(57)【要約】【課題】  放射線の測定素子を気体ではなく、組織等価プラスチックと高抵抗金属酸化物薄膜の混合層として固体で構成することにより小型化し、しかも任意の形状に成形可能であるため人体部位に貼れたり、臓器形状に形成して臓器モデルを成形するなどして、より生体組織の吸収線量を精度良く測定し、さらにあらかじめあるいはリアルタイムに線量を測定し得る線量測定素子およびこれを用いた線量測定装置を提供する。【解決手段】  線量測定素子１は、組織等価プラスチックにより構成される基礎部材１１と、この基礎部材１１の表面に形成した半導体あるいは絶縁体からなる薄膜層１２と、この薄膜層１２に設けた少なくとも一対の電極１３，１３とを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織等価プラスチックにより構成される基礎部材と、
この基礎部材の表面に形成した半導体あるいは絶縁体からなる薄膜層と、
前記薄膜層に設けた少なくとも一対の電極と
を有することを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項２】
請求項１において、前記薄膜層は、放射線の照射によって電流値が放射線の線量に対して線形性を有していることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記薄膜層は、金属酸化物からなる薄膜層であることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項４】
請求項３において、前記金属酸化物は、酸化チタン、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化マンガン、酸化ネオジウム、酸化セリウム、酸化スズ、チタン酸ストロンチウムから選択されるものであることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項５】
請求項４において、前記酸化チタンはルチル型酸化チタンであることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、前記薄膜層はプラズマによる化学気相成長法あるいはスパッタ法によって成膜されることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかにおいて、前記薄膜層の膜厚は１μｍ以下であることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかにおいて、前記放射線の線量は、生体組織の吸収線量に対応していることを特徴とする放射線の線量測定素子。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射線の線量測定素子と、
前記放射線の線量測定素子の１対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記電極間を流れる電流を検出する電流検出手段とを有し、
放射線の照射によって前記放射線の線量測定素子の薄膜層の電流値が放射線の線量に対して線形的に変化することを用いて放射線の線量を測定することを特徴とする放射線の線量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の線量測定素子およびこれを用いた放射線の線量測定装置に関し、特に、放射線治療における生体内吸収線量や診断用Ｘ線の照射による被曝線量等を測定するのに好適な放射線の線量測定素子およびこれを用いた放射線の線量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、放射線の吸収線量や照射線量、放射線強度等を測定する技術が提案されている。例えば、特開平９−１６７５９４号公報には、比例計数管を用いた放射線検出器が記載されている（特許文献１）。この放射線検出器は、ガスを封入した計数管を有しており、この計数管内部の中心に線状電極を配設している。そして、入射した放射線によって電離された電子とイオン対を電圧を印加した線状電極に集電し、この線状電極から出力されるパルスに基づいて放射線のエネルギーや量を測定している。そして、生体組織モデルとして比例計数管を使用する場合には、計数管内部に組織等価ガスを封入して測定されるものである。
【０００３】
また、特開２００４−２０２４９号公報には、電離箱を用いた放射線検出装置が提案されている（特許文献２）。この放射線検出装置は、ガスを封入した電離箱内に中心電極を設けている。そして、電離箱内に入射した放射線によってガス中に電離生成されたイオンの分量に基づいて、その放射線の強度を測定している。生体モデルとして電離箱を使用する場合には、水が満たされたタンク内に通じる挿入穴に指頭型の電離箱を挿入し、生体組織に等価すると想定し放射線量を測定している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６７５９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に記載された発明を含め、従来の放射線測定装置では、以下に示す問題が存在する。
１）生体組織モデルを想定して組織等価ガスや水を使用しているが、本来、人体は液体と固体の混合体であるから実際に人体が吸収する放射線の線量との誤差が生じるおそれがある。
２）従来の比例計数管や電離箱では、形状の自由度がほとんどないため、人体部位や臓器のごとき曲面形状や球面形状、複雑な形状に形成して測定することはできず、現実の臓器等が受ける吸収線量との誤差が大きくなるおそれがある。
３）比例計数管の場合、測定対象となる生体組織に等価な体積分の組織等価ガスを封入するためには、計数管が相当に大きくならざるを得ず、装置全体が大型化してしまう。
４）電離箱の場合、放射線の線量を算出するに際し、使用するガスやビルドアップキャップ等の壁材物質の物性を考慮したブラッグ・グレイの原理に基づいた変換式によって校正する必要があり、算出処理が複雑である。
５）比例計数管や電離箱では、印加電圧が±（５００Ｖ〜８００Ｖ）と高く、特別な電源が必要である。
【０００６】
一方、半導体素子を用いた放射線検出器も知られているが、高強度の放射線環境下では半導体素子が電気的に壊れたり劣化してしまい、耐久性に欠けるという問題があり、放射線の線量測定素子としては適さない。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、放射線の測定素子を気体ではなく、組織等価プラスチックと高抵抗金属酸化物薄膜の混合層として固体で構成することにより小型化し、しかも任意の形状に成形可能であるため人体部位に貼れたり、臓器形状に形成して臓器モデルを成形するなどして、より生体組織の吸収線量を精度良く測定し、さらにあらかじめあるいはリアルタイムに放射線の線量を測定し得る放射線の線量測定素子およびこれを用いた放射線の線量測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る放射線の線量測定素子の特徴は、組織等価プラスチックにより構成される基礎部材と、この基礎部材の表面に形成した半導体あるいは絶縁体からなる薄膜層と、前記薄膜層に設けた少なくとも一対の電極とを有する点にある。
【０００９】
また、本発明において、前記薄膜層は、放射線の照射によって電流値が放射線の線量に対して線形性を有している。
【００１０】
絶縁体、半導体に光を照射したときに、光が照射された絶縁体、半導体の光起電力効果が発生する現象は内部光電効果として知られている。本出願に係る発明者らが鋭意研究したところ、絶縁体や半導体に放射線を照射することによっても、放射線が照射された絶縁体、半導体の電流値が外部信号として取り出すのに十分な変化をすることがわかり、しかも放射線強度および放射線の線量と電流値の変化が一意に対応して、線形性を有することがわかった。これは全く新しい知見である。また、電流値の変化が、放射線が照射された物体の膜厚に依存しないことから、主として薄膜表面近傍においてキャリアが生成されているものと考えられる。放射線の照射により電流値が変化するという現象のみから見ると内部光電効果と類似するが、β線（電磁波ではない）の照射によっても電流値が変化することが確認されており、内部光電効果とは異なるものであるとも考えられる。放射線照射によって、放射線が照射された表面の表面改質が行なわれ、この表面あるいは表面近傍にキャリアが誘起されるものと考えられる。本発明において、放射線には、γ線、β線、α線、Ｘ線、中性子線が含まれる。
【００１１】
また、本発明において、前記薄膜層は、金属酸化物からなる薄膜層であることが好ましい。金属酸化物としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化マンガン、酸化ネオジウム、酸化セリウム、酸化スズ、チタン酸ストロンチウムから選択される。このうち酸化チタンはルチル型酸化チタンであることが望ましい。
【００１２】
また、前記薄膜層はプラズマによる化学気相成長法（ＣＶＤ法：Chemical Vapor Deposition）あるいはスパッタ法によって成膜されることが好ましく、その膜厚は１μｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
さらに、本発明において、前記放射線の線量は、生体組織の吸収線量に対応していることが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る放射線の線量測定装置の特徴は、組織等価プラスチックにより構成される基礎部材、この基礎部材の表面に形成した半導体あるいは絶縁体からなる薄膜層、および前記薄膜層に設けた少なくとも一対の電極を有する放射線の線量測定素子と、この放射線の線量測定素子の１対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電極間を流れる電流を検出する電流検出手段とを有し、放射線の照射によって前記放射線の線量測定素子の薄膜層の電流値が放射線の線量に対して一意に対応して（線形的に）変化することを用いて放射線の線量を測定する点にある。このような構成によれば、電圧印加手段により１対の電極に電圧を印加した状態で、放射線の線量測定素子の薄膜層が放射線を受けると、その薄膜層の表面およびまたは表面近傍においてキャリアが生成され、発生したキャリアが正負電極へ流れるため、そのキャリアによる微弱電流を電流検出手段により検出することにより、放射線を検出することができる。そして、電流検出手段により前記微弱電流を測定することで、放射線の線量も検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、
１）放射線の線量測定素子を曲面や球状等の任意の形状に形成できるため、放射線治療において人体や臓器に貼付して生体内吸収線量を測定したり、診断用Ｘ線の照射による被曝線量を測定し得る。この場合、人体部位や臓器の形状に形成するなどして予めモデルケースで吸収線量を予測したり、放射線を照射しながらリアルタイムに実測することも可能である。
２）従来に比べて装置全体を小型化することができる。
３）高強度の放射線環境下でも動作安定性、信頼性、耐久性に優れた測定ができる。
４）低電圧で放射線の線量を測定することができる等の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る放射線の線量測定素子１およびこれを用いた放射線の線量測定装置２の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の放射線の線量測定装置２の構成を示す模式図である。本実施形態の放射線の線量測定装置２は、放射線の線量を検出するための放射線の線量測定素子１と、この放射線の線量測定素子１を制御し放射線の線量を算出する装置本体３と、放射線線量の測定結果を表示する表示装置４とから構成されている。なお、本実施形態において線量とは、生体組織の吸収線量に対応した線量をいうものとする。
【００１８】
まず、放射線の線量測定素子１について説明する。本出願に係る発明者らは、前述した課題に対して鋭意研究した結果、組織等価プラスチックにより構成される基礎部材の表面に絶縁体や半導体からなる薄膜層を形成し、この薄膜層に放射線を照射することにより電流が流れることを見い出し、しかもその電流値が照射された放射線の線量に対して線形性を有していることを見い出した。このような電流値と放射線の線量との線形関係を利用することによって前記薄膜層に発生する電流値を検出することにより照射された放射線の線量を測定し得る本発明をするに至った。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の放射線の線量測定素子１は、組織等価プラスチックあるいはこれと同等の性質を有する材料により構成される基礎部材１１と、この基礎部材１１の表面に形成した薄膜層１２と、この薄膜層１２に設けた一対の電極１３，１３とから構成されている。
【００２０】
基礎部材１１は、薄膜層１２を支持する役割を果たすものであり、組織等価プラスチックによって成形されている。ここで、組織等価プラスチックとは、生体組織を構成する元素（Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ，Ｆ等）の組成に近い化学式（または混合比）を有する高分子材料（プラスチック）のことであり、生体組織と等価とみなせるものである。前記組織等価プラスチックの組成は、生体軟組織や筋肉組織の元素組成に類似しており、高エネルギーを有する放射線粒子に対しては、物理的に等価な性質を示す。また、組織等価プラスチックは、プラスチックの性質を有しているため、容易に任意の形状に形成することが可能である。組織等価プラスチックの例としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレン、ナイロン、マイラー、Ａ−１５０等が挙げられる。
【００２１】
薄膜層１２は、放射線照射によって表面または表面近傍、あるいはそれら両方においてキャリアを生成してコンダクタンスに変化を生じさせるために前記基礎部材１１上に成膜されるものであり、半導体あるいは絶縁体から構成されている。前記薄膜層１２は、放射線を照射した際に発生する電流値が放射線の線量に対して線形性を有している。本実施形態では、前記薄膜層１２を高抵抗の金属酸化物から構成しており、例えば、酸化チタン（TiO2）、アルミナ（Al2O3）、酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化鉄（Fe2O3）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化イットリウム（Y2O3）、酸化マンガン（MnO2）、酸化ネオジウム（Nd2O3）、酸化セリウム（CeO2）、酸化スズ（SnO2）、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）から選択することが好ましい。その他、これらと同程度のバンドギャップを有する高抵抗の金属酸化物であれば適用し得る。また、酸化チタンとしては、ルチル型酸化チタンやアナターゼ型酸化チタンが知られているが、応答特性や耐放射線性の性質上、ルチル型酸化チタンが好ましい。この酸化チタンのバンドギャップ（３．０ｅＶ）はγ線のエネルギー（コバルト６０の場合、１．１７ＭｅＶと１．３３ＭｅＶ）よりも小さい。
【００２２】
また、薄膜層１２は基礎部材１１の表面に対し、プラズマによる化学気相成長法によって形成される。具体的には、金属酸化物を含むガスを５０Ｈｚの低周波でプラズマ状態に励起させることにより、金属酸化物がラジカル化して反応性に富むようになり、基礎部材１１の表面に吸着されて堆積し、薄膜層１２を形成する。したがって、この化学気相成長法により、基礎部材１１が曲面状や球面状であっても薄膜層１２を均一に形成することが可能となる。なお、薄膜層１２は、暗電流を下げるため、できる限り抵抗率を高く、膜厚を薄く形成することが望ましい。本実施形態では、薄膜層１２の膜厚を１μｍ以下に設定しても、良好に放射線を検出することが可能である。また、薄膜層１２は、化学気相成長法に限られず、スパッタ法により成膜するようにしてもよい。
【００２３】
一対の電極１３，１３は、正電極と負電極とから構成されており、図１示すように、所定の間隔を隔てて薄膜層１２上に設けられている。本実施形態の各電極１３，１３は、パラジウム薄膜とニッケル薄膜からなる金属薄膜を無電解メッキしてから約４００℃程度で熱処理してオーミック接触させることにより形成している。この一対の電極１３，１３は、所定のケーブルを介して装置本体３に接続される。
【００２４】
つぎに、装置本体３について図２を用いて説明する。本実施形態の装置本体３は、放射線の線量測定素子１の電極間にバイアス電圧を印加する電圧印加回路３１と、前記電極１３間を流れる微弱電流を検出する電流検出器３２と、この電流検出器３２で検出した微弱電流を増幅する増幅回路３３と、表示装置４を表示させる表示駆動回路３４と、これら電流検出器３２、増幅回路３３および表示駆動回路３４とインターフェース３５を介して接続されるマイクロコンピュータ３６とを有している。
【００２５】
電圧印加回路３１は、図２に示すように、所定のケーブルにより放射線の線量測定素子１の各電極１３，１３に接続されている。また、インターフェース３５を介してマイクロコンピュータ３６と接続され、印加するバイアス電圧が調整されている。電極間に印加するバイアス電圧は、薄膜層１２の材料や一対の電極１３，１３間の距離に応じて適宜決定され、本実施形態では、約３〜１００Ｖの直流電圧に設定されている。
【００２６】
電流検出器３２は、図２に示すように、放射線の線量測定素子１の正電極１３に接続されている。本実施形態では、図示しないソレノイドコイルとホール素子とから構成されており、正電極１３からの微弱電流によりソレノイドコイルに発生した磁力線をホール素子が検出している。したがって、微弱な電流であっても高精度に検出する。なお、電流検出器３２としては、安価な電流オペアンプを使用してもよい。
【００２７】
マイクロコンピュータ３６は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とＣＰＵ（Central Processing Unit）とを有している。ＲＯＭには、放射線の線量を測定するための線量測定プログラムや、表示器に表示を行うための表示制御プログラム等が予め入力格納されている。線量測定プログラムには、検出した電流値から放射線の線量を算出するための所定の演算式が組み込まれている。この演算式は、構成の異なる放射線の線量測定素子１ごとに求められるものであり、放射線の強度とその放射線が照射された薄膜層１２における電流値との線形関係により定められる。ＲＡＭには、電流検出器３２が検出した微弱電流値が所定の時間間隔（例えば１秒）で更新されつつ格納される。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された線量測定プログラムに基づいて、ＲＡＭに格納された最新の電流値データを取得し、所定の演算式により放射線の線量を算出する。この算出した値は、表示駆動回路３４を介して表示装置４に表示させる。
【００２８】
つぎに、本第実施形態の放射線の線量測定素子１およびこれを用いた放射線の線量測定装置２による作用を説明する。
【００２９】
まず、放射線の線量測定素子１を放射線が照射される位置にセットする。このとき、放射線の線量測定素子１は任意の形状であって薄く形成し得るため、被照射体の表面形状に沿って張り付けることも可能である。また、例えば、人体の所定の部位（臓器など）の模型を組織等価プラスチックにより形成し、この模型の表面に薄膜層１２を形成すると、その部位に照射される放射線の線量をモニタするための放射線の線量測定素子１として構成される。
【００３０】
放射線の線量測定素子１を所定位置にセットした後、電圧印加回路３１により所定のバイアス電圧を一対の電極１３，１３に印加する。これにより、薄膜層１２を通じて正電極から負電極へほぼ一定の微弱電流が流れる。電流検出器３２は、常時その微弱電流を検出するとともに、検出された電流値は増幅回路３３で増幅された後、インターフェース３５を介してマイクロコンピュータ３６に入力される。マイクロコンピュータ３６は、取得した最新の電流値を所定の時間間隔でＲＡＭに更新しつつ格納する。格納された電流値はＣＰＵにより逐次取得され、その増減が監視される。
【００３１】
以上のように、放射線の線量測定素子１にバイアス電圧が印加された状態で薄膜層１２に放射線が照射されると、薄膜層１２の表面近傍にキャリアが発生する。これにより、発生したキャリアは、バイアス電圧により電極１３へ流されるため、電極１３へ流れる電流が僅かに増加する。ＣＰＵは、放射線照射による微小な電流増加を検出したとき、その電流増加と上述した所定の演算式に基づいて、薄膜層１２に入射した放射線の線量を算出する。算出された放射線の線量は、表示装置４に数値とグラフの形で表示される。
【００３２】
つぎに、本実施形態の放射線の線量測定素子１に係る実験例を説明する。本特許出願に係る発明者らは、基礎部材１１として組織等価プラスチックを適用するに先立ち、絶縁性の基板としてアルミナ（Al2O3）を使用し、このアルミナ基板上に酸化チタン薄膜層１２、アルミナ薄膜層１２、酸化ジルコニウム薄膜層１２を形成して放射線を照射する基礎実験を行った。そこで、まずこれらの基礎実験の結果について説明する。
【００３３】
『基礎実験例１』
本発明に係る実験例について説明する。図３は実験に用いた放射線検出素子（放射線の線量測定素子でもある）の斜視図である。放射線検出素子は、アルミナから構成される基板と、基板の表面に設けられたルチル型酸化チタンからなる放射線検出のための薄膜層と、該薄膜層の上に間隔を存して対向状に設けた一対の直線状の電極から構成される。薄膜層の成膜法はヘリコンスパッタ法であって、成膜レートは１０〜１００ｎｍ／ｈのオーダであり、成膜温度は一定に制御し、２０〜８００℃の範囲で成膜するものである。図において、放射線検出層を構成する薄膜層１２の膜厚をｔ、一対の電極１３，１３間の距離をＤ、電極の長さをＬとする。
【００３４】
図４は、薄膜層がルチル型酸化チタンの場合に、γ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。γ線源は６０Ｃｏであり、ｔ＝２０ｎｍ，Ｄ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｍｍである。グラフから明らかなように、γ線強度に対して電流値（コンダクタンス）が変化していることがわかる。さらに、ｋＧｙ／ｈｒという強い放射線強度領域において、電流が線形に変化していることがわかる。すなわち、この放射線検出素子は、ｍＧｙ／ｈｒのオーダの低強度からｋＧｙ／ｈｒオーダ以上の高強度にわたる広い強度範囲で放射線検出器および放射線の線量測定装置として用いることが可能である。
【００３５】
また、図５は、薄膜層がルチル型酸化チタンの場合の応答特性と安定性を示すグラフである。横軸は時間、縦軸は電流値であり、放射線強度は、０．７２３ｋＧｙ／ｈｒである。図から、γ線源のＯＮ／ＯＦＦに対する応答速度が１秒以内であることがわかる。さらに、電流値の誤差も２．４％以内であり安定している。
【００３６】
また、図６は、薄膜層がルチル型酸化チタンの場合の膜厚（横軸）と電流値（左側縦軸）、電流密度（右側縦軸）との関係を示すグラフである。３点（２０ｎｍ，２５０ｎｍ，７５０ｎｍ）の異なる膜厚で電流および電流密度を測定した。薄膜層の膜厚の増加に伴い電流値も増加しているが、電流値の膜厚依存度は小さいことがわかる。放射線照射に伴う電流値の変化が主として薄膜層の表面近傍におけるキャリアの誘起に基づくものであると考えられる。
【００３７】
『基礎実験例２』
つぎに、薄膜層をルチル型酸化チタンに代えてアルミナとした場合におけるγ線強度と生成される電流との関係を実験した。図７は、薄膜層がアルミナの場合に、γ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。γ線源は６０Ｃｏであり、ｔ＝２０ｎｍ，Ｄ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｍｍである。アルミナ層はヘリコンスパッタ法によってアルミナ基板上に作製した。グラフから明らかなように、γ線強度に対して電流値が線形に変化していることがわかる。
【００３８】
『基礎実験例３』
つぎに、薄膜層を酸化ジルコニウム（ZrO2）とした場合におけるγ線強度と生成される電流との関係を実験した。図８は、薄膜層が酸化ジルコニウムの場合に、γ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。γ線源は６０Ｃｏであり、ｔ＝２０ｎｍ，Ｄ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｍｍである。酸化ジルコニウム層はヘリコンスパッタ法によってアルミナ基板上に作製した。グラフから明らかなように、γ線強度に対して電流値が線形に変化していることがわかる。
【００３９】
また、γ線以外にβ線に対しても電流変化が認められた。ｔ＝７５０ｎｍ，Ｄ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｎｍのルチル型酸化チタンに７４０ＭＢｑの９０Ｓｒを試料表面から５ｃｍの位置から照射すると３３０ｐＡの電流が発生する。これをアルミフォイルで遮蔽すると２００ｐＡに減少する。差し引き１３０ｐＡ分がβ線により発生する電流である。また、226Ｒａの線源に対しても60Ｃｏと同様な応答特性をもつことがわかった。
【００４０】
以上のような各基礎実施例によれば、絶縁性基板に各種の金属酸化膜を形成し、これにγ線やβ線等の放射線を照射した場合、前記電極間に発生する電流値は放射線強度に対して線形性を有していることが認められた。そこで、生体組織に適用し得る可能性を検討するため、絶縁性基板として組織等価プラスチックを使用した場合にも電流値と放射線との間に線形性の関係が成立するかについて実験を行った。
【００４１】
『本発明に係る実験例』
本実験例では、基板材料に組織等価プラスチックであるポリカーボネートを使用し、このポリカーボネート基板上にルチル型酸化チタンの薄膜層１２を形成して放射線の線量測定素子１を構成した。そして、薄膜層１２に対してＸ線を照射し照射線量率と電流値との関係を調べた。図９は、Ｘ線照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。ｔ＝２０ｎｍ，Ｄ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｍｍである。グラフから明らかなように、電流値はＸ線の照射線量率に対して単調増加傾向を示して一意的に定まる。特に、６（×２．５８×１０−４）C/kg/minまでの領域では、極めて良好な線形性が認められた。なお、照射線量と吸収線量とは生体の軟部組織、例えば筋肉や内臓等ではほぼ比例することから、上記グラフの結果は、発生する電流値と吸収線量との関係に対しても同様に適用し得るものであり、線形性を有するといえる。
【００４２】
また、図１０は、γ線照射に対して導電電流を測定する際のバイアス電圧を変化させた場合の出力信号を測定したグラフである。グラフから明らかなように、１００Ｖ以下の比較的低いバイアス電圧でも信号が観測できること、またそのバイアス電圧に対して電流の線形性が良いことが認められる。上記結果は、ポリカーボネート基板についての結果を示しているが、全芳香族ポリイミドを基板とした場合にも同程度の大きさの電流信号が確認されており、他の組織等価プラスチック材料についても同様な作用効果が望める。
【００４３】
『比較例』
本比較例は、上記本発明に係る実験例で測定した照射線量率に対する電流値の線形関係が、上述した基礎実験例１のモデルに対しても同様な結果として現れるか検討するために、行ったものである。
【００４４】
図１１は、アルミナ基板上にルチル型酸化チタン薄膜層を形成した場合に、Ｘ線を照射しその照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。また、図１２は、同様のケースにおいて、γ線を照射し、その照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【００４５】
図９と図１１とを比較して明らかなように、同じ照射線量率に対して、本件実験例の組織等価プラスチック基板と、比較例のアルミナとはいずれも同等のレベルの電流値が測定されている。このことは、上記各基礎実験例で確認された実験結果が組織等価プラスチック基板に対しても同様に認められることを強く暗示している。また、図１２のグラフから明らかなように、γ線を照射した場合も、発生する電流値は照射線量率に対して線形性を有することが認められる。
【００４６】
したがって、電流値と照射線量率との線形関係はＸ線の他、γ線であっても得られることが認められる。さらに上記基礎実験の結果を踏まえ、上述した現象が、主として基礎部材１１で発生する電子（二次荷電粒子）の反応によるものとすれば、組織等価プラスチックを基礎部材１１とする放射線の線量測定素子１にβ線や中性子線、陽子線を照射した場合でも、同様の結果が得られると考えられる。薄膜層１２が上記実験における程度に薄い場合には、これら放射線粒子と薄膜層１２の直接的な相互作用は考えづらく、相互作用に十分な厚さの基礎部材１１での反応もしくは薄膜とこの部材との接触効果が特に重要であることは明白であり、図６において電流値が薄膜の厚さにあまり依存しないことがこれを裏付けている。結果として、測定電流値が基礎部材１１の材質に強く依存することになり、組織等価プラスチックを基礎部材１１に用いれば、人体組織への放射線の線量と等価な値の推定が可能となる。
【００４７】
以上のような、本実施形態によれば、組織等価プラスチックを人体や臓器等の任意の形状に形成できるため、従来の組織等価ガスを使った比例計数管や水中での電離箱による測定に比べて格段に測定精度と利便性が向上すると考えられる。また、薄い曲面状に形成して人体等に直接貼り付けながら放射線治療における生体内吸収線量を測定したり、臓器モデルを組織等価プラスチックで製作しておき、どの部位にどの程度の放射線の線量が吸収されるかを実験して予め知ることが可能となる。この場合、図１３に示すような球形の放射線の線量測定素子５によれば、一方向のみならず、多方向からの照射に対して放射線の線量を測定でき、照射方向に対して裏側部位における放射線の線量測定など、方向依存性なく測定可能である。
【００４８】
また、組織等価プラスチックと高抵抗金属酸化物薄膜の混合層は固体であるため、組織等価ガスのように大きな装置にならず、低電圧でも電流値を検知して放射線の線量を測定できるため小型化が図れる。
【００４９】
さらに、高強度の放射線環境下でも動作安定性、信頼性、耐久性に優れた測定ができる等の効果を奏する。
【００５０】
なお、本発明に係る放射線の線量測定素子１およびこれを用いた放射線の線量測定装置２は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００５１】
例えば、所定値以上の放射線を検出したことを報知する警報器を設けてもよい。これによれば、万一、人体に過度の放射線が照射された場合でも、警報器が警報を発するため、即座にその照射を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る放射線の線量測定装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本実施形態の装置本体を示すブロック図である。
【図３】基礎実験例１における放射線検出素子の斜視図である。
【図４】基礎実験例１におけるγ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図５】基礎実験例１における応答特性と安定性を示すグラフである。
【図６】基礎実験例１における膜厚（横軸）と電流値（左側縦軸）、電流密度（右側縦軸）との関係を示すグラフである。
【図７】基礎実験例２におけるγ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図８】基礎実験例３におけるγ線強度（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図９】本実験例におけるＸ線照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図１０】本実験例におけるバイアス電圧（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図１１】比較例におけるＸ線照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図１２】比較例におけるγ線照射線量率（横軸）と生成される電流（縦軸）との関係を示したグラフである。
【図１３】本発明に係る放射線の線量測定素子の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  放射線の線量測定素子
２  放射線の線量測定装置
３  装置本体
４  表示装置
５  放射線の線量測定素子
１１  基礎部材
１２  薄膜層
１３  電極
３１  電圧印加回路
３２  電流検出器
３３  増幅回路
３４  表示駆動回路
３５  インターフェース
３６  マイクロコンピュータ
【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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【図１２】
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【図１３】
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