(57)【要約】  放射線場用の線量計であって、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、を備え、ライトパイプは、中空コアであって、中空コアの周囲のまわりに光反射材料または構造物を備えて中空コア内に光を反射する中空コアと、ライトパイプに生成されたチェレンコフ放射が中空コア内に入るのを減少するかまたは防止する、中空コアのまわりのバリアと、を備える。
2009524835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線場用の線量計であって、前記線量計は、
シンチレータと、
前記シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、
前記ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、
を備え、
前記ライトパイプは、中空コアであって、前記中空コアの周囲のまわりに光反射材料または構造物を備えて前記中空コア内に光を反射する中空コアと、前記ライトパイプに生成されたチェレンコフ放射が前記中空コア内に入るのを減少するかまたは防止する、前記中空コアのまわりのバリアと、を備える線量計。
【請求項２】
前記光反射材料または構造物はまた、前記バリアの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載の線量計。
【請求項３】
前記光反射材料または構造物は、金属の層を備える、請求項２に記載の線量計。
【請求項４】
前記光反射材料または構造物は、少なくともおよそ１ミクロンの厚さを有する銀の層を備える、請求項３に記載の線量計。
【請求項５】
前記光反射材料または構造物は、誘電性構造物または微細構造物を備える、請求項１または２に記載の線量計。
【請求項６】
前記誘電性構造物または微細構造物は、チェレンコフ放射を減衰する、請求項５に記載の線量計。
【請求項７】
前記バリアは、前記光反射材料または構造物を囲繞するチェレンコフ放射の高減衰を有する層を備える、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項８】
前記ライトパイプに光連通する表面区域を除いて前記シンチレータの表面を覆うように前記シンチレータのまわりにリフレクタが設けられる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項９】
放射線治療または近接照射療法のために加えられる放射線量の測定中における使用の際に、前記光反射材料または構造物及び前記バリアが、前記シンチレータからの測定信号に２％未満のチェレンコフ放射を生成する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項１０】
放射線治療または近接照射療法のために加えられる放射線量の測定中における使用の際に、前記光反射材料または構造物及び前記バリアは、前記シンチレータからの測定信号に１％未満のチェレンコフ放射を生成する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項１１】
前記シンチレータは、前記ライトパイプの前記中空コア内に位置する、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項１２】
前記ライトパイプに光学的に接続された光源をさらに備え、前記ディテクタは、較正信号として前記光源からの光を使用する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項１３】
前記光源は、前記ライトパイプに沿って前記シンチレータへ向けて光を伝達し、リフレクタが前記シンチレータの反対側の側部に設けられ、フォトディテクタによって検出可能であるように、前記光源から受け取った光を前記ライトパイプに沿って反射し戻す、請求項１２に記載の線量計。
【請求項１４】
前記シンチレータに光学的に接続され、前記シンチレータを励起する光を生成する光源をさらに備える、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項１５】
放射線場用の線量計であって、前記線量計は、
シンチレータと、
前記シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、
前記ライトパイプの第２の端からの光を検出し且つ前記検出された光の強さを示す出力を提供するディテクタと、
前記ライトパイプに光連通する光源と、
を備え、
前記ディテクタは、較正信号として前記光源からの光を使用する、線量計。
【請求項１６】
前記光源は、前記ライトパイプに沿って前記シンチレータへ向けて光を発し、前記線量計は、前記シンチレータにリフレクタをさらに備え、前記光源から受け取った光を前記ライトパイプ内に反射し戻す、請求項１５に記載の線量計。
【請求項１７】
前記光源は、前記シンチレータを励起する光を発する、請求項１５に記載の線量計。
【請求項１８】
前記光源によって発せられた光を前記ディテクタが検出するのを減少するかまたは防止するように構成された、請求項１７に記載の線量計。
【請求項１９】
リフレクタが前記ライトパイプに遠位の前記シンチレータの端に設けられ、前記シンチレータから受け取った光を前記ライトパイプへ向けて反射し、前記リフレクタは、前記光源によって生成された光よりも、前記シンチレータによって生成された光に、より高い反射率を有する、請求項１８に記載の線量計。
【請求項２０】
前記光源は、前記ライトパイプの前記第２の端で前記ライトパイプに接続される、請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項２１】
前記光源は、スプリッタを経由して前記ライトパイプに光連通する、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項２２】
前記スプリッタは、前記ライトパイプから受け取った光を、前記ディテクタと前記光源との間で、不均等に分割し、より多くの光が、前記光源よりも前記ディテクタへ向けて方向づけられる、請求項２１に記載の線量計。
【請求項２３】
前記光源に光連通し且つ前記光源から発せられた光の強さを検出するように操作可能である第２のディテクタをさらに備え、前記線量計は、前記光源によって生成された光の少なくとも一部が、前記ライトパイプではなく前記第２のディテクタへ方向づけられるように構成される、請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項２４】
前記光源は、スプリッタによって前記第２のディテクタ及び前記ライトパイプの両方に光学的に接続される、請求項２３に記載の線量計。
【請求項２５】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に依存するときに、前記光源は、光学スイッチによって前記第２のディテクタ及び前記ライトパイプの両方に光学的に接続される、請求項２３に記載の線量計。
【請求項２６】
前記第２のディテクタは、前記シンチレータから実質的に光学的に孤立する、請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項２７】
前記光源は、前記ライトパイプの前記第２の端で前記ライトパイプに接続され、前記ライトパイプに沿って前記ディテクタへ向けて光を伝達する、請求項１５に記載の線量計。
【請求項２８】
放射線場用の線量計であって、前記線量計は、
シンチレータと、
前記シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、
前記ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、
を備え、
前記ライトパイプは、中空コアであって、前記中空コアの周囲のまわりに光反射材料または構造物を備えて前記中空コア内に光を反射する中空コアを備える、線量計。
【請求項２９】
前記光反射材料または構造物を囲繞するチェレンコフ放射の高減衰を呈する材料をさらに備える、請求項２８に記載の線量計。
【請求項３０】
前記反射材料または構造物は、金属の層である、請求項２９に記載の線量計。
【請求項３１】
前記光反射材料または構造物は、微細構造リフレクタである、請求項２９に記載の線量計。
【請求項３２】
前記光反射材料または構造物は、多層誘電性構造物である、請求項２９に記載の線量計。
【請求項３３】
前記光反射材料または構造物は、これを通って前記中空コア内に進むチェレンコフ放射を抑制する厚さ及び／または設計を有する金属の層、微細構造物、または、多層誘電性構造物を備える、請求項２８に記載の線量計。
【請求項３４】
前記チェレンコフ放射は、前記ディテクタによって検出された測定信号の２％未満を備える、請求項３３に記載の線量計。
【請求項３５】
前記チェレンコフ放射は、前記ディテクタによって検出された測定信号の１％未満を備える、請求項３３に記載の線量計。
【請求項３６】
前記シンチレータは、細長く、第１の端及び第２の端の間を延出する本体を有し、１：１〜５：１の範囲の長さ対幅比を備え、その長さが前記ライトパイプに整列配置され前記第１の端が前記ライトパイプに近接するかまたはその中に挿入されて位置し、リフレクタが前記シンチレータの前記第２の端に設けられて前記第２の端で受け取った前記光を第１の端へ向けて反射するようにする、請求項１乃至３５のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項３７】
前記シンチレータは、２：１〜４：１の範囲の長さ対幅比を有する、請求項３６に記載の線量計。
【請求項３８】
前記ライトパイプは、大きなコアの、高い開口数の光ファイバを備える、請求項１乃至３７のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項３９】
前記光ファイバは、およそ１ｍｍのコア直径を有する、請求項１乃至３８のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項４０】
前記シンチレータは、前記ライトパイプの断面積と実質的に同一かまたはそれ未満の断面積を有する、請求項１乃至３９のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項４１】
前記シンチレータ及び前記ライトパイプは、実質的に同一の断面形状を有する、請求項１乃至４０のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項４２】
反射防止インタフェースが、前記シンチレータと前記ライトパイプとの間のインタフェースに設けられる、請求項１乃至４１のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項４３】
前記反射防止インタフェースは、前記シンチレータを前記ライトパイプに結合する接着剤を備える、請求項４２に記載の線量計。
【請求項４４】
前記光ファイバの臨界角内に光を方向づけるために、前記シンチレータと前記光ファイバとの間の光路に屈折要素が位置する、請求項１乃至４３のいずれか１項に記載の線量計。
【請求項４５】
放射線場用の線量計であって、前記線量計は、
シンチレータと、
前記シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、
前記ライトパイプの第２の端からの光を検出し且つ前記検出された光の強さを示す出力を提供するディテクタと、
前記ディテクタによって受け取ることができるように前記ライトパイプに沿って光を伝達するように配列された前記ライトパイプに光連通する光源と、
を備え、
前記ディテクタは、前記光源からの光を含む前記ライトパイプから受け取った光を検出し、前記シンチレータと前記ディテクタとの間の光路の完全性の指標用に前記検出された光を評価する、線量計。
【請求項４６】
放射線場用の線量計であって、前記線量計は、
シンチレータと、
前記シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、
前記ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、
を備え、
前記ライトパイプは、中空コアであって、前記中空コアの周囲のまわりに光反射材料を備える中空コアを備え、前記シンチレータは、少なくとも実質的に前記ライトパイプ内に含まれるように位置する、線量計。
【請求項４７】
前記シンチレータは、全体的に前記ライトパイプ内に含まれるように位置する、請求項４６に記載の線量計。
【請求項４８】
前記ライトパイプの第１の端から前記シンチレータの遠位端で受け取った光を前記ライトパイプの前記第１の端へ向けて反射し戻すように位置するリフレクタをさらに備える、請求項４６または４７に記載の線量計。
【請求項４９】
線量計から較正された測定を得るための方法であって、前記方法は、シンチレータを光ディテクタに接続するライトパイプの少なくとも一部に沿って参照光信号を伝達することと、前記参照光信号を受け取ることと、前記光ディテクタによって受け取られる前記シンチレータからの測定信号のための較正信号として、受け取った前記参照光信号を使用することと、を備える方法。
【請求項５０】
前記検出された信号が前記光ファイバに沿って伝達されることなく前記参照光信号の強さを検出することと、前記検出された強さをさらなるを較正信号として使用することと、をさらに備える、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
ライトパイプ上で光ディテクタに光連通するシンチレータを備える線量計から、較正された測定を得る方法であって、前記方法は、前記シンチレータを参照光信号で励起することと、前記光ディテクタで前記シンチレータによって生成された光を受け取り前記受け取った光の強さを決定することと、前記光ディテクタによって受け取られる前記シンチレータからの測定信号のための較正信号として、前記受け取った光の強さの決定を使用することと、を備える方法。
【請求項５２】
前記シンチレータを励起するために使用された参照光信号の強さを検出することと、前記検出された強さをさらなる較正信号として使用することと、をさらに備える、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記参照光信号を光源から前記シンチレータへ前記ライトパイプを経由して伝達することをさらに備え、前記参照光信号の前記強さを検出するプロセスは、前記ライトパイプを経由して伝達されることなく前記光源によって生成された前記参照光信号の前記強さを検出することを備える、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記ディテクタによって受け取られた前記光を使用して、前記ライトパイプの完全性を評価することをさらに備える、請求項４９乃至５３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５５】
線量計を製造する方法であって、前記方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することを備え、それは、リフレクタによって境界づけられる中空コアを備えた、大きなコアの高い開口数のライトパイプを備え、前記シンチレータは細長く、前記ライトパイプの断面積にほぼ等しいかまたはそれ未満の断面積を有し、前記方法は、少なくとも、前記ライトパイプから遠位にある前記シンチレータの一端に、前記シンチレータが励起するときに生成された光用のリフレクタを提供することをさらに備える、方法。
【請求項５６】
幅が１ｍｍ未満であり、幅対長さ比が１：２〜１：４の範囲であるシンチレータを選択することをさらに備える、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記中空コア内に少なくとも実質的に含まれるように、前記シンチレータを前記ライトパイプの前記中空コア内に挿入することをさらに備える、請求項５５または５６に記載の方法。
【請求項５８】
チェレンコフ放射の高減衰を呈する前記リフレクタを囲繞する材料を有するように前記ライトパイプを形成することをさらに備える、請求項５５乃至５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
チェレンコフ放射がそれを通って前記中空コア内に進むのを抑制するために前記リフレクタを設計することをさらに備える、請求項５５乃至５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６０】
線量計を製造する方法であって、前記方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することと、参照光信号を生成し前記参照光信号を前記ライトパイプに沿って伝達し前記光ディテクタによって受取可能にするように操作可能な光源を接続することと、を備え、前記光ディテクタは、電子処理システムを備え、前記方法は、前記電子処理システムを適合させて、前記シンチレータから調達された測定信号のための較正信号として、前記受け取った参照光信号を使用することと、を備える方法。
【請求項６１】
線量計を製造する方法であって、前記方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することと、前記シンチレータを励起する参照光信号を生成し前記参照光信号を前記ライトパイプに沿って伝達し前記シンチレータによって受取可能にするように操作可能な光源を接続することと、を備え、前記光ディテクタは、電子処理システムを備え、前記方法は、前記電子処理システムを適合させて、前記参照光信号によって励起された結果として前記シンチレータから受け取った光を、前記シンチレータから調達された測定信号のための較正信号として使用することと、を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線場からの線量を測定するための線量計及び線量計を製造する方法に関する。特に、本発明は、光ファイバ線量計の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線場を検出するのに適切な装置の範囲は公知であるが、現代の放射線療法技術の需要を満たす線量計に使用するのに適しているものは、あるとしてもほとんど知られていない。現代の療法技術に適応するために、放射線治療療法を正確に実証することができ、また、時間依存療法技術、例えば強度変調放射線治療等に適応することができ、また、精密療法技術、例えば定位的放射線治療にも適応することができる線量計の必要性がある。線量計は、全治療期間にわたり全線量をまとめることができる能力を維持しながら、高い空間分解能を提供することができなければならない。線量計はまた、現在の放射線量の頻繁に更新される示度数を提供しなければならない。
【０００３】
近接照射療法用途のためのさらなる要件は、線量計が非常に小さいサイズでなければならないことである。さらなる要件は、線量計が比較的頑丈であることであり、いずれの用途にとっても利点であるが、用途が患者の腔、例えば尿道内に挿入する必要がある場合に、特にそうである。
【０００４】
光ファイバ線量計は、放射線療法技術で使用される代替物に対して利点を提供する多数の特徴を有する。光ファイバ線量計のシンチレータは、小さな水等価プラスチック材料から構成され、従来の代替物線量計で発生する、放射線のエネルギ依存または摂動に関連した不利点を回避する。
【０００５】
米国特許第５，００６，７１４号には、シンチレータ線量計プローブが記載されている。シンチレータは、イオン化放射線に位置決めされ、これが、光出力を形成する。光は、シンチレータからライトパイプを通って光電子増倍管へ伝導され、そうすることで光を電流に変換する。光電子増倍管によって生成された電流は、シンチレータに入射した放射線量率に比例する。電流の測定を通して、次いで放射線量率が表示されるかまたは記録されるかしてもよい。
【０００６】
光ファイバ線量計の識別された問題は、ライトパイプ内にチェレンコフ（ＣｅｒｅｎｋｏｖまたはＣｈｅｒｅｎｋｏｖ）放射が生成され、ライトパイプに沿ってチェレンコフ放射が伝達することである。チェレンコフ放射の強さは、シンチレータの放射線量以外の要因に依存し、したがって、チェレンコフ放射は、測定信号のノイズを表す。
【０００７】
チェレンコフ放射の問題に対処する１つの提案された技術は、信号処理を使用することである。米国特許出願公開第２００４／０２３８７４９号には、２つの帯域通過フィルタを使用するフィルタリングを伴う放射線の用量を測定するための方法が提案されている。
【０００８】
チェレンコフ放射とシンチレータからの信号との間を区別するために信号処理を使用することの問題は、測定の必要な正確さを提供するために十分な区別を得ることである。この問題は、大半の効果的なシンチレータが、チェレンコフ放射に類似する電磁スペクトルの区域を占める波長で光を発するときに特に明らかである。
【０００９】
光ファイバ線量計を使用することの別の問題は、較正される放射線の強さを測定することであり、すなわち、示度数は、同一放射線場の標準線量計の示度数に参照可能である。示度数は、シンチレーション信号に依存するだけではなく、シンチレータとディテクタとの間の損失にも依存する。特定の使用において、損失は変動しうり、例えば、光ファイバのコネクタは、その効率が変動する。線量計がディテクタから接続を断たれ、再接続される場合には、示度数は変化してもよい。加えて、共通の光ディテクタの効率は、経時的に変化してもよく、同様に、一つのディテクタから別のディテクタへ変動してもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、１つまたはそれ以上の上述の必要性を満たし及び／または既存する線量計の問題の少なくともいくつかを克服するかまたは軽減する線量計を提供するか、または、少なくとも一般市民に有用な代替物を提供するものを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的または代替の目的は、結果として改良された線量計になる光ファイバ線量計かまたは少なくとも有用な代替物を提供するものを製造する方法を提供することである。
【００１２】
本明細書において、先行技術に対するいずれの参照も、そのような先行技術が広く知られているか、または、オーストラリアまたは他のいずれの管轄区域における共通の一般知識の一部を形成することを承認するものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様にしたがって、放射線場用の線量計が提供され、線量計は、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、を備え、ライトパイプは、中空コアであって、中空コアの周囲のまわりに光反射材料または構造物を備えて中空コア内に光を反射する中空コアと、ライトパイプに生成されたチェレンコフ放射が中空コア内に入るのを減少するかまたは防止する、中空コアのまわりのバリアと、を備える。
【００１４】
光反射材料または構造物はまた、バリアの少なくとも一部を形成してもよい。例えば、光反射材料または構造物は、金属の層を備えてもよい。特に、光反射材料または構造物は、少なくともおよそ１ミクロンの厚さを有する銀の層を備えてもよい。
【００１５】
光反射材料または構造物は、誘電性構造物または微細構造物を備えてもよい。誘電性構造物または微細構造物はまた、チェレンコフ放射を減衰してもよい。
【００１６】
バリアは、光反射材料または構造物を囲繞するチェレンコフ放射の高減衰を有する層を備えてもよい。
【００１７】
ライトパイプに光連通する表面区域を除いてシンチレータの表面を覆うようにシンチレータのまわりにリフレクタが設けられてもよい。
【００１８】
放射線治療または近接照射療法に加えられる放射線量の測定中に使用する際には、光反射材料または構造物及びバリアは、シンチレータからの測定信号に２％未満のチェレンコフ放射を生成してもよい。より詳細には、光反射材料または構造物及びバリアは、シンチレータからの測定信号に１％未満のチェレンコフ放射を生成してもよい。
【００１９】
シンチレータは、ライトパイプの中空コア内に位置してもよい。
【００２０】
線量計は、ライトパイプに光学的に接続された光源をさらに備えてもよく、ディテクタは、較正信号として光源からの光を使用する。光源は、ライトパイプに沿ってシンチレータへ向けて光を伝達してもよく、リフレクタがシンチレータの反対側の側部に設けられてもよく、フォトディテクタによって検出可能であるように、光源から受け取った光をライトパイプに沿って反射し戻す。光源は、シンチレータに光学的に接続されてもよく、シンチレータを励起する光を生成する。
【００２１】
本発明の第２の態様にしたがって、放射線場用の線量計が提供され、線量計は、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端からの光を検出し且つ検出された光の強さを示す出力を提供するディテクタと、ライトパイプに光連通する光源と、を備え、ディテクタは、較正信号として光源からの光を使用する。
【００２２】
光源は、ライトパイプに沿ってシンチレータへ向けて光を発してもよく、線量計は、シンチレータにリフレクタをさらに備え、光源から受け取った光をライトパイプ内に反射し戻す。別の実施形態において、光源は、シンチレータを励起する光を発してもよい。この実施形態において、線量計は、ディテクタによって、光源によって発せられた光の検出を減少するかまたは防止するように、構成されてもよい。１つの実施形態において、これは、シンチレータから受け取った光をライトパイプへ向けて反射するためにライトパイプに遠位のシンチレータの端に設けられたリフレクタによって少なくとも部分的に達成されてもよく、リフレクタは、光源によって生成された光よりも、シンチレータによって生成された光に、より高い反射率を有する。
【００２３】
光源は、ライトパイプの第２の端でライトパイプに接続されてもよい。
【００２４】
光源は、スプリッタを経由してライトパイプに光連通してもよい。スプリッタは、ライトパイプから受け取った光を、ディテクタと光源との間で、不均等に分割してもよく、より多くの光が、光源よりもディテクタへ向けて方向づけられる。
【００２５】
線量計は、光源に光連通し且つ光源から発せられた光の強さを検出するように操作可能である第２のディテクタをさらに備えてもよく、線量計は、光源によって生成された光の少なくとも一部が、ライトパイプではなく第２のディテクタへ方向づけられるように構成される。光源は、スプリッタによって第２のディテクタ及びライトパイプの両方に光学的に接続されてもよい。あるいは、光源は、光学スイッチによって第２のディテクタ及びライトパイプの両方に光学的に接続されてもよい。第２のディテクタは、シンチレータから実質的に光学的に孤立してもよい。
【００２６】
光源は、ライトパイプの第２の端でライトパイプに接続されてもよく、ライトパイプに沿ってディテクタへ向けて光を伝達してもよい。
【００２７】
本発明の第３の態様にしたがって、放射線場用の線量計が提供され、線量計は、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、を備え、ライトパイプは、中空コアであって、中空コアの周囲のまわりに光反射材料または構造物を備えて中空コア内に光を反射する中空コアを備える。
【００２８】
線量計は、光反射材料または構造物を囲繞するチェレンコフ放射の高減衰を呈する材料をさらに備えてもよい。例えば、光反射材料または構造物は、金属の層であってもよい。あるいは、光反射材料または構造物は、微細構造リフレクタであってもよい。別の代替の実施形態において、光反射材料または構造物は、多層誘電性構造物であってもよい。
【００２９】
光反射材料または構造物は、これを通って中空コア内に進むチェレンコフ放射を抑制する厚さ及び／または設計を有する金属の層、微細構造物、または、多層誘電性構造物を備えてもよい。層は、チェレンコフ放射が、ディテクタによって検出された測定信号の２％未満を備えるようであってもよい。いくつかの実施形態では、チェレンコフ放射は、ディテクタによって検出された測定信号の１％未満を備えてもよい。
【００３０】
シンチレータは、細長くてもよく、第１の端及び第２の端の間を延出する本体を有し、１：１〜５：１の範囲の長さ対幅比を備え、その長さがライトパイプに整列配置され第１の端がライトパイプに近接するかまたはその中に挿入されて位置し、リフレクタがシンチレータの第２の端に設けられて第２の端で受け取った光を第１の端へ向けて反射するようにする。１つの実施形態において、シンチレータは、２：１〜４：１の範囲の長さ対幅比を有してもよい。
【００３１】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、ライトパイプは、大きなコアの、高い開口数の光ファイバを備えてもよい。
【００３２】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、光ファイバは、およそ１ｍｍのコア直径を有してもよい。
【００３３】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、シンチレータは、ライトパイプの断面積と実質的に同一かまたはそれ未満の断面積を有してもよい。
【００３４】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、シンチレータ及びライトパイプは、実質的に同一の断面形状を有してもよい。
【００３５】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、反射防止インタフェースが、シンチレータとライトパイプとの間のインタフェースに設けられてもよい。反射防止インタフェースは、シンチレータをライトパイプに結合する接着剤を備えてもよい。
【００３６】
本発明の上述した態様のいずれかにおいて、光ファイバの臨界角内に光を方向づけるために、シンチレータと光ファイバとの間の光路に屈折要素が位置してもよい。
【００３７】
本発明の第４の態様にしたがって、放射線場用の線量計が提供され、線量計は、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端からの光を検出し且つ検出された光の強さを示す出力を提供するディテクタと、ディテクタによって受け取ることができるようにライトパイプに沿って光を伝達するように配列されたライトパイプに光連通する光源と、を備え、ディテクタは、光源からの光を含むライトパイプから受け取った光を検出し、シンチレータとディテクタとの間にある光路の完全性のインジケータ用に検出された光を評価する。
【００３８】
本発明の第５の態様にしたがって、放射線場用の線量計が提供され、線量計は、シンチレータと、シンチレータに光連通する第１の端を有するライトパイプと、ライトパイプの第２の端から出力された光を検出し且つ受け取った光信号の強さを示す出力を提供するディテクタと、を備え、ライトパイプは、中空コアであって、中空コアの周囲のまわりに光反射材料を備える中空コアを備え、シンチレータは、少なくとも実質的にライトパイプ内に含まれるように位置する。
【００３９】
シンチレータは、全体的にライトパイプ内に含まれるように位置してもよい。
【００４０】
線量計は、ライトパイプの第１の端からシンチレータの遠位端で受け取った光をライトパイプの第１の端へ向けて反射し戻すように位置するリフレクタをさらに備えてもよい。
【００４１】
本発明の第６の態様にしたがって、線量計から較正された測定を得るための方法が提供され、方法は、シンチレータを光ディテクタに接続するライトパイプの少なくとも一部に沿って参照光信号を伝達することと、参照光信号を受け取ることと、光ディテクタによって受け取られるシンチレータからの測定信号のための較正信号として、受け取った参照光信号を使用することと、を備える。
【００４２】
前記方法は、検出された信号が光ファイバに沿って伝達されることなく参照光信号の強さを検出することと、検出された強さをさらなるを較正信号として使用することと、をさらに備えてもよい。
【００４３】
本発明の第７の態様にしたがって、ライトパイプ上で光ディテクタに光連通するシンチレータを備える線量計から、較正された測定を得る方法が提供され、その方法は、シンチレータを参照光信号で励起することと、光ディテクタでシンチレータによって生成された光を受け取り、受け取った光の強さを決定することと、光ディテクタによって受け取られるシンチレータからの測定信号のための較正信号として、受け取った光の強さの決定を使用することと、を備える。
【００４４】
前記方法は、シンチレータを励起するために使用された参照光信号の強さを検出することと、検出された強さをさらなる較正信号として使用することと、をさらに備えてもよい。その方法は、参照光信号を光源からシンチレータへライトパイプを経由して伝達することをさらに備えてもよく、参照光信号の強さを検出するプロセスは、ライトパイプを経由して伝達されることなく光源によって生成された参照光信号の強さを検出することを備える。
【００４５】
前記方法は、ディテクタによって受け取られた光を使用して、ライトパイプの完全性を評価することをさらに備えてもよい。
【００４６】
本発明の第８の態様にしたがって、線量計を製造する方法が提供され、その方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することを備え、それは、リフレクタによって境界づけられる中空コアを備えた、大きなコアの高い開口数のライトパイプを備え、シンチレータは細長く、ライトパイプの断面積にほぼ等しいかまたはそれ未満の断面積を有し、その方法は、少なくとも、ライトパイプから遠位にあるシンチレータの一端に、シンチレータが励起するときに生成された光用のリフレクタを提供することをさらに備える。
【００４７】
前記方法は、幅が１ｍｍ未満であり、幅対長さ比が１：２〜１：４の範囲であるシンチレータを選択することをさらに備えてもよい。
【００４８】
前記方法は、中空コア内に少なくとも実質的に含まれるように、シンチレータをライトパイプの中空コア内に挿入することをさらに備えてもよい。
【００４９】
前記方法は、チェレンコフ放射の高減衰を呈するリフレクタを囲繞する材料を有するようにライトパイプを形成することをさらに備えてもよい。
【００５０】
前記方法は、チェレンコフ放射がそれを通って中空コア内に進むのを抑制するためにリフレクタを設計することをさらに備えてもよい。
【００５１】
本発明の第９の態様にしたがって、線量計を製造する方法が提供され、その方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することと、参照光信号を生成し参照光信号をライトパイプに沿って伝達し光ディテクタによって受取可能にするように操作可能な光源を接続することと、を備え、光ディテクタは、電子処理システムを備え、その方法は、電子処理システムを適合させて、シンチレータから調達された測定信号のための較正信号として、受け取った参照光信号を使用することと、を備える。
【００５２】
本発明の第１０の態様にしたがって、線量計を製造する方法が提供され、その方法は、ライトパイプを経由して光ディテクタをシンチレータに接続することと、シンチレータを励起する参照光信号を生成し参照光信号をライトパイプに沿って伝達しシンチレータによって受取可能にするように操作可能な光源を接続することと、を備え、光ディテクタは、電子処理システムを備え、その方法は、電子処理システムを適合させて、参照光信号によって励起された結果としてシンチレータから受け取った光を、シンチレータから調達された測定信号のための較正信号として使用することと、を備える。
【００５３】
本発明のさらなる態様は、現在企図された好適な実施形態の例としてのみ与えられ、添付の図面を参照すると、下記の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明は、光ファイバ線量計に関する。線量計は、放射線治療及び／または近接照射療法に特定の用途を有してもよいが、本発明は、必ずしもこれらの用途に限定されない。
【００５５】
添付の図面の図１を参照すると、線量計の第１の実施形態における概略図が、矢印１００によって全体的に参照される。
【００５６】
線量計１００は、ライトパイプに連通するシンチレータ１を含み、それは、適切には、光ファイバ２である。本発明に使用するのに適切なシンチレータは、アントラセンがドープされたポリビニルトルエン（ＰＶＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、または、ともにフランスのサンゴバン（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ）株式会社等が販売しているポリ（メチル）メタクリレート（ＰＭＭＡ）系シンチレータ、または、ポリスチレン系コアまたはポリ（メチル）メタクリレート系クラッディングを備えたシンチレーチングファイバを含む。
【００５７】
ファイバ２は、コア３と、クラッディング４と、を有し、図示された実施形態では、バッファーチュービング５も含む。バッファーチュービング５は、この実施形態でも、本願に記載される本発明の他の実施形態でも、省略されてもよい。ファイバ２は、ポリマーファイバであってもよい。
【００５８】
ファイバ２は、フォトディテクタ６に接続される。フォトディテクタ６は、光電子増倍管またはフォトダイオード装置を含むいずれの適切なディテクタであってもよい。光信号を電子信号に転換し光信号の強さの表示を出力するための適切な装置及び技術は、よく知られており、したがって、本願には記載されない。
【００５９】
リフレクタ７、例えば金属化フィルムが、ファイバ２からシンチレータ１の遠位端上に設けられてもよい。そうでなければ、リフレクタ７は、シンチレータ１の端から脱出するであろう光を、ファイバ２へ向けて戻して再方向づけ、したがって、ファイバ２によって捉えられる光の量を増加する。加えて、反射防止コーティング８が、シンチレータ１からファイバ２への接合部に設けられてもよい。反射防止コーティング８は、特定の線量計１００用に設計され、適切には、励起されるときにシンチレータ１からの光の４分の１波長の厚さＴを有する材料を備えてもよく、また、シンチレータ１の屈折率の平方根にほぼ等しい屈折率を有してもよく、それは、より高い屈折率の材料である。反射防止コーティング８は、光学的に透明な接着剤、例えばサンゴバンＢＣ−６００（Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  ＢＣ−６００）であってもよく、したがって、二重目的を実行してもよい。
【００６０】
シンチレータ１とファイバ２との間の接合部は、頑丈さを加えるために強化されてもよい。特に、保護プラスチックチュービング９が、シンチレータ１及びファイバ２の上に設けられて、シンチレータ１を適所に保持してもよい。バッファーチュービング５が、ファイバ２の端から剥かれて、プラスチックチュービング９を収容してもよい。プラスチックチュービング９は、接着剤（図示せず）によって、適切にはこれもまたサンゴバンＢＣ−６００または別の光学的に透明な接着剤によって、シンチレータ及びファイバ２の両方に固定されてもよい。プラスチックチュービング９は、いずれの適切な硬質プラスチック、例えば、ＰＭＭＡまたはポリカーボネートであってもよい。プラスチックチュービング９は、外部干渉光を遮蔽するために不透明であってもよい。代替的に、または、プラスチックチュービング９が設けられない実施形態では、追加光シールド（図示せず）が設けられてもよい。また、シンチレータの形状は変動してもよく、例えば、接続点で内向きに先細りしてファイバとのより強い接続を提供してもよい。
【００６１】
シンチレータ１の寸法は、空間分解能と信号強度との間のトレードオフとして線量計の多くの用途で重要である。より小さなシンチレータ１は、空間分解能を増加するが、結果として、ファイバ２によって収集される検出可能な信号が対応して減少する。その結果、フォトディテクタ６によって受け取られる信号の信号対雑音比は減少する。
【００６２】
加えて、大きなコアの光ファイバ（＞０．４ｍｍ）が使用される場合には、ファイバ２によってシンチレータ１から受け取られる信号が、増大することがある。好ましくは、大きなコアの光ファイバはまた、高開口数（＞０．４）を有する。現在利用可能な大きなコアで高開口数のファイバの２つの例は、三菱レイヨンのスーパーエスカＳＨＶ４００１（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｒａｙｏｎ  Ｓｕｐｅｒ  Ｅｓｋａ  ＳＨＶ４００１）（０．９８ｍｍコア、開口数＝０．５）、及び、サンゴバンＢＣＦ−９８（Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  ＢＣＦ−９８）（０．９８ｍｍコア、開口数＝０．５８）である。
【００６３】
リフレクタ７、大きなコアの光ファイバ２及び小さなシンチレータ１を有し、およそ１ミリメートル以下の直径を有する組み合わせが、特に有利である場合がある。高開口数のファイバがこの組み合わせとともに使用される場合に、さらなる利点が得られる。シンチレータ１の形状がファイバ２の形状に整合する場合に、例えば両方が円形断面を有する場合に、さらなる利点が得られる。本明細書にわたって、ファイバ及びシンチレータは両方とも円形断面を有すると想定され、これは、もっとも好適な実施形態を表すが、必須ではない。また、好ましくは、シンチレータは、光ファイバの断面積に実質的に等しいかそれ未満の断面積を占有する。
【００６４】
フォトディテクタ６の入力で十分な信号対雑音比を提供し、正確な測定を得ることを可能にしつつも、上述の組み合わせを使用して高い空間分解能を提供してもよい。これらの寸法で作られた本発明の線量計１００は、例えば、カテーテル内に挿入するのに適切となる場合があり、これによって線量計１００は近接照射療法用途のために適切となる。
【００６５】
代替の実施形態において、シンチレータからファイバへのインタフェースに接着剤を使用する代わりに、シンチレータ１及びファイバ２は、高周波（ＲＦ）を使用して一緒に溶接されてもよい。溶接プロセスは、シンチレータ及びファイバの端を一緒に、高周波が加えられるのに通る円筒形ダイスの２つの半体の間に押圧することを伴ってもよく、一方、好ましくは、また、軸方向の力を加えて接合部を圧縮する。ファイバ及びシンチレータは、ファイバの長手方向軸に対して直角に、または、他の角度に、切られてもよい。
【００６６】
図２は、線量計の第２の実施形態を示し、これは、矢印２００によって全体的に参照され、これはまた、近接照射療法に特定の用途を有してもよく、図１に示された線量計１００に関して有利であるとして本願に上述された特徴の同一の組み合わせを共有してもよい。図２に示された線量計２００は、シンチレータ２１を有し、これは、典型的に、近接照射療法用途では、１ミリメートル未満の直径を有する。シンチレータ２１は、用途によって、信号強度と空間分解能との間の適切なバランスを提供するために、１：１〜５：１の範囲の長さ対直径の比率を有してもよい。図２において、比率は、およそ３．５：１であり、図１では、比率は、およそ２．６：１であった。図１及び２に提供された例は、現在設計された寸法のもっとも好適な範囲のシンチレータを示し、すなわち、２：１〜４：１の範囲の長さ対直径（または幅）の比率を有する。この範囲のシンチレータを使用することによって、正確な測定値を得るために高い空間分解能を得て且つ十分な信号強度を維持するという２つの要件の間に最適なバランスが提供されてもよい。
【００６７】
図２の実施形態において、シンチレータ２１は、ファイバ２２内に挿入される。ファイバ２２は、コア２３と、クラッディング２４と、バッファーチュービング２５と、を含む。再度、ファイバ２２は、フォトディテクタ２６に接続された大きなコアのポリマーファイバであってもよい。線量計１００と同様に、線量計２００は、シンチレータ２１のインピーダンスをファイバ２２に整合するために、反射防止コーティング２８を含んでもよく、また、シンチレータ２１の遠位端にリフレクタ２７を含んでもよい。
【００６８】
線量計２００を作るために、円筒形の穴が、コア２３の領域のファイバ２の端に形成される。穴は、好ましくは、実質的にコア２３の全体を除去し、クラッディング２４はそのままにする。シンチレータ２１は、反射防止コーティング２８に整合する任意のインピーダンスを備え、次いで、穴内に挿入され、適所に接着される。リフレクタ２７は、次いで、ファイバ２２の端に、適切にはまた接着剤で加えられる。再度、サンゴバンＢＣ−６００が接着剤として使用されてもよい。光ファイバが中空コア光ファイバ（下記参照のこと）である場合には、ファイバの端に円筒形の穴を形成するステップは省略されてもよい。
【００６９】
線量計２００の利点は、シンチレータ２１とファイバ２２との間に接合部がないことである。これは、線量計２００の頑丈さを増してもよく、これは、測定場所に到達するためにファイバ２２がカーブのまわりを移動しなければならない近接照射療法等の用途には特に有利であってもよい。
【００７０】
図３は、本発明にしたがった線量計の第３の実施形態の概略図を示し、これは、矢印３００によって全体的に参照される。線量計３００は、シンチレータ３１と、コア３３、クラッディング３４及び任意のバッファーチュービング３５を有する光ファイバ３２と、を含む。クラッディング３４は、鞘状であってもよい。リフレクタ３７は、シンチレータ３１の端と、シンチレータ３１の側部のまわりに設けられる。リフレクタ３７をシンチレータ３１の側部のまわりに延出すると、シンチレータ３１の開口数が増加するため、ファイバ３２の開口数がシンチレータ３１の開口数よりも大きいときに、利点となる。反射防止コーティング３８が、シンチレータ３１とファイバ３２とのインタフェースに設けられる。小さなシンチレータと、大きなコア及び高い開口数を備えたファイバと、を使用する組み合わせもまた、線量計３００に使用されてもよい。
【００７１】
ファイバ３２は、フォトディテクタ３６に接続され、中空コア３３を有する。中空コアファイバ３２は、コア３３の境界を規定する金属化コーティング３９を有する。金属化コーティング３９は、銀がパイプの内側表面に沈殿するように、パイプを通って硝酸銀溶液を進ませることによって、形成されてもよい。代替の実施形態において、金属化層３９は、内部反射を生じさせるため、別の反射性材料または構造物に、例えば誘電体層のコーティングまたは微細構造アレイに、取って代わられてもよい。
【００７２】
１つの実施形態において、ファイバ３２は、ブラッグチューブであってもよい。本発明に使用されるのに適切であってもよい様々な他のタイプの中空ファイバもまた、設計されている。
【００７３】
中空ライトパイプとして使用されてもよいファイバの１つの例は、２．９〜１０．６μｍ波長範囲に設計された銀ライニングされたエアコアシリカ導波管である。このタイプのファイバは、ポリマイクロテクノロジーズ、ＬＬＣ（Ｐｏｌｙｍｉｃｒｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＬＬＣ）が販売しており、現在、本社をアメリカ合衆国アリゾナ州フェニックスにおいている。銀ライニングは、光用の内部リフレクタを提供して、光がファイバに沿って進行するのを可能にすることと、クラッディング３４に生成されたチェレンコフ放射がコア３３内へ入るのに対して少なくとも部分的なバリアを形成することと、の二重機能を行ってもよい。内部リフレクタを形成するために他の材料、例えばアルミニウムが使用されてもよい。バリアはまた、外部環境の光がライトパイプに入るのを防止してもよい。
【００７４】
およそ１ミクロンかまたはそれ以上の厚さを有する銀の層は、チェレンコフ放射の検出によって導入されたいずれのエラーも十分小さいという測定を得るために、大半の用途で適切となる場合がある。およそ０．５ミクロンほどの低い厚さが、依然としてチェレンコフ放射の有用な阻止を提供してもよく、一方、およそ２ミクロンを超える厚さで層を形成することは、滑らかな表面を維持することを困難にし、結果として、過剰な損失になる。必要な実際の厚さは、使用される製造技術及び線量計の要件仕様に依存する。
【００７５】
本願に記載された実施形態にしたがったファイバの特性を適応させることによって、比較的厳しい要件仕様に合致することができることが予想され、これは、標準ファイバを使用すると以前には可能ではなかったかもしれない。例えば、ライトパイプの１メートルの長さにわたる９５％未満の伝搬損失の要件、及び、ライトパイプ内に進みそれに沿って伝播するチェレンコフ放射及び／または環境光に起因する信号の２％未満または１％未満の雑音である。その要件は、リフレクタ及び囲繞する材料の特性を選択することと、定期検査を行って、特定のライトパイプが要件に準拠するのを検証することと、によって合致してもよい。
【００７６】
中空ライトパイプの内部に設けられた反射材料または構造物を進むいずれのチェレンコフ放射が含まれることも、反射材料の表面の不完全さに起因する場合がある。したがって、これらの不完全さを減少することによって、チェレンコフ放射がライトパイプに沿って伝達することが減少されてもよい。例えば、不完全さは、銀ライニングされた中空ファイバでは、ファイバの表面をヨウ素化することによって、減少されてもよい。ヨウ素化の深さを適切にすることは、ファイバの損失を減少するというさらなる利点を有する場合がある。
【００７７】
リフレクタが、チェレンコフ放射または環境放射に対して不十分なバリアを提供する場合には、追加バリア、例えば、チェレンコフ放射の高い減衰の特性を有する材料が、リフレクタの外側表面の近くに位置してもよい。
【００７８】
１つの実施形態において、クラッディング３４、または、クラッディング３４と反射材料または構造物との間の材料の層は、チェレンコフ放射を減衰するように選択されてもよく、それによって、測定された信号にチェレンコフ放射が発生するのをさらに減少する。この実施形態は、ファイバの内部リフレクタを形成する材料、例えば、銀またはアルミニウムのライニングが、チェレンコフ放射に対して十分に不透明ではない特定の用途を有してもよい。これはまた、反射構造物のまわりに置かれた減衰材料を備えた、微細構造物または多層誘電性リフレクタを有するライトパイプに特定の用途を有してもよい。
【００７９】
中空ライトパイプとして使用されてもよいファイバの別の例は、部分的にコーティングされたポリマーから製造された中空コアのフォトニックバンドギャップファイバであり、それは、チューブに巻かれ、次いで引かれる。このタイプのファイバの詳細は、下記に見出すことができる。すなわち、
【００８０】
ａ）「中空誘電性導波管ファイバのモード構造の分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｍｏｄｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｉｎ  ｈｏｌｌｏｗ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｆｉｂｅｒｓ）」、Ｍｉｈａｉ  Ｉｂａｎｅｓｃｕ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｇ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｍａｒｉｎ  Ｓｏｌｊａｃｉｃ、Ｊ．Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ、Ｙｏｅｌ  Ｆｉｎｋ、Ｏｒｉ  Ｗｅｉｓｂｅｒｇ、Ｔｏｒｋｅｌ  Ｄ．Ｅｎｇｅｎｅｓｓ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ａ．Ｊａｃｏｂｓ及びＭ．Ｓｋｏｒｏｂｏｇａｔｉｙ著、フィジカルレビューＥ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ）、第６７（４）巻、記事番号０４６６０８、（２００３）。
【００８１】
ｂ）「ＣＯ2レーザレーザ伝送用の大きなフォトニックバンドギャップを備えた波長拡張性のある中空光ファイバ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｓｃａｌａｂｌｅ  ｈｏｌｌｏｗ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｒｅｓ  ｗｉｔｈ  ｌａｒｇｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄｇａｐｓ  ｆｏｒ  ＣＯ2  ｌａｓｅｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）」、Ｂｕｒａｋ  Ｔｅｍｅｌｋｕｒａｎ、Ｓｈａｎｄｏｎ  Ｄ．Ｈａｒｔ、Ｇｉｌｌｅｓ  Ｂｅｎｏｉｔ、Ｊｏｈｎ  Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ及びＹｏｅｌ  Ｆｉｎｋ著、ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、第４２０巻、６５０〜６５３頁、２００２年１２月１２日。
【００８２】
ｃ）送信導波管における一般幾何スケーリング摂動の分析、偏波モード分散と群速度分散との間の基本的関係（Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｇｅｎｅｒａｌ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｃａｌｉｎｇ  ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ａ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ．  Ｔｈｅ  ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」、Ｍ．Ｓｋｏｒｏｂｏｇａｔｉｙ、Ｍ．Ｉｂａｎｅｓｃｕ、Ｓ．Ｇ．Ｊｏｈｎｓｏｎ、Ｏ．Ｗｅｉｓｅｂｅｒｇ、Ｔ．Ｄ．Ｅｎｇｅｎｅｓｓ、Ｍ．Ｓｏｌｊａｃｉｃ、Ｓ．Ａ．Ｊａｃｏｂｓ及びＹ．Ｆｉｎｋ著、ジャーナルオブオプティカルソサイアティオブアメリカＢ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ｂ）、第１９巻、２８６７〜２８７５頁、（２００２）。
【００８３】
ｄ）「高屈折率導波管における幾何変動、曲線座標における連成モード理論（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｉｎｄｅｘ−ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｍｏｄｅ  ｔｈｅｏｒｙ  ｉｎ  ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）」、Ｍ．Ｓｋｏｒｏｂｏｇａｔｉｙ、Ｓ．Ａ．Ｊａｃｏｂｓ、Ｓ．Ｇ．Ｊｏｈｎｓｏｎ及びＹ．Ｆｉｎｋ著、オプティクスエクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）、第１０巻、１２２７〜１２４３、（２００２）。
【００８４】
ｅ）「最高の判断基準（Ｔｈｅ  Ｇｏｌｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）」、または、「全方向誘電鏡ファイバからの外部反射（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｆｉｂｅｒｓ）」、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）、第２９６巻、５１０〜５１３頁、２００２年４月１９日。
【００８５】
適切なファイバの第３の例は、「中空コア微細構造ポリマー光ファイバ（Ｈｏｌｌｏｗ  ｃｏｒｅ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｒｅ）」、Ａ．Ａｒｇｙｒｏｓ、Ｍ．Ａ．ｖａｎ  Ｅｉｊｋｅｉｅｎｂｏｒｇ、Ｍ．Ｃ．Ｊ．Ｌａｒｇｅ、Ｉ．Ｍ．Ｂａｓｓｅｔ著、オプティクスレターズ（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）、２００６年１月１５日、に記載されたような、中空コアフォトニックバンドギャップ、微細構造ポリマー光ファイバである。
【００８６】
これらのタイプのファイバは、測定信号におけるチェレンコフ放射を減少するために、再度、本願に記載のように修正されてもよい。
【００８７】
具体的にチェレンコフ放射へのブロックを提供するために、誘電体層または微細構造物が設計されてもよい。例えば、微細構造物または誘電体層の配列は、その内側表面にシンチレータ光用のリフレクタ、及び、外側表面にチェレンコフ放射用のリフレクタを提供することができる。ブルーのシンチレータが使用されるときには、微細構造物または誘電体層は、両側から実質的に同一の反射特性を有してもよく、十分な厚さを備えて設計されてもよく、例えば、結果として、測定信号に、２％未満の、より好ましくは１％未満の、チェレンコフ放射が含まれることになる。異なる色のシンチレータが使用されるときには、微細構造物または誘電体層の配列は、その内側表面に接触する光には、外側表面に接触する光とは異なる反射または光吸収特性を提供してもよい。これは、１つの実施形態では、事実上、２つのリフレクタを互いの頂部に積み重ねることによって達成されてもよい。
【００８８】
チェレンコフ放射へのブロックを形成するために、誘電体層または微細構造物は、比較的厚く、例えば、およそ１０ミクロン厚またはそれ以上に作られてもよい。
【００８９】
加えて、薄膜のエアコアポリマーファイバが、本願に記載された実施形態とともに使用されるのに適切であってもよい。出願人は、このタイプのファイバが近い将来市販される予定であることを理解している。
【００９０】
エアコアファイバの使用は、フォトディテクタで受け取られた信号のチェレンコフ放射を斟酌する必要性を有意に減少するか、または、排除することさえある。それに応じて、より正確な測定が得られることもあり、ブルーの波長を有する光を発するシンチレータが、より効果的に使用されてもよく、シンチレータ３１のサイズが減少されてもよい。
【００９１】
特に、コアを金属層、例えば銀の層等でコーティングさせたエアコアライトパイプの使用は、非常に少量の、または、実質的にゼロの、チェレンコフ放射をフォトディテクタへ伝達してもよい。１つの実施形態において、その層により、測定信号に、２％未満の、または１％未満さえの、チェレンコフ放射が含まれることになる場合がある。金属層は、チェレンコフ放射が光ファイバのコア内に貫入しディテクタへ伝播するのを抑制するかまたは防止する。それに応じて、光伝播を可能にするために、中空コアを利用し、コアの周囲の非常に近くにチェレンコフ放射へのバリアと、コアの反射表面と、を含む光ファイバ構造は、放射線量を測定するための線量計に特に有用である場合がある。金属ライニングされたコアの場合には、バリア及びリフレクタは、材料の単一層に設けられる。
【００９２】
図４は、線量計の第４の実施形態の概略図を示し、これは、矢印４００によって全体的に参照される。線量計４００は、線量計１００に類似した構造を有し、シンチレータ４１を含み、これは、好ましくは、１：１〜５：１の範囲の長さ対幅比を有し、より好ましくは、２：１と４：１の間であり、さらに、エアであってもよいコア４３を有する光ファイバ４２と、クラッディング４４と、バッファーチュービング４５と、を含む。保護プラスチックチュービング４９が、シンチレータ４１を横切ってファイバ４２接合部に延出する。フォトディテクタ４６は、ファイバ４２から光を受け取り、ファイバ４２から受け取った光の強さを示す出力を提供する。リフレクタ４７がシンチレータ４１の端に設けられ、光をファイバ４２へ向けて反射し戻す。
【００９３】
線量計４００は、シンチレータ４１とファイバ４２との間の光路に沿って、ＧＲＩＮレンズ４８または他の適切な屈折要素をさらに含む。ＧＲＩＮレンズは、ファイバ４２の臨界角の外部であるシンチレータ４１からの光を、ファイバ４２の臨界角内の角度へ再方向づける。したがって、事実上、ＧＲＩＮレンズ４８は、ファイバ４２の開口数を増加し、増加した量の光を捉えることを可能にする。これにより、依然としてより小さなシンチレータ４１を使用することが可能となり、及び／または、フォトディテクタ４６で信号対雑音比の増加を提供する。
【００９４】
当業者は、全４つの実施形態の態様を入れ替えて、線量計のさらなる実施形態を提供してもよいことを認識する。例えば、線量計３００のシンチレータ３１は、光ファイバ３２内に完全に挿入されてもよく（穴は、エアコア３３の固有の部分として、既に形成されている）、シンチレータ４１及びＧＲＩＮレンズ４８は光ファイバ４２内に挿入されてもよい。リフレクタはまた、それぞれ、線量計１００、２００及び４００内のシンチレータ１、シンチレータ２１及び／またはシンチレータ４１の側部のまわりに設けられてもよい。ポリマーファイバよりも曲げに対する耐性が低いこともある中空コアファイバの使用が用途によって可能である線量計１００、２００に、中空コアファイバが使用されてもよい。また、ＧＲＩＮレンズが、線量計１００、２００及び３００のシンチレータからファイバへのインタフェースに使用されてもよい。
【００９５】
反射層がコーティングされたコアを有するライトパイプが使用されるときには、１つの実施形態において、シンチレータが、ライトパイプのコア内に完全にまたは実質的に、挿入されてもよい。これは、ライトパイプの接続への頑丈なシンチレータの組み合わせを提供してもよく、シンチレータの側部のまわりにリフレクタを有することに関する利点を提供してもよく（リフレクタはライトパイプの反射金属層である）、小さな断面積を占めてもよい。
【００９６】
本発明にしたがった線量計によって生成されるいずれのチェレンコフ放射も、できる限り放射線場に垂直であるようにファイバを配向することによって減少されてもよい。この角度の配向がチェレンコフ放射の生成を最小限にしてもよいと出願人は決定した。
【００９７】
加えて、フォトディテクタ６、２６、３６、４６は、信号処理を用いて、チェレンコフ放射の影響をさらに減少し、及び／または、いずれのさらなる干渉信号をフィルタ除去してもよい。
【００９８】
中空コア光ファイバを利用する実施形態において、このファイバは、フォトディテクタに接続する中空でないコアファイバと結合されてもよい。これは、例えば、シンチレータがディテクタから離れていて損失を減少する場合に（中空コアファイバとポリマーファイバとの間のインタフェースにおけるさらなる反射損失を斟酌すべきである）、及び／または、製造コストを減少する場合に、必要とされてもよい。フォトディテクタへのチェレンコフ放射の伝播を最小限にするように、中空コアファイバを、できる限り放射線場に、好ましくは放射線場全体に、使用してもよい。
【００９９】
図５、６及び７は、較正機能を含む本発明の線量計を示す。図５、６及び７において、類似参照符号は、類似構成要素を参照する。
【０１００】
次に、図５を参照すると、本発明の別の態様にしたがった線量計５００が示される。線量計５００は、フォトディテクタ５６と、コネクタ５４を通ってフォトディテクタ５６に接続された光ファイバ５２と、を含む。一方の端で光ファイバ５２に接続され他方の端にリフレクタ５７を有するシンチレータ５１は、線量計５００に測定信号を提供する。線量計５００は、図１に示された線量計１００に類似してもよいが、フォトディテクタ５６を除く。フォトディテクタ５６はまた、図２〜４に示されたタイプの線量計及びさらに代替の光ファイバ線量計とともに使用されてもよい。
【０１０１】
フォトディテクタ５６は、「Ｙ」カップリングまたはスプリッタ６４を含み、これは、発光ダイオード（ＬＥＤ）６１及びフォトディテクタ回路６２の両方を光ファイバ５２に接続する。ＬＥＤ６１は、代替の適切な光源に取って代わられてもよい。
【０１０２】
ＬＥＤ６１は、制御された量の光が光ファイバ５２内に入るのを許可し、これは、リフレクタ５７によってフォトディテクタ５６及びフォトディテクタ回路６２へ反射し戻される。図５〜７において、リフレクタ５７はシンチレータ５１よりも大きく示されているが、大半の実際の線量計では、リフレクタ５７はシンチレータ５１とほぼ同一のサイズである。次いで、フォトディテクタ５６は、フォトディテクタ回路６２が、ＬＥＤ６１がＯＮでシンチレータに加えられる放射線がないときに光フィギュア５２から受け取った光の測定を得る。これは、線量計５００に較正信号を提供する。
【０１０３】
１つの実施形態において、ＬＥＤ６１からの光は、シンチレータ５１を励起しない。この実施形態において、ＬＥＤ６１を使用して、例えばシンチレータを測定場所へ挿入する間の破損のため、環境からの汚染光の進入に対する光路の安全性をチェックしてもよい。
【０１０４】
別の実施形態において、ＬＥＤ６１からの光は、シンチレータ５１を励起し、ＬＥＤ６１を使用して、同一の放射線場に生成され、伝播され、及び／または、検出される光の経時変化を較正してもよい。この実施形態において、リフレクタ５７は、省略されてもよく、または、代替的に、選択的なリフレクタの形態のリフレクタ５７が設けられてもよく、これは、ＬＥＤ６１によって生成された光よりも、シンチレータ５１によって生成された光に、より高い反射率を有する。このタイプのリフレクタは、湿性沈着技術を使用して銀の薄い層を沈着することによって、形成されてもよい。スパッタアルミニウムも使用することができるが、反射率プロファイルは、ブルー／ＵＶ領域で、より平坦であってもよい。
【０１０５】
シンチレータ５１がこれに加えられる放射線を有し且つ光を生成しているときには、フォトディテクタ５６は次いで、ＬＥＤ６１から調達される信号に対して受け取られた光信号の出力を提供することができる。当業者は、これが、いずれの接続効率の変動も、ファイバの損失及びディテクタ効率の変動も、さらには発生し得る他の変動も、自動的に訂正するのを可能にすることを認識する。ＬＥＤ６１はまた、ちょうど相対用量測定の代わりに、定量的放射線測定を得るのを可能にすることもある。
【０１０６】
ディテクタ５６及び本願に記載されたディテクタの他の実施形態は、電子処理システム、例えばマイクロプロセッサ９０及び関連メモリ９１を含み、ディテクタを制御する。当業者は、電子処理システムが、必要な機能性及び特定の実施に依存して、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、プログラム可能論理装置を備えてもよいことを認識する。
【０１０７】
マイクロプロセッサ９０は、較正された測定を計算する際に使用するために、メモリ９１の構成要素に、較正光信号の強さを記録してもよい（ＬＥＤ６１からの光が光ファイバ５２に沿って伝達された後にその光を受け取るか、または、シンチレータ５１がＬＥＤ６１によって励起された後にその光を受け取るか、のいずれか）。あるいは、電子処理システムは、単に、受け取った光の強さを示す情報を、線量計５００のオペレータに対して、表示させるか、印刷させるか、または、他のやり方で通信させるだけでもよく、オペレータは次いで、較正された測定を手動で計算する。
【０１０８】
スプリッタ６４の使用から生じる戻り信号の損失（３ｄＢ）が高すぎると分かった場合には、光ファイバスイッチを有するカプラーがスプリッタ６４に取って代わることができる。
【０１０９】
あるいは、損失を減少するために、スプリッタ６４のＹ接合部を曲げて、フォトディテクタ回路６２への戻り信号に強く有利に働くようにすることができるが、それは、実際に最大の感度を必要とする。例えば、Ｙ接合部６０のアーム６０Ａが、アーム６０Ｂと一致して設けられてもよい。アーム６０Ｃは、スプリッタ６４を形成するファイバの臨界角を超えないならば、アーム６０Ｂに対していずれの角度であってもよい。
【０１１０】
可能な代替の実施形態において、ＬＥＤ６１は、フォトディテクタ５６の外部に設けられてもよい。
【０１１１】
図６は、さらなる代替の線量計６００を示し、これは、線量計５００に類似するが、１×２スプリッタ６４の代わりに、２×２カプラー６８がフォトディテクタ６６に使用されることを除く。フォトディテクタ回路６２は、光電子増倍管であってもよく、一方、第２のフォトディテクタ回路６３は、感度が低い装置であってもよい。この実施形態のＬＥＤ６１は、シンチレータ５１を励起する波長で光を発する。したがって、ＬＥＤ６１は、アントラセンシンチレータに蛍光発光を励起するために３６５ｎｍでＵＶ光を発してもよい。適切なＬＥＤ６１は、日本の日亜工業株式会社（Ｎｉｃｈｉａ）が販売する３６５ｎｍＵＶ−ＬＥＤであってもよい。
【０１１２】
フォトディテクタ回路６３は、ＬＥＤ６１によって発せられるパワーの測度を提供し、ＬＥＤ出力パワーの任意の劣化を斟酌するために、任意の較正測定を標準化することができる。フォトディテクタ６００は、フォトディテクタ５００の利益を提供することができるが、そのシンチレーションの感度に関して線量計の感度を較正することもできる。挿入中の破損をチェックするために線量計の完全性をその場で検査することもできる。再度、リフレクタ５７は、シンチレータ５１によって生成された光を選択的に反射してもよく、ＬＥＤ６１から光を吸収してもよい。
【０１１３】
図７は、線量計６００に類似した線量計７００を示し、フォトディテクタ６６に類似したフォトディテクタ７６に有するが、２×２カプラー６８は、線量計６００で発生する３ｄＢ損失を減少するために、分割比で選択された一対の１×２カプラー７８に取って代わられていることを除く。
【０１１４】
シンチレータ５１を励起するＬＥＤまたは他の光源を有する図５、６及び７に示された線量計では、ＬＥＤからの光が直接ディテクタに落ちるのを防止するためにフォトディテクタ／フォトディテクタＡの前に光フィルタを含むことが有利となる場合がある。
【０１１５】
それぞれ、図５、６及び７に示された線量計５００、６００、７００を較正する２つの方法がある。第１の方法は、シンチレータを励起するためにＵＶ波長を発するＬＥＤを提供することを含む。
【０１１６】
ＬＥＤ６１は、ＵＶ光を発し、これは、図６及び７では、機器内部のフォトディテクタＢ６３で測定され、発せられる光の大きさを決定する。ＬＥＤからの光が経時的に安定するか、または、公知の速度で崩壊する場合には、フォトディテクタＢ６３は必要でなくてもよい。この簡略化バージョンは、図５に示されている。
【０１１７】
ＵＶ光は、シンチレータ５１を励起する。シンチレータで生成された光は、次いで、フォトディテクタＡ６２によって測定される。フォトディテクタ６２では、シンチレータ５１によって生成された光のみを測定することが望ましく、これを確実にするには２つの措置がある。第１に、ミラー５７が、ＵＶ光用の最小反射率を有するように選ばれる。第２に、フィルタ６９が、フォトディテクタ６２の前に置かれる。
【０１１８】
較正時に放射線源（図示せず）を用いてシンチレータ５１を励起することによって、参照の大きさが制定される。次いで、いずれの状況でもシンチレータから測定された信号の大きさは、参照の大きさと比較され、シンチレータ５１とフォトディテクタ６２との間の経路における損失の変化を斟酌することができる。線量計は、シンチレータ５１に対する公知の線量率を備えた放射線源を使用することによって、用量が較正される。
【０１１９】
第２の方法は、シンチレータ光への波長に類似した光の波長を発するＬＥＤ６１を使用する。ＬＥＤ光は、機器のファイバ６０とディテクタのファイバ５２との間のインタフェースで且つファイバ５２とシンチレータ５１との間のインタフェースで、フォトディテクタ６２へ反射し戻る。ＬＥＤ光はまた、ミラー５７で強く反射する。
【０１２０】
シンチレータ５１とフォトディテクタ６２との間の損失の変化は、フォトディテクタ６２によってＬＥＤ６１から検出される光の大きさの変化によって斟酌することができる。これは、先に述べられた第１の方法と同一のやり方で使用して絶対用量または線量率測定を決定することができる。
【０１２１】
較正機能を備えた線量計のさらなる代替の実施形態において、ＬＥＤは、フォトディテクタから離れて位置してもよい。この実施形態は、図８に示され、これは、１×２スプリッタ８４及び光ファイバ８５によって接続されたシンチレータ８１と、フォトディテクタ８２と、ＬＥＤ８３と、を示す。シンチレータ８１は、図１〜７に関して上記に記載されたタイプであってもよい。
【０１２２】
ＬＥＤ８３を使用して、フォトディテクタ８２の感度のいずれの変化を決定し訂正することもできる。ＬＥＤ８３は、一定の参照光源として使用される。
【０１２３】
近接照射療法用途のために現在設計された好適な実施形態にしたがった、線量計の例示的な実施形態は、下記の特性を有する。すなわち、
【０１２４】
１）ポリマークラッディングを備えた銀ライニングされた円筒形中空コア光ファイバ。中空コアは、およそ１ｍｍの直径及びおよそ０．６ｍの長さを有し、光電子増倍管ディテクタに直接接続する。銀ライニングの厚さは、およそ１ミクロンである。
【０１２５】
２）コアよりもわずかに小さい直径を有し長さ対幅比がおよそ３：１である円筒形ＰＶＴシンチレータが、光ファイバの銀ライニングに締まり嵌めするように、中空コア内に挿入される。
【０１２６】
３）サンゴバンＢＣ−６００を使用して、３６５ｎｍの光用の選択的なリフレクタが、シンチレータの外側端に接着される。
【０１２７】
４）図７に関連して記載されたような３６５ｎｍＬＥＤを含む光電子増倍管ディテクタが、光ファイバ５２をフォトディテクタ６２に接続し、光ファイバ５２へ向けて偏倚される１×２カプラー７８を備える。
【０１２８】
前述の記載に、公知の等価物を有する特定の整数が参照されている場合には、これらの等価物は、個々に述べられたように、これによって本願に組み込まれる。
【０１２９】
当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、修正及び追加が本発明になされてもよいことを認識する。
【０１３０】
本明細書に開示され規定された発明は、本文または図面に述べられたかまたはそれらから明らかである個別の特徴の２つまたはそれ以上のすべての代替の組み合わせに広がることが理解される。これらの異なる組み合わせのすべてが、本発明の様々な代替の態様を構成する。
【０１３１】
本明細書に使用される「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）という用語（またはその文法的変化形）は、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）という用語と等価であり、他の要素または特徴の存在を除外すると取るべきではないことも理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の第１の実施形態にしたがった線量計の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にしたがった線量計の概略図である。
【図３】本発明にしたがった線量計の第３の実施形態の概略図である。
【図４】本発明にしたがった線量計の第４の実施形態の概略図である。
【図５】本発明にしたがった線量計のさらなる実施形態の概略図であり、較正機能を含む。
【図６】本発明にしたがった線量計のさらなる実施形態の概略図であり、較正機能を含む。
【図７】本発明にしたがった線量計のさらなる実施形態の概略図であり、較正機能を含む。
【図８】本発明にしたがった線量計のさらなる実施形態の概略図であり、較正機能を含む。
【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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【国際調査報告】
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