
【００８２】
式（４）における係数ａ３は、
【００８３】
【数８】
0005956691.tif 000009
【００８４】
をプロットし、最良の線形フィットの傾きを決定することによって決定され得る。式（４）における係数ｂ３は、最良の線形フィットとｙ軸との交点によって決定され得る。ある特定のＦＮＴＤリーダについて、式（４）を、当該ＦＮＴＤリーダについての赤色バックグラウンド蛍光の強度と緑色蛍光の強度との間の相関依存性ということができる。
【００８５】
ステップ９３４にて、「赤色蛍光」、「緑色蛍光」、およびＮＩＲ拡散反射画像のパラメータから放射線線量を算出するためのモデル式が決定される。この式は、式（２）、式（３）、および式（４）に基づくものであり、下記に式（５）として示す。
Ｄ＝（Ｆｒｅｄ−Ｂｒｅｄ）／Ｓｒｅｄ          （５）
【００８６】
ステップ９３６にて、予測モデルの作成が完了する。
【００８７】
較正方法９０２は、線量測定のアナログモードについての較正手順である。較正方法は、測定器較正時に１回行うだけでよいが、品質保証手順として定期的に繰り返すことができる。ステップ９２８、ステップ９３０、およびステップ９３２のそれぞれの補正関数（２）、（３）、および（４）とこれらの関数のそれぞれの係数は、測定器設定ファイルに記憶される。また、例示目的で、係数ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、ｂ２、ｂ３の決定について、上記ではこれらの係数を決定するために物理的な線がプロットされるかのように説明したが、これらの係数は、種々の線についてのプロットを一度も表示させることなく、コンピュータによって純粋に数学的に決定されてもよい。これらの較正用係数を決定するために用いられるコンピュータは、線量計リーダの一部であってもよく、別個の装置の一部であってもよい。
【００８８】
図１０は、赤色および緑色蛍光造影ならびにＮＩＲ拡散反射造影における１組の画像を処理することによって、検出器から未知の放射線線量を判定するための方法１００２のフローチャートを示す。方法１００２は、入力データとして緑色蛍光、ＮＩＲ拡散反射強度、および「赤色蛍光」測定の結果を取得して、未知の線量が照射されたＦＮＴＤについての線量を測定および算出するための手順である。ステップ１０１２において、方法１００２が開始される。ステップ１０１４において、リーダトレイに載置されたすべてのＦＮＴＤについて光刺激ルミネセンス（ＯＳＬ）リーダからの光子線量データがコンピュータに入力される。ステップ１０１６において、１つ以上のＦＮＴＤについて、青色ＬＥＤ照明下での緑色蛍光造影における画像が、ＣＭＯＳカメラヘッドによって取得される。ステップ１０１８において、ＦＮＴＤのうちの１つ以上について、ＮＩＲ照明を用いたＮＩＲ拡散反射造影における画像が、ＣＭＯＳカメラヘッドによって取得される。ステップ１０２０において、ＦＮＴＤのうちの１つ以上が、ＦＮＴＤリーダの蛍光共焦点レーザ走査光学系を用いて赤色レーザで走査され、Ｐ枚の画像が得られる。ステップ１０２２において、ＦＮＴＤを収納した同じバッジから得られたＯＳＬ光子線量が、予め設定された閾値パラメータＤｔｈｒと比較される。ＯＳＬ光子線量がＤｔｈｒ未満であると判定された場合、ステップ１０２４において、ＦＮＴＤについての線量算出が、飛跡計数法を用いて低線量モードで行われる。ＯＳＬ光子線量がＤｔｈｒ以上である場合、ステップ１０２６において高線量モードで算出が行われ、ステップ１０２８において式（５）に従って赤色（Ｆｒｅｄ）および緑色蛍光（Ｆｇｒｅｅｎ）ならびにＮＩＲ拡散反射（Ｆｄｉｆｆ）の各アナログ値を用いて算出が行われる。式（５）におけるパラメータＢｒｅｄ、Ｓｒｅｄは、上記の較正手順において得られたパラメータを用いて式（２）、式（３）、および式（４）の補正関数から算出され、Ｆｇｒｅｅｎ、Ｆｄｉｆｆ、およびＦｒｅｄの値は、ＦＮＴＤ検出器ごとに測定される。方法１００２のステップ１０１４、ステップ１０１６、ステップ１０１８、ステップ１０２０、ステップ１０２２、ステップ１０２４、ステップ１０２６、およびステップ１０２８は、中性子−光子混合場におけるさらなる線量補正のために、１つ以上のコンバータ領域のそれぞれについて行われてもよい。
【００８９】
本発明の少なくともいくつかの実施形態においては、異なる種類およびエネルギーの放射線（光子、中性子、電子、重イオンなど）について、上述の較正手順が行われ、上記各パラメータが得られることが望ましい。
【００９０】
図１１は、Ｘ線光子が照射された数個のＦＮＴＤについての放射線誘起赤色蛍光（ＲＯＩについての平均強度）の線量依存性を示す。
【００９１】
図１２は、Ｘ線光子が照射された数個のＦＮＴＤについての放射線誘起赤色蛍光（パワースペクトル積分）の線量依存性を示す。
【００９２】
図１１および図１２と同様の、較正用に選択された９９個のＦＮＴＤのすべてについて得られたデータに基づき、算出に必要な線量依存性の傾きと、感度係数Ｓｒｅｄと、バックグラウンド値Ｂｒｅｄとが、９９個分の線量依存性のそれぞれの線形フィッティングによって得られる。それらのデータを用いて、図１３および図１４の相関依存性が得られ、処理される。
【００９３】
図１３は、Ｘ線光子が照射された９９個の検出器についての散布プロット、ならびに「緑色」蛍光強度Ｆｇｒｅｅｎと放射線誘起「赤色蛍光」の感度係数Ｓｒｅｄ（図１１における線量依存性の傾き）との間の相関依存性を示す。この相関依存性および線形回帰係数は、赤色共焦点蛍光イメージングを用いて得られた線量読み取り値を補正するために用いられる。図１３においては、データの線形フィッティングによってａ２＝０．２２４およびｂ２＝５８１８．９が得られる。
【００９４】
図１４は、９９個の非照射の検出器についての「緑色」蛍光強度Ｆｇｒｅｅｎと「赤色蛍光」のバックグラウンド（線量依存性線形フィットの自由パラメータｂ１）との間の相関依存性を示すプロットである。このプロットは、非照射の検出器の予想される赤色蛍光バックグラウンドシグナルを算出するために予測モデルを作成するのに用いられる。この予測されるバックグラウンドの値は、未知の線量が照射された検出器の赤色蛍光シグナルから差し引くために用いられる。図１４においては、データの線形フィッティングによってａ３＝０．７８４１およびｂ３＝９８９７８が得られる。
【００９５】
図１５は、「赤色蛍光」を用いたアナログモードでのＦＮＴＤ線量測定の測定値の不確実性に対するＮＩＲ拡散反射補正および「緑色」蛍光補正の両方の効果を示す。プロット１５１２は、反射率の補正がされていない線量測定の測定値を示す。プロット１５１４は、反射率の補正がされた線量測定の測定値を示す。検出器ＮＩＲ反射率の補正の結果、緑色蛍光シグナルと赤色蛍光シグナルとの間の相関係数Ｒ２が、０．８６１から０．９１０に増加している。
【００９６】
図１６は、６００ｃＧｙの光子線量が照射された３５個の無作為に選択されたＦＮＴＤについての、本発明の手法の方法を用いた線量判定の相対誤差を示す。＋０．３および−０．３における破線は、最大許容誤差限界を示している。
【００９７】
図１７は、９９個の非照射および照射後の検出器についての２組の「緑色」蛍光データ間の相関であり、「緑色」蛍光が１０００ｒａｄ未満の照射によって大きな影響を受けないことを示している。
【００９８】
図１８は、光吸収によって判定される色中心濃度と「緑色」蛍光によって判定される色中心濃度との間の相関であり、緑色蛍光強度がＡｌ２Ｏ３：Ｃ，Ｍｇ結晶中の色中心濃度の良好な尺度であることを確認するものである。
【００９９】
本発明の１つの実施形態において、上記の方法で用いられるのに適切な赤色レーザは、６１０〜６６０ｎｍの間の波長を有する。本発明の１つの実施形態において、上記の方法で用いられるのに適切な赤色レーザは、６３５〜６４０ｎｍの単一モードダイオードレーザもしくは６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅガスレーザまたは波長が６００〜６４０ｎｍのその他の単一モードレーザを含む。
【０１００】
ＮＩＲ照明とＮＩＲ拡散反射造影とを使用する本発明の１つの実施形態において、ＮＩＲ拡散照明光とＮＩＲ反射光とは、それぞれ、８００〜１０００ｎｍの間の波長を有する。
【０１０１】
「赤色蛍光」造影を使用する本発明の１つの実施形態において、「赤色蛍光」光は、６８０〜８５０ｎｍの間の波長を有する。
【０１０２】
酸化アルミニウムルミネセンス材料を含むＦＮＴＤに対して用いられる本発明の１つの実施形態において、４１０〜４７０ｎｍの間の波長を有する青色励起光が用いられ得る。このような青色励起光は、緑色蛍光造影画像を生成するために用いられ得る４７０〜５７０ｎｍの間の波長を有する緑色蛍光に対してルミネセンス材料を刺激するために用いられ得る。
【０１０３】
上記の説明および下記の実施例においては、較正済み放射線線量測定値を生成するために緑色蛍光を用いているが、本発明の実施形態においては、較正済み放射線線量測定値を生成するために、放射線への曝露量を測定しようとするルミネセンス材料の性質に応じて、青色、黄色、オレンジ色、および赤色などのような種々の色の蛍光が用いられ得る。
【０１０４】
本発明の多くの実施形態を詳細に説明したが、添付の請求項において定められる本発明の範囲から逸脱することなく、改変および変形が可能なことは明らかである。さらに、本開示におけるすべての例は、本発明の多くの実施形態を例示してはいるが、非限定的な例として提供されており、したがって、そのように例示された種々の局面を限定するものではないことが理解されるべきである。
【実施例】
【０１０５】
（実施例１）
２色蛍光／近赤外（ＮＩＲ）イメージングおよび感度較正
【０１０６】
着色−補正を提供する撮像光学ヘッドを、M.S. Akselrod、V.V. Fomenko、J.A. Bartz、およびT.L. Haslett、「Commercial neutron dosimetry system based on fluorescent nuclear track detector technology、Rad. Prot. Dosim. (2013)２に記載のような既存のＦＮＴＤリーダ設計に追加する。本発明の１つの実施形態においては、２組の発光ダイオード（ＬＥＤ）すなわち４４７ｎｍで発光する青色ＬＥＤと９４０ｎｍで発光する近赤外（ＮＩＲ）ＬＥＤとが使用され得る。これらのＬＥＤは、蛍光画像とＩＲ画像とが非鏡面的に（non-specularly）収集されるように、ＦＮＴＤを斜めから照明するように配置される。リレー光学対が、ＦＮＴＤを１／２倍に縮小してＣＭＯＳカメラセンサに結像する。カメラセンサの手前に設置された、５１５ｎｍで５０％の透過率のロングパス光学フィルタが、緑色蛍光から励起青色光を分離する。それと同時に、このフィルタは、拡散反射造影における検出器画像の取得時に検出器表面によって散乱したＮＩＲ  ＬＥＤ光を透過させる。各検出器の放射線感度を較正するために、共焦点レーザ走査蛍光イメージングを用いた線量測定用測定の開始前にＦＮＴＤごとに２つのＣＭＯＳ画像が得られる。まず、青色ＬＥＤ励起下での緑色蛍光造影において検出器画像が得られる。次いで、青色ＬＥＤがオフにされ、検出器のラッピングされた表面によって導入される拡散反射量を測定するために、ＮＩＲ  ＬＥＤ照明を用いて検出器の第２の画像が得られる。上記緑色蛍光画像およびＮＩＲ拡散反射画像の両方を用いて光学式文字認識を行って検出器の裏側に刻印された英数字のＩＤを読み取ることができる。この２色イメージングおよびＩＤ読出し手順は、ＦＮＴＤリーダトレイに載置されたすべての検出器について行われる。共焦点レーザ走査による線量測定イメージングの領域に対応する検出器の特定の関心領域（ＲＯＩ）のみについて、緑色蛍光およびＩＲ拡散反射の平均強度が判定される。
【０１０７】
この線量較正のための手順は、緑色蛍光の強度とＩＲ拡散反射の強度とによって３つのコンバータ位置におけるＦＮＴＤの感度を補正することを伴うため、ＬＥＤでの検出器照明の一様性とＣＭＯＳカメラセンサの視野（ＦＯＶ）の一様性とを確保することが重要である。ＦＯＶの平坦性は、４つの青色ＬＥＤと４つのＩＲ  ＬＥＤとを利用した綿密な光学設計によって確保される。照明における残りのばらつきは、較正とソフトウェア補正によって補正された。
【０１０８】
（実施例２）
ＰＳＩパラメータと色中心濃度との間の関係
【０１０９】
色中心濃度の関数としてのＦＮＴＤの放射線感度を較正するために、１組のＦＮＴＤをまず光学的にブリーチして蓄積線量を消去した後、３〜３，０００ｃＧｙの一連のＸ線線量まで照射した。線量測定のための共焦点レーザ走査蛍光読出しの前に、各検出器を青色ＬＥＤおよびＮＩＲ  ＬＥＤで順次照明することによって、緑色蛍光造影およびＩＲ造影の両方において上記ＣＭＯＳ光学ヘッドによってＦＮＴＤのそれぞれを撮像した。次いで、緑色蛍光の平均強度ＦｇｒｅｅｎとＮＩＲ拡散反射画像の平均強度Ｆｄｉｆｆとを共焦点走査領域に対応するＲＯＩにおいて算出した。検出器表面での拡散反射の影響は、式（２）を用いて緑色蛍光の補正値を算出することによって考慮した。
【０１１０】
線量ごとに、ＦＮＴＤを読み出し、放射線誘起Ｆ２２＋（２Ｍｇ）中心によって生じた共焦点「赤色蛍光」の画像を得た。最後に、共焦点蛍光画像を処理してＦＮＴＤごとの平均ＰＳＩ値を得た。
【０１１１】
平均ＰＳＩと、緑色蛍光の大きさとして表される結晶着色との間の強い相関がはっきりわかる。補正されていない緑色蛍光を用いた場合の相関係数は比較的低かった（Ｒ２＝０．４８）が、検出器裏面の拡散反射を補正することによって、相関係数は０．７９まで大幅に改善され、それによって、線量推定誤差が低減される。したがって、検出器のラッピングされた表面からの拡散反射（散乱）の量によって補正されたＦ２２＋（２Ｍｇ）中心により生じる緑色蛍光の強度を、非破壊的に各ＦＮＴＤの放射線感度較正のために用いることができ、試験照射を用いた読み出し後較正を行う必要がないことが実証された。リーダ較正時に、アナログパラメータの線量依存性の傾きにより、検出器ごとの放射線感度Ｓｒｅｄ，ｉが決定された。その後、すべての検出器についての放射線感度Ｓｒｅｄ，ｉとそれらの補正後緑色蛍光強度
【０１１２】
【数９】
0005956691.tif 000010
【０１１３】
との間の相関が確立された（図１３）。
【０１１４】
低線量の正確な測定には、ゼロ線量でのＰＳＩアナログパラメータの値推定、すなわち、バックグラウンドＰＳＩ値Ｂｉが、検出器ごとにさらに必要となる。バックグラウンドＰＳＩパラメータは、感度に比べて精度は劣るが、緑色蛍光およびＮＩＲ拡散反射イメージングを用いた色中心濃度測定から予測することができ、これは、図１４に示したような相関依存性によって実証される通りである。したがって、個々のＦＮＴＤにおける緑色蛍光の測定により、線量算出に必要な２つのパラメータであるＦＮＴＤの感度ＳｉおよびバックグラウンドＰＳＩ値Ｂｉを評価することが可能になる。
【０１１５】
（実施例３）
色中心濃度および緑色蛍光に対する照射の影響
【０１１６】
ＦＮＴＤ材料の照射はＦ２２＋（２Ｍｇ）色中心帯とＦ２＋（２Ｍｇ）色中心帯との間の放射線着色転換を伴うため１、Ｆ２２＋（２Ｍｇ）帯強度の安定性を広い線量範囲にわたって調べることが必要である。提案した着色補正アルゴリズムの実用化のためには、Ｆ２２＋（２Ｍｇ）光吸収・蛍光帯の強度が線量によって大幅に変化してはならない。Ｆ２２＋（２Ｍｇ）帯の線量依存性を調べるために実験を行った。１１０個のＦＮＴＤに種々の線量のＸ線（４０ｋＶ）、Ｃｓ−１３７ガンマおよびＡｍＢｅ中性子を照射した。調べた放射線場に関して、３０００ｃＧｙまでの線量範囲においてはＦ２２＋（２Ｍｇ）中心の緑色蛍光の強度に観測可能な量までの変化が生じないことがわかった。図１７に示すように、３０ＧｙのＸ線（４０ｋＶ）が照射された種々の着色の１１０個のＦＮＴＤについて、照射前後の測定されたＦ２２＋（２Ｍｇ）散乱補正緑色蛍光の強度間で、相関係数が０．９９１でありかつ傾きが１．０３であることは、この主張を証明している。緑色蛍光は、Ｘ線照射されたＦＮＴＤの緑色蛍光は非照射の結晶の緑色蛍光と傾き１で線形関係にあるため、Ｘ線照射後も変化がなかった。１３７Ｃｓ光子、ＡｍＢｅ中性子、およびガンマ−中性子混合場にも同じ傾向が当てはまる。
【０１１７】
較正は、作成された感度補正アルゴリズムを未知の線量の算出に適用する前に行われる。９９個の検出器を選択し、それらの画像を上記のように緑色蛍光およびＮＩＲ拡散反射造影において得た。パラメータ
【０１１８】
【数１０】
0005956691.tif 000011
【０１１９】
つまりＩＲ拡散反射強度に対する緑色蛍光強度の比を検出器ごとに算出した。次いで、非照射のブリーチされた検出器と３〜３０００ｃＧｙの範囲の線量のＸ線光子が順次照射された同じ検出器とについて、多数（１００まで）の共焦点「赤色蛍光」画像を得、アナログＰＳＩパラメータを算出した。ＰＳＩアナログパラメータは、線量ごとに各検出器について得た。検出器ごとのＰＳＩの線量依存性を用いて、バックグラウンドゼロ線量値Ｂｒｅｄ，ｉおよび放射線感度、すなわち傾きＳｒｅｄ，ｉを得た。
【０１２０】
さらに、放射線感度（Ｓｒｅｄ，ｉ）と拡散反射補正緑色蛍光強度（
【０１２１】
【数１１】
0005956691.tif 000012
【０１２２】
）との間の相関を処理してプロットし、線形フィット式（３）の係数ａ２およびｂ２を得た。
【０１２３】
新しくブリーチされた検出器で測定したバックグラウンド「赤色蛍光」の強度（ＰＳＩパラメータ）と緑色蛍光との間で同様の相関依存性を得、線形回帰式（４）の係数ａ３およびｂ３を算出した。
【０１２４】
この研究では、式（３）および式（４）のパラメータａ２、ｂ２、ａ３、およびｂ３がＸ線放射線場について決定され、下記の実施例４および実施例５に記載のように１３７Ｃｓおよび高速中性子場にうまく適用された。
【０１２５】
通常のＦＮＴＤ線量測定システム動作では、較正されていないＦＮＴＤ検出器からの未知の放射線線量を、まず、当該検出器を緑色蛍光およびＮＩＲ拡散反射造影においてＣＭＯＳ光学ヘッドで撮像してＦｇｒｅｅｎおよびＦｄｉｆｆの値を得、次いで、３つのコンバータ領域のすべてを共焦点蛍光の幾何で走査して放射線誘起「赤色蛍光」画像とＰＳＩ線量測定パラメータＦｒｅｄ，ｋ（ｋ＝１，２、および３は３つのコンバータ領域を表す）とを得ることによって、判定することができる。その後、上記に提示した式（５）に示すように線量を算出する。
【０１２６】
（実施例４）
アルゴリズムの試験
【０１２７】
作成した手順を試験するために、１１０個の検出器に４０ｋＶｐＸ線を３〜３０００ｃＧｙの線量範囲で照射した。上記のアルゴリズムを用いて線量を得た。１００ｃＧｙより上で線量反応の非線形性が明らかであり、３次多項式でのさらなる補正が必要である。非線形補正の適用は、線量依存性を大幅に改善する。
【０１２８】
（実施例５）
高線量の中性子−光子混合場におけるＦＮＴＤの性能
【０１２９】
高速パルス炉（burst reactor）によって生成した高速中性子と１３７Ｃｓガンマ光子とを１：３、１：１、および３：１の比率で混合したもので、さらなる試験を行った。
【０１３０】
混合場における中性子線量とガンマ線量との分離は、前述のようにアナログモードで実施することができる１−４。これらの試験では、ＦＮＴＤ結晶の中心部分をポリエチレン（ＰＥ）で覆い、残り半分をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で覆うように設計されたＰＥ製ホルダーにＦＮＴＤを装着した。テフロンで覆われた検出器の部分から得られた共焦点「赤色蛍光」画像により、光子線量の尺度が提供され、ＰＥコンバータによって覆われた検出器部分から得られた画像により、中性子および光子両方に関する線量情報が提供された。共焦点「赤色蛍光」画像、緑色蛍光画像、およびＮＩＲ拡散反射画像を、ＰＥおよびＰＴＦＥコンバータに隠れたＲＯＩ内で、同じＦＮＴＤ結晶から取得した。次いで、これらの３種類の画像を処理して、ＰＥおよびＰＴＦＥコンバータ領域についてのＰＳＩ値とそれらに対応する線量とを算出した。検出器のＰＴＦＥ部分から判定された線量をＰＥ部分から判定された線量から差し引くことによって、合計線量に対する中性子の寄与分を判定した。中性子線量は、γ／ｎ線量比が３未満である場合の中性子−ガンマ混合場については基本的に±３０％の誤差範囲内で判定することができる。本実施例は、中性子−ガンマ混合場への感度較正方法の適用性を実証するものである。
【０１３１】
（参考文献）
以下の参考文献は、上記で参照されたものであり、参照により本明細書に援用される。
１．Akselrod, M.S.およびSykora G.J.、「Fluorescent Nuclear Track Detector technology - a new way to do passive solid state dosimetry」、Radiat. Meas.、46 1671-1679 (2011)
２．Akselrod, M.S.、Fomenko, V.V.、Bartz, J.A.、Haslett, T.L.、「Commercial neutron dosimetry system based on fluorescent nuclear track detector technology」、Rad. Prot. Dosim. (2013)
３．Sykora, G.J.およびAkselrod, M.S.、「Spatial frequency analysis of fluorescent nuclear track detectors irradiated in mixed neutron-photon fields」、Radiat. Meas.、45、(10) 1197-1200、(2010)
４．Sykora, G.J.およびAkselrod, M.S.、「Novel fluorescent nuclear track detector technology for mixed neutron-gamma fields, Radiation Measurements.」、Radiat. Meas. 45 (3-6)、594-598 (2010)
５．Sykora, G.J.およびAkselrod, M.S.、「Photoluminescence study of photochromically and radiochromically transformed Al2O3:C,Mg crystals used for fluorescent nuclear track detectors」、Radiat. Meas. 45 (3-6) 631-634 (2010)
６．Sykora, G.J.、Akselrod, M.S.、Vanhavere, F.、Performance of Fluorescence Nuclear Track Detectors in Monoenergetic and Broad Spectrum Neutron Fields.、Radiat. Meas. 44、988-991 (2009)
７．Sykora, G.J.、Salasky, M.、およびAkselrod, M.S.、「Properties of novel fluorescent nuclear track detectors for use in passive neutron dosimetry」、Radiat. Meas. 43、1017-1023 (2008)
８．Benton, E.V.、Oswald, R.A.、Frank, A.L.、Wheeler, R.V.、「Proton-recoil neutron dosimeter for personnel monitoring」、Health Phys. 40、801-809 (1981)
９．Benton, E.V.、Ogura, K.、Frank, A.L.、Atallah, T.M.、およびRowe, V.、「Response of different types of CR-39 to energetic ions」、Nuclear Tracks 12、79-82 (1986)
１０．Bartz, J.A.、Sykora, G.J.、Brauer-Krisch、およびE. Akselrod, M.S.、「Imaging and dosimetry of synchrotron microbeam with aluminum oxide fluorescent detectors」、Radiat. Meas.、46 1936-1939 (2011)
１１．Sykora, J.、Akselrod, M.S.、Benton, E.R.およびYasuda, N.、「Spectroscopic properties of novel fluorescent nuclear track detectors for high and low LET charged particles」、Radiat. Meas. 43、422-426 (2008)
１２．Bartz, J.A.、Zeissler, C.J.、Fomenko, V.V.、Akselrod, M.S.、「An imaging spectrometer based on high resolution microscopy of fluorescent aluminum oxide crystal detectors」、Radiat. Meas.、冊子体発行前、著者校正済、2013年2月27日オンラインで入手可能
１３．Niklas, M.、Melzig, C.、Abdollahi, A.、Bartz, J.、Akselrod, M.S.、Debus, J.、Jakel, O.およびGreilich, S. 、「Spatial correlation between traversal and cellular response in ion radiotherapy - Towards single track spectroscopy」、Radiat. Meas.、冊子体発行前、著者校正済、2013年2月21日オンラインで入手可能
１４．ANSI N13.11-2009 American National Standard for Dosimetry - Personnel Dosimetry Performance - Criteria for Testing (2009)
１５．ISO-21909-1、Passive neutron dosimetry systems - Part 1: Performance and test requirements for personal dosimetry.、2013年4月（草案）
【０１３２】
本出願で引用したすべての文献、特許、学術論文、および他の資料は、参照により本明細書に援用される。
【０１３３】
本発明をある特定の実施形態を参照して記載したが、添付の請求項において定められる本発明の領域および範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対して多くの改変、修正および変更をなすことができる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、以下の請求項の文言によって定められる全範囲およびその等価物を含むものである。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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