(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線の量に依存した強度の光を発生する放射線発光部と、
前記放射線発光部で発生したフォトンを伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが伝送した前記フォトンを電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器で変換した電気信号から線量を演算する線量演算装置であって、放射線照射タイミングを検知して、検知したタイミングに基づいて前記放射線の線量を演算する線量演算装置と、
前記線量演算装置で演算した測定結果を表示する表示装置と、を有し、
前記線量演算装置は、前記光電変換器が１個１個の前記フォトンから変換した電気信号を１個１個計数して計数率を算出し、前記計数率から前記放射線照射タイミングを検知して、線量の演算に用いる計数の加算タイミングを制御する
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項２】
入射した放射線の量に依存した強度の光を発生する放射線発光部と、
前記放射線発光部で発生したフォトンを伝送する光ファイバと、
前記光ファイバが伝送した前記フォトンを電気信号に変換する光電変換器と、
前記光電変換器で変換した電気信号から線量を演算する線量演算装置であって、放射線照射タイミングを検知して、検知したタイミングに基づいて前記放射線の線量を演算する線量演算装置と、
前記線量演算装置で演算した測定結果を表示する表示装置と、を有し、
前記線量演算装置は、前記放射線を照射する放射線照射装置から放射線照射タイミング信号を受け取り、前記放射線照射タイミング信号から前記放射線照射タイミングを検知して、線量の演算に用いる計数の加算タイミングを制御する
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線発光部と前記光ファイバとの間に、光フィルタが更に設置された
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項４】
請求項３に記載の放射線モニタにおいて、
前記光フィルタは、遮断波長以下の波長の光を遮断させる特性を有しているものである
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線発光部は、その蛍光寿命を４３０ｎｓｅｃ以上かつ２．８ｍｓｅｃ以下とする
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項６】
請求項１または２に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線発光部は、ＮｄをドープしたＹＡＧ結晶とする
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項７】
請求項６に記載の放射線モニタにおいて、
前記放射線発光部と前記光ファイバとの間に、光フィルタが更に設置され、
前記光フィルタの遮断波長を、８０８ｎｍ以上１０６４ｎｍ未満の間の値とする
ことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項８】
入射した放射線の量に依存した強度の光を発生させる発光工程と、
前記発光工程において発生したフォトンを光ファイバで伝送する伝送工程と、
前記伝送工程において伝送した前記フォトンを電気信号に変換する変換工程と、
放射線照射タイミングを検知して、検知したタイミングに基づいて前記放射線の線量を前記変換工程で変換した前記電気信号から演算する演算工程と、を有し、
前記演算工程では、前記変換工程で１個１個の前記フォトンから変換した電気信号を１個１個計数して計数率を算出し、前記計数率から放射線照射タイミングを検知して、線量の演算に用いる計数の加算タイミングを調整する
ことを特徴とする放射線のモニタ方法。
【請求項９】
入射した放射線の量に依存した強度の光を発生させる発光工程と、
前記発光工程において発生したフォトンを光ファイバで伝送する伝送工程と、
前記伝送工程において伝送した前記フォトンを電気信号に変換する変換工程と、
放射線照射タイミングを検知して、検知したタイミングに基づいて前記放射線の線量を前記変換工程で変換した前記電気信号から演算する演算工程と、を有し、
前記演算工程では、放射線を照射する放射線照射装置から放射線照射タイミング信号を受け取り、前記放射線照射タイミング信号から放射線照射タイミングを検知して、線量の演算に用いる計数の加算タイミングを調整する
ことを特徴とする放射線のモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、放射線治療装置等に好適な光ファイバ式の放射線モニタおよび放射線のモニタ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１に記載の線量計は、「放射線の入射により発光するシンチレーションファイバと、このシンチレーションファイバからの光を伝送する光伝送ファイバと、この光伝送ファイバに放射線が入射することにより発生するノイズを除去する、特定の周波数の光を透過するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタを介して伝送された光を検出する光検出部とを備えている」ものであり、体内に小線源を挿入して治療する小線源治療において、体内線量測定時に光伝送部に放射線が入射することによって発生するノイズ、特にチェレンコフ光の影響を除去して、高精度で測定できる局所線量計を得ることを目指したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５６３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  日本において死亡原因の第一位はがんであり、死亡者数は増加の一途を辿っている。医療の質（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  ｌｉｆｅ  ：ＱＯＬ）の向上が求められる近年の日本では、その治療法として放射線がん治療が注目を集めいている。ニーズとしてのＱＯＬ向上に、シーズである放射線がん治療技術の高精度化があいまって、日本においても広く放射線がん治療が普及し始めている。【０００５】  治療に用いられる放射線には、Ｘ線、電子線、陽子線、重粒子線、中性子線等の各種放射線があるが、特に近年、陽子線や重粒子線を用いる治療装置の開発が目覚ましい。【０００６】  これら陽子線や重粒子線は、止まる直前に集中的にエネルギーを与えて線量のピーク（ブラッグピーク）を作る性質を有していることから、この性質を利用することによって、がん部分に集中して線量を付与することができ、低侵襲で高精度な治療が期待できる。【０００７】  また、Ｘ線治療においてもＩＭＲＴ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｔｈｅｒａｐｙ）やＩＧＲＴ（Ｉｍａｇｅ  Ｇｕｉｄｅｄ  ＲａｄｉｏＴｈｅｒａｐｙ）等が開発されており、線量をがん部分に集中させる努力が進んでいる。【０００８】  放射線治療装置の高度化が進むのに伴い、治療計画の精度や患者位置決めの精度、治療計画や装置のＱＡ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ａｓｓｕｒａｎｃｅ）用の線量率計測に至るまで、放射線治療に関わるトータルでの精度向上が求められている。【０００９】  放射線治療における線量計測には、その安定性や再現性が良好な電離箱が広く使用されている。電離箱はその検出原理から小型化には限界があり、代わりに小型化が比較的容易な半導体検出器を用いた線量分布測定が実施されている。しかし、信号処理系まで含めると半導体検出器でも小型化には限界がある。また、これらの検出器は、計測の為に高電圧を印加する必要があり、体内に挿入して線量を測定することは困難である、との課題がある。更に、これらの検出器は一般的に高密度であり、体内物質や水と比べると放射線との相互作用が大きく、検出器自体の影響が無視できない、との課題がある。【００１０】  上述のように、実際の体内の吸収線量が把握できない状況においては、治療計画における線量分布は体動等を考慮したマージンを持ったものになっており、放射線照射精度の更なる向上の妨げとなっている。また、放射線に敏感な正常部位が治療対象部位の近くに存在する場合には、放射線治療が困難となっており、体内の吸収線量の把握が望まれている。【００１１】  そこで、体内に線量計を設置し、放射線の照射中に直接体内の線量を測定することが望まれており、浸襲性が低い小型でコンパクトなファイバ式の線量計が有望である。しかし、放射線の照射により発生した高速電子が光ファイバ内に入るとチェレンコフ光を発生させるので、放射線照射中のチェレンコフ光の発生が光ファイバ式線量計の課題である。【００１２】  このような課題に対し、体内に小線源を挿入して治療する小線源治療における技術として、上述した特許文献１に記載の技術がある。【００１３】  一方、特に高エネルギーのＸ線や電子線治療、更には粒子線治療では、短時間で高強度の放射線が照射されるため、発生する���ェレンコフ光も膨大となる。従って、この様な加速器を用いる放射線治療においては、上述の特許文献１に記載された光フィルタによるノイズ低減方法では効果が必ずしも十分でなく、更なるチェレンコフ光の低減が望まれる。【００１４】  このように、体内での線量測定のためには、上述のように、線量計は小型で侵襲性が小さいこと、更には光ファイバ内で発生するチェレンコフ光の影響をいかに低減するかが非常に重要である。【００１５】  そこで、本発明の課題は、小型で侵襲性が小さく、光ファイバ内で発生するチェレンコフ光の影響を低減し、体内でのリアルタイムな線量測定を可能とする放射線モニタおよび放射線のモニタ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、入射した放射線の量に依存した強度の光を発生する放射線発光部と、前記放射線発光部で発生したフォトンを伝送する光ファイバと、前記光ファイバが伝送した前記フォトンを電気信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器で変換した電気信号から線量を演算する線量演算装置であって、放射線照射タイミングを検知して、検知したタイミングに基づいて前記放射線の線量を演算する線量演算装置と、前記線量演算装置で演算した測定結果を表示する表示装置と、を有し、前記線量演算装置は、前記光電変換器が１個１個の前記フォトンから変換した電気信号を１個１個計数して計数率を算出し、前記計数率から前記放射線照射タイミングを検知して、線量の演算に用いる計数の加算タイミングを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】  本発明によれば、小型で侵襲性が小さく、光ファイバ内で発生するチェレンコフ光の影響を低減し、体内でのリアルタイムな線量測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る放射線モニタの構成図である。
【図２】第１実施形態に係る線量率とフォトン計数率の関係図である。
【図３】第１実施形態に係る放射線照射タイミングとチェレンコフ光や放射線発光部の発光状態等のタイムチャートである。
【図４】第２実施形態に係る放射線モニタの構成図である。
【図５】第２実施形態に係る放射線照射タイミングとチェレンコフ光や放射線発光部の発光状態等のタイムチャートである。
【図６】第３実施形態に係る放射線モニタの構成図である。
【図７】第３実施形態に係る発光部に入射した放射線によるフォトンの生成過程を示す概念図である。
【図８】第４実施形態に係る光フィルタの透過波長特性を示す図である。
【図９】第６実施形態に係るＮｄ：ＹＡＧ結晶の放射線発光部に入射した放射線によるフォトンの生成過程を示す概念図である。
【図１０】第８実施形態に係る放射線モニタの放射線計測制御フロー図である。
【図１１】第９実施形態に係る放射線モニタの放射線計測制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  以下、本発明の放射線モニタおよび放射線のモニタ方法を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】  ＜第１実施形態＞    第１実施形態に係る放射線モニタについて図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施形態に係る放射線モニタ１の構成図である。図２は線量率とフォトン計数率の関係図である。図３は放射線照射タイミングとチェレンコフ光や放射線発光部の発光状態等のタイムチャートである。
【００２１】  図１において、放射線モニタ１は、放射線発光部１０、光ファイバ２０、光電変換器３０、線量演算装置４０及び表示装置５０を含んで構成されている。
【００２２】  放射線発光部１０は、入射した放射線量に依存した強度の光を発生する放射線発光素材製である。放射線発光素材は少なくとも１種の希土類元素を含有している。具体的には、放射線発光素材は、例えば、母材として透明イットリウム・アルミ・ガーネットなどの材料と、この材料中に含有されたイッテルビウム、ネオジム、セリウム、プラセオジムなどの希土類元素により構成されている。
【００２３】  このように、放射線発光素材が少なくとも１種の希土類元素を含有していることで、放射線発光部１０に入射した放射線の線量率と光の強度との線形性を向上させることができ、放射線モニタ１は、高い線量率の放射線が入射する場合であっても、放射線の線量率をより正確に計測することができる。
【００２４】  なお、放射線発光部１０はこれらに限定されるものではなく、異なる組成の放射線発光素材を用いることができる。
【００２５】  光ファイバ２０は、放射線発光部１０と接続されており、反対側に接続される光電変換器３０まで発生したフォトン（光子）を伝送する。光ファイバ２０を構成する材料としては、例えば、石英、プラスチック等が挙げられる。取扱の良さから柔らかいものがベターであるが、耐放射線性能等も考慮することが望まれる。また、詳細は説明しないが、遮光等の目的でファイバのカバーも備えることができる。
【００２６】  光電変換器３０は、光ファイバ２０の放射線発光部１０との接続端とは反対側の端部に接続されており、伝送されたフォトン１個に対して１個の電気パルスを発信する変換器である。光電変換器３０としては、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード等を採用することができる。これら光電子増倍管等を用いることで、フォトンを電流増幅した電気パルスに変換することができる。また、明記しないが、必要に応じて光電変換器３０からの出力信号を増幅や波形成形する増幅器等を備えることができる。
【００２７】  線量演算装置４０は、光電変換器３０に接続されており、光電変換器３０で増幅された電気パルスを計数し、計測した電気パルスの計数値を放射線の線量に換算し、表示信号を表示装置５０に対して出力する。本実施形態の線量演算装置４０では、線量の演算に用いる計数の加算タイミングの制御として、光電変換器３０が１個１個のフォトンから変換した電気信号を１個１個計数して計数率を算出し、計数率を予め定めた閾値（測定タイミング閾値）と比較することで放射線照射タイミングを検知して、計数率が測定タイミング閾値を超えている間は計測を停止し、閾値以下の時に計数する。詳細については後述する。
【００２８】  本発明者らは、図２に示すように、入射する放射線の線量率と、放射線発光部１０が発する単位時間当たりのフォトン数（以下、「フォトンの計数率」ともいう）との間には一対一の対応関係があることを実験により見出した。他方、上記フォトンの計数率と電気パルスの計数率との間に一対一の対応関係があることは公知である。したがって、放射線の線量率と上記電気パルスの計数率との間にも一対一対応の関係があることが導かれるので、この関係を用いることで、得られた電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算することができる。
【００２９】  具体的には、線量演算装置４０は、電気パルスの計数値と放射線の線量とを対応付けるデータテーブルを記憶している記憶装置４２をその内部に備えており、上記データテーブルを用い計数された電気パルスの計数値を放射線の線量に換算する演算処理を実施する。ここで、線量演算装置４０では、計数値及び線量を、単位時間当たりのそれぞれの値である計数率及び線量率に変換可能であり、どちらの変換のデータテーブルを使用してもよい。また、上述した放射線の線量率と電気パルスの計数率との対応関係は、使用する放射線発光部１０の大きさや形や材質、光ファイバ２０の太さや長さ等によって異なるため、この対応関係を放射線モニタ１ごとに予め求めてデータテーブル化しておくことで、得られた電気パルスの計数率を放射線の線量率に換算することができる。なお、線量演算装置４０を用いて導出されるのは放射線の線量率（線量）に限定されるものではなく、例えば、線量率の経時変化等であってもよい。
【００３０】  表示装置５０は、線量演算装置４０からの表示信号の入力を受けて、線量演算装置４０において算出した線量や線量率を表示する。表示装置５０は、もちろん、その他の測定時間や各種測定条件等の関連情報を表示可能である。
【００３１】  次に、放射線照射と放射線発光部１０の発光及び光ファイバ２０からのチェレンコフ光の発光タイミングについて図３を用いて説明する。
【００３２】  例えばＸ線治療装置の場合では、Ｘ線は、数ｍｓｅｃ周期で数μｓｅｃ幅のパルス状の照射である。チェレンコフ光は、高速電子が光ファイバ２０内を移動する際に発生するものであり、放射線照射と同期して発生する。一方、放射線発光部１０の発光は、その材質に依存した蛍光寿命にて照射後も見られるのが特徴である。
【００３３】  そこで、放射線照射中は計測せずに、照射直後から放射線発光部１０の発光を計測すれば、チェレンコフ光の影響を除去した計測が可能となる。
【００３４】  具体的には、本実施形態においては、図３の光電変換器３０の出力パルスレートに示すように、線量演算装置４０にて測定する計数率が事前に決めておいた閾値（測定タイミング閾値）を超えている間は計測を停止（パルスカウントの加算を停止）し、閾値以下の時に計数すればよい。
【００３５】  計測タイミングの判定方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば測定タイミング閾値を放射線の照射線量強度や光ファイバ２０の照射野中の長さ等に応じて可変とすることができる。また、判定は計数率ではなく、計数率の微分量、つまり計測時間間隔中での計数値の差分をみて、特定の閾値以上で計測を停止し、閾値以下になった時に計測を開始することができる。ポイントは、チェレンコフ光の発光のタイミングを見つけることである。
【００３６】  次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３７】  上述のように、計測する計数率からチェレンコフ光発生タイミングを線量演算装置４０にて判定し、チェレンコフ光が発生している間は計測を停止することにより、ノイズであるチェレンコフ光の影響を除去した計測が可能となり、精度を大幅に向上させることができる。また、本装置構成によれば光ファイバ式の線量計に特殊な計測装置を追加する必要がなく、簡易な計測体系つまりは計測装置の低コスト化を実現することができる。これらの効果により、チェレンコフ光の影響を低減して、放射線治療中の体内の線量率のリアルタイム計測や治療装置のＱＡ／ＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）用の高精度な放射線計測が可能となる。
【００３８】  従って、このような装置を用いることによって、体動の影響や臓器の経時変化等の影響を低減して線量の高精度な照射が可能となり、また、正常部位への照射線量を低減し放射線治療適応範囲を拡大する等放射線治療の高度化も実現することができる。
【００３９】  ＜第２実施形態＞    第２実施形態に係る放射線モニタについて図４および図５を用いて説明する。第１実施形態と同じ構成には同一の符号を示し、説明は省略する。以下の実施形態においても同様とする。
【００４０】  図４は本実施形態に係る放射線モニタの構成図である。図５は本実施形態に係る放射線照射タイミングとチェレンコフ光や放射線発光部の発光状態等のタイムチャートである。
【００４１】  図４に示すように、本実施形態の放射線モニタ１ａは、放射線発光部１０、光ファイバ２０、光電変換器３０、線量演算装置４０ａ及び表示装置５０を含んで構成されている。第１実施形態の放射線モニタ１との違いは、線量演算装置４０ａにおいて、線量の演算に用いる計数の加算タイミングの制御として、放射線を照射する放射線照射装置６０からの放射線照射タイミング信号を受け取ることで放射線照射タイミングを検知して、計測するタイミングを制御していることである。従って以下では線量演算装置４０ａについてのみ詳細に説明する。その他の構成・動作は前述した第１実施形態の放射線モニタ１と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。
【００４２】  本実施形態における放射線照射と線量測定タイミングについて図５を用いて説明する。線量演算装置４０ａにおいて、放射線照射装置６０からの放射線照射タイミングに関する信号を受け取り、放射線照射タイミングを除いた線量測定タイミングにおいて放射線発光部１０の発光を計測する。
【００４３】  本実施形態の放射線モニタによれば、第１実施形態の放射線モニタと同様にチェレンコフ光の影響を除去することができる。その上、第１実施形態においては、照射終了から計測開始するまでにタイムラグが発生して有効なデータを取りこぼす憾みがあったが、本実施形態では放射線照射装置６０からの照射タイミング信号を取り込むことにより、このタイムラグが減少して取りこぼしが少なくなり、測定感度が向上して精度が向上する、との効果が得られる。
【００４４】  ＜第３実施形態＞    第３実施形態に係る放射線モニタについて図６を用いて説明する。図６は本実施形態に係る放射線モニタの構成図である。
【００４５】  図６に示す本実施形態の放射線モニタ１ｂと第１実施形態の放射線モニタ１との違いは、光フィルタ７０を放射線発光部１０と光ファイバ２０の間に設定していることであり、その他の構成・動作は略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。また、第２実施形態である図４の放射線モニタ１ａとの違いも、同様に光フィルタ７０を放射線発光部１０と光ファイバ２０の間に設定していることである。従って、以下では光フィルタ７０について詳細を説明する。
【００４６】  第１実施形態及び第２実施形態においては、チェレンコフ光発生タイミングでの計測を停止したので、その直接的影響を除去することが出来る。しかしながら、発生したチェレンコフ光は放射線発光部１０にも入射し、放射線発光部１０を励起させて発光させていた。このチェレンコフ光による放射線発光部１０の発光は放射線照射による発光とは区別が付けられない。そのため、放射線照射後において除去できないノイズとして計測されてしまうことから、更なる精度向上の余地がある。
【００４７】  そこで、本実施形態においては、放射線発光部１０と光ファイバ２０の間に設定した光フィルタ７０により、放射線発光部１０への光ファイバ２０からのチェレンコフ光を除去するものである。光フィルタ７０は、放射線発光部１０の発光を通過させ、かつチェレンコフ光を遮断したいので、放射線発光部１０の発光波長のみを通過させるバンドパスフィルタとすることが望ましい。
【００４８】  第３実施形態の放射線モニタによれば、第１，第２実施形態の放射線モニタと同様に、チェレンコフ光の直接的な影響を除去することができる。その上、第１，第２実施形態の放射線モニタにおいては除去することができなかった、チェレンコフ光による放射線発光部１０の発光成分を除去することができ、更にノイズが低減され、より精度の高い計測が可能となる。
【００４９】  ＜第４実施形態＞    第４実施形態に係る放射線モニタについて図７および図８を用いて説明する。図７は本実施形態に係る発光部に入射した放射線によるフォトンの生成過程を示す概念図である。図８は本実施形態に係る光フィルタの透過波長特性を示す図である。
【００５０】  本実施形態における放射線モニタの構成は第３実施形態の構成と同じである。本実施形態の第３実施形態との違いは光フィルタ７０の特性のみであり、光フィルタ７０の特性についてのみ詳細を説明する。
【００５１】  光フィルタ７０の特性の前に、放射線発光部１０のエネルギー準位と発光メカニズムにつて図７を用いて説明する。
【００５２】  放射線ｒが放射線発光部１０に吸収されると基底状態（Ｅ１）の電子がエネルギー（Ｅｉ）を得ると、図７に示すようなエネルギー状態Ｅ３に励起する。エネルギー状態Ｅ３の電子は、例えばエネルギー状態Ｅ２に無発光で遷移し、基底状態に遷移する際に発光すると仮定する。すると発光エネルギー（Ｅｏ）は励起するのに必要であったエネルギーＥｉよりも等しいか小さいはずである。言い換えれば、発光波長（λｏ）は、吸収波長（λｉ）と比べて等しいか長波長となる。
【００５３】  そこで、光フィルタ７０は、チェレンコフ光の放射線発光部１０の吸収波長を遮断して、かつ放射線発光部１０の発光波長のみを通過させる必要があるので、図８に示すような、放射線発光部１０の吸収波長より長く、発光波長よりも短い遮断波長を有するロングパスフィルタ（波長の長い帯域を通過させるフィルタ）であることが望ましい。
【００５４】  第４実施形態の放射線モニタによれば、第３実施形態の放射線モニタとほぼ同様な効果が得られる。
【００５５】  ＜第５実施形態＞    第５実施形態に係る放射線モニタについて説明する。
【００５６】  本実施形態における放射線モニタの基本的な構成は、第１乃至第４実施形態のいずれかの放射線モニタの構成と同じである。これらの実施形態と本実施形態の違いは放射線発光部１０の蛍光寿命のみであり、放射線発光部１０の特性についてのみ詳細を説明する。
【００５７】  以下では、放射線発光部１０の蛍光寿命と測定タイミングでの発光強度について考察する。
【００５８】  Ｘ線治療においては、加速器により電子を加速してＸ線を照射しているが、その照射時間は数μｓｅｃで周期は数ｍｓｅｃである。従って、測定時間は照射時間の１０００倍程度あり、近似的に放射線発光部１０の発光（照射）時間をゼロと考えることが出来る。また、放射線発光部１０の蛍光寿命をτとし、放射線照射のパルス長をＴｐ、パルス間隔をＴｓとする。
【００５９】  蛍光寿命の第１の条件として、パルス照射による放射線発光部１０の発光が次の放射線パルス照射時には十分に減衰している必要がある。具体的には、最短の治療時間内にｎ回のパルス照射があり、測定誤差ａ％以内であるとすると、条件式は、ｎｅｘｐ（−Ｔｓ／τ）＜ａより  τ＜Ｔｓ／ｌｎ（ｎ／ａ）  ・・・（１）  となる。ここで、パルス間隔Ｔｓは最長で１０ｍｓｅｃ、パルス照射回数ｎは最小で一回、測定誤差ａは求める線量の許容誤差が最大でも３％とすることが望まれている。式（１）より、放射線発光部１０の蛍光寿命τは２．８ｍｓｅｃ以下であることが望まれる。
【００６０】  蛍光寿命の第２の条件として、パルス長Ｔｐ後の発光量が全発光量のｂ％以上という条件がある。これは、ｅｘｐ（−Ｔｐ／τ）＞ｂより、  τ＞Ｔｐ／ｌｎ（１／ｂ）  ・・・（２）  となる。ここで、パルス長Ｔｐは最短で１μｓｅｃ、要求される発光割合ｂは少なくとも１０％である。式（２）より、放射線発光部１０の蛍光寿命τは４３０ｎｓｅｃ以上であることが望まれる。
【００６１】  第５実施形態の放射線モニタでは、放射線発光部１０の蛍光寿命τを２．８ｍｓｅｃ以下とすることにより、複数回のパルス照射においても残光による測定誤差を３％以内にすることができる。また、放射線発光部１０の蛍光寿命τを４３０ｎｓｅｃ以上とすることにより、発光強度の１０％以上を計測することが可能となり、十分な信号強度により測定精度の向上を図ることができる。
【００６２】  ＜第６実施形態＞    第６実施形態に係る放射線モニタについて図９を用いて説明する。図９は本実施形態に係るＮｄ：ＹＡＧ結晶の放射線発光部に入射した放射線によるフォトン（光）の生成過程を示す概念図である。
【００６３】  本実施形態における放射線モニタの基本的な構成は第１乃至第４実施形態のいずれかの放射線モニタの構成と同じである。これらの実施形態と本実施形態の違いは放射線発光部１０をＮｄをドープしたＹＡＧ（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）から成るガーネット構造の結晶）としただけであり、放射線発光部１０の特性についてのみ詳細を説明する。
【００６４】  ＮｄをドープしたＹＡＧ結晶であるＮｄ：ＹＡＧは、レーザ材料として広く使用されており、主に７５０ｎｍ及び８００ｎｍ付近の波長帯の光を吸収して、波長１０６４ｎｍの光を蛍光寿命約２３０μｓｅｃで放出する。
【００６５】  図９にＮｄ：ＹＡＧの発光原理を示す。図９に示すように、放射線がＮｄ：ＹＡＧに入射すると、放射線とＮｄ：ＹＡＧとの相互作用により、基底状態の電子が吸収帯（４Ｆ５／２）に励起される。吸収帯に励起された電子は、レーザ上位準位（４Ｆ３／２）に非放射遷移し、更にレーザ上位準位（４Ｆ３／２）から励起エネルギーの低いレーザ下位準位（４Ｉ１１／２）に遷移するときに光子（１０６４ｎｍ）を放出する。放射線だけでなく光の相互作用でも電子は励起されるが、その波長は主に８０８ｎｍである。
【００６６】  また、上述したように、本発明者らは、Ｎｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０に入射する放射線の線量率と、放射線発光部１０が発する単位時間当たりのフォトン数との間には、図２に示すように一対一対応の関係があることを実験的に確認している。
【００６７】  従って、Ｎｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０が放出する１０６４ｎｍの光子を光ファイバ２０にて光電変換器３０まで伝送し、光電変換器３０にて一つ一つのフォトンを電気パルス信号に変換し、線量演算装置４０にてフォトンカウンティングして、線量及び線量率を算出することが出来る。また、フォトンの計数率の変動や、放射線照射装置６０からの照射タイミング信号を受け取り、放射線照射タイミングを判定し、放射線照射タイミングを除いて放射線発光部１０の発光を計測することにより、チェレンコフ光を除去できる。
【００６８】  更に、光フィルタ７０をＮｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０と光ファイバ２０の間に設置することにより、チェレンコフ光のＮｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０への入射を遮断し、間接的なチェレンコフ光の影響を除去することができる。
【００６９】  本実施形態の放射線モニタでは、放射線発光部１０としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を使用することにより、チェレンコフ光を除去しながら高精度で線量及び線量率を計測することが可能となる。
【００７０】  ＜第７実施形態＞    第７実施形態に係る放射線モニタについて説明する。
【００７１】  本実施形態における放射線モニタの基本的な構成は第６実施形態の放射線モニタの構成と同じである。本実施形態の特徴は、ロングパスフィルタである光フィルタ７０の遮断波長を８０８ｎｍ以上で１０６４ｎｍ未満としたことである。以下詳細を説明する。
【００７２】  第６実施形態にて説明したように、Ｎｄ：ＹＡＧの主な吸収波長は８０８ｎｍであり、発光波長は１０６４ｎｍである。従って、光フィルタ７０の遮断周波数を低くとも８０８ｎｍ以上と、上限を１０６４ｎｍ未満とすることにより、Ｎｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０から放出される１０６４ｎｍのフォトンは通過させて、またチェレンコフ光のＮｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０への入射を遮断してチェレンコフ光よる発光をより効率的に抑制することが可能となる。
【００７３】  なお、上述のように、Ｎｄ：ＹＡＧの放射線発光部１０から放出される発光波長は波長１０６４ｎｍの光であることから、その誤差も考慮して、光フィルタ７０の遮断周波数を設定することが望ましい。
【００７４】  本実施形態の放射線モニタでは、放射線発光部１０としてＮｄ：ＹＡＧ結晶を使用し、光フィルタ７０としての遮断波長が８０８ｎｍ以上で１０６４ｎｍ未満であるロングパスフィルタを用いることにより、チェレンコフ光を除去しながら高精度で線量及び線量率を計測することが可能となる。
【００７５】  ＜第８実施形態＞    第８実施形態に係る放射線のモニタ方法について図１０を用いて説明する。図１０は本実施形態に係る放射線モニタの放射線計測制御フロー図である。
【００７６】  本実施形態に係る放射線モニタの構成は、図１に示した第１実施形態の放射線モニタや図６に示した第３実施形態の放射線モニタ、第４，５，６，７実施形態の放射線モニタと同様であり、説明は省略する。
【００７７】  本実施形態に係る放射線のモニタ方法に関して図１０のフローチャート用いて説明する。本処理フローは主に線量演算装置４０にて実施する制御処理フローである。
【００７８】  ＜ステップ１（ステップＳ１１）＞    オペレータの操作により放射線照射が開始されるため、線量測定を開始する。
【００７９】  ＜ステップ２（ステップＳ１２）＞    まず計数Ｎｋを０にリセットした後に、放射線発光部１０、光ファイバ２０、光電変換器３０及び線量演算装置４０によりフォトンカウンティングして、所定の単位時間内の計数（Ｎｋ）を計測する。ここでｋはこの単位時間内の計数の施行番号を示している。
【００８０】  ＜ステップ３（ステップＳ１３）＞    次に事前に設定し保持しておいた最大計数（Ｎｍａｘ）と計測した計数（Ｎｋ）を比較し、ＮｋがＮｍａｘ以上であるか否かを判定する。ＮｋがＮｍａｘ以上であると判定されたときは、このカウント時は照射中で有ったと判断し、計数の加算をせずに、ステップＳ１２に処理を戻す。一方、ＮｋがＮｍａｘ未満であると判断されれば、次のステップＳ１４へ処理を進める。
【００８１】  ここで、最大計数Ｎｍａｘは、予め実験などで求めた値であり、照射計画上の照射放射線量に連動した値とすることができ、上述の図３，図５における測定タイミング閾値に相当するものである。
【００８２】  ＜ステップ４（ステップＳ１４）＞    トータルの計数Ｎに、ステップＳ１２で計測したＮｋを加算する。
【００８３】  ＜ステップ５（ステップＳ１５）＞    予め設定しておいた測定終了条件（例えば照射時間等）が満たされたかどうかを判定する。測定終了条件を満たしていないと判定されれば、ステップＳ１２に処理を移行して、測定を継続する。一方、測定終了条件を満たしたと判定されたならは、処理を次のステップＳ１６へ進める。
【００８４】  ＜ステップ６（ステップＳ１６）＞    計測した合計の計数Ｎから、予め保持しておいて換算テーブル（換算式）等を用いて、線量または線量率を算出し、表示装置５０に結果を表示し、測定を終了する。
【００８５】  本実施形態における処理フローによれば、単位時間内の計数をモニタしながら照射タイミングを特定可能であり、照射タイミングと特定されたら、計測せずにチェレンコフ光の影響を低減した精度の高い線量または線量率の測定を実現することができる。また、線量測定手段以外の特別な計測手段を必要としないので、装置の簡素化、低コスト化が実現できる。
【００８６】  ＜第９実施形態＞    第９実施形態の放射線のモニタ方法について図１１を用いて説明する。図１１は本実施形態に係る放射線モニタの放射線計測制御フロー図である。
【００８７】  本実施形態に係る放射線モニタの構成は、図４に示した第２実施形態の放射線モニタや図６に示した第３実施形態の放射線モニタ、第４，５，６，７実施形態の放射線モニタと同様であり、説明は省略する。
【００８８】  本実施形態に係る放射線のモニタ方法に関して図１１のフローチャート用いて説明する。本処理フローは主に線量演算装置４０にて実施する制御処理フローである。
【００８９】  ＜ステップ１（ステップＳ２１）＞    オペレータの操作により放射線照射が開始されるため、線量測定を開始する。
【００９０】  ＜ステップ２（ステップＳ２２）＞    まず計数Ｎｋを０にリセットした後に、放射線発光部１０、光ファイバ２０、光電変換器３０及び線量演算装置４０によりフォトンカウンティングして、所定の単位時間内の計数（Ｎｋ）を計測する。ここでｋはこの単位時間内の計数の施行番号を示している。なお、最大計数Ｎｍａｘは、第８実施形態と同様に、上述の図３，図５における測定タイミング閾値に相当するものである。
【００９１】  ＜ステップ３（ステップＳ２３）＞    次に照射タイミング信号がＯＮ（ｈｉｇｈ）かどうかを判定する。照射タイミング信号がＯＮであると判定されれば、このカウント時は照射中で有ったと判断し、計数の加算をせずに、処理をステップＳ２２に戻す。一方、照射タイミング信号がＯＮでないと判断されれば、処理を次のステップＳ２４へ進める。
【００９２】  ＜ステップ４（ステップＳ２４）＞    トータルの計数Ｎに、ステップＳ２２で計測したＮｋを加算する。
【００９３】  ＜ステップ５（ステップＳ２５）＞    予め設定しておいた測定終了条件（例えば照射時間等）が満たされたかどうかを判定する。測定終了条件を満たしていないと判定されれば、ステップＳ２２に処理を移行して、測定を継続する。一方、測定終了条件を満たしたと判定されたならは、処理を次のステップＳ２６へ進める。
【００９４】  ＜ステップ６（ステップＳ２６）＞    計測した合計の計数Ｎから、予め保持しておいて換算テーブル（換算式）等を用いて、線量または線量率を算出し、表示装置５０に結果を表示し、測定を終了する。
【００９５】  なお、照射タイミング信号がＯＮとなった時の計測方法は本処理フローに限定されない。単純に照射タイミング信号がＯＮの時には、計数（加算）しないように処理する等の処理とすることができる。
【００９６】  本実施形態における処理フローによれば、照射タイミング信号から放射線の照射タイミングを特定可能であり、照射タイミングつまりチェレンコフ光の発生タイミングを精度よく特定できるので、チェレンコフ光の影響をより低減した精度の高い線量または線量率の測定を実現することができる。
【００９７】  ＜その他＞    なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００９８】１，１ａ，１ｂ…放射線モニタ１０…放射線発光部２０…光ファイバ３０…光電変換器４０，４０ａ…線量演算装置４２…記憶装置５０…表示装置６０…放射線照射装置７０…光フィルタ
【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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