(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的線量測定システムにおいて、
（ａ）保護対象の個体群に関連づけることに使用可能な個別の装置であって、前記装置は、人間、動物または物象に日常的に携帯もしくは関連付けされ、または、近接して携帯もしくは関連付けされ、かつ、放射線状態測定ＥＳＲ機器によってアクセスされる身分証明書カードのフォームファクタである、装置と、
（ｂ）前記各装置内に含まれ、もしくは、前記各装置上にコーティングされ、あるいは、前記各装置に組み合わされた放射線感受性材料であって、前記放射線感受性材料は、（１）１以上の種類の放射線検出機器によって検出可能な材料の特性を変化させる、放射線曝露効果の即時且つ安定した保存の特性を有し、（２）放射線感受性材料は、電磁スペクトルの１つ以上の帯域での入射放射線曝露への反応性を有しており、１以上の曝露の結果として測定可能な特性のシフトを経験し且つその事象の後の前記曝露からの前記シフトの数を累積的に保持する、放射線感受性材料と、
（ｃ）放射線曝露量を累積的に測定するために、放射線曝露効果の結果としての予測可能な電子スピン変化を検出するための非共鳴モードで動作するように構成された放射線状態測定ＥＳＲ機器であって、前記放射線状態測定ＥＳＲ機器は、マイクロ波磁界を生成するためのマイクロストリップ伝送線構造を有する非共鳴プローブを備える、放射線状態測定ＥＳＲ機器と、
（ｄ）前記放射線状態測定ＥＳＲ機器による前記放射線感受性材料の放射線曝露の読み出しを可能にするとともに記憶し、ローカルまたは遠隔のレコーダまたはディスプレイに転送する手段と、を備え、
（ｅ）前記放射線状態測定ＥＳＲ機器が、磁極を有して、選択された単一の放射線感受性材料のスペクトルの感度を最大化する単一ＥＳＲスペクトルモードで動作するように構成されたＥＳＲ機器であり、前記ＥＳＲ機器は、前記放射線状態測定ＥＳＲ機器上に取り付けられた導電面を有し、励起および検出動作のために構成された伝送線のマイクロ波プローブを有して構成され、前記ＥＳＲ機器は、共鳴スペクトルを確立および記録するために、テストされる装置の放射線感受性材料に亘って磁界を掃引および変調するコイルを備える、システム。
【請求項２】
ミシン目または裂け目が、磁界の変調を改善するように、前記伝送線の導電面に組み込まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記放射線感受性材料の変化する特性が、常磁性フリーラジカル含量である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記放射線感受性材料が、Ｌ−アラニンを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
臨床的に有意なレベルの２Ｇｙ＋／−０．５Ｇｙで９９％を超える信頼性で機能するように構築および構成され、電離放射線に対する線形応答において直ちに且つ恒久的に反応可能な安定的な結晶構造の使用によって可能にされる、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
永久磁石が前記放射線状態測定ＥＳＲ機器に提供される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
放射線曝露測定戦略を実行する方法であって、
（ａ）テストされる対象（人、動物および物）の固体群に対して、前記対象に携帯され、または、物理的に関連付けされ、かつ、放射線状態測定ＥＳＲ機器にアクセス可能な身分証明書カードのフォームファクタである装置を展開する工程を含み、
（ｂ）前記装置は、前記各装置上にコーティングされ、または、前記各装置に組み合わされた放射線感受性材料を含み、または、前記放射線感受性材料をその上にコーティングし、もしくは、、前記放射線感受性材料と組み合わされており、前記放射線感受性材料は、（１）１以上の種類の放射線検出機器によって検出可能な材料の特性を変化させる、放射線曝露効果の即時且つ安定した保存の特性を有し、（２）前記放射線感受性材料は、電磁スペクトルの１つ以上の帯域での入射放射線曝露への反応性を有しており、１以上の曝露の結果として測定可能な特性のシフトを経験し且つその事象の後の前記曝露からの前記シフトの数を累積的に保持し、
（ｃ）放射線状態測定ＥＳＲ機器を展開する工程を含み、前記放射線状態測定ＥＳＲ機器は、磁極を有して、選択された単一の放射線感受性材料のスペクトルの感度を最大化する単一ＥＳＲスペクトルモードで動作するように構成され、かつ、前記放射線状態測定ＥＳＲ機器上に取り付けられた導電面を有し、励起および検出動作のために構成された伝送線のマイクロ波プローブを有して構成され、前記放射線状態測定ＥＳＲ機器は、共鳴スペクトルを確立および記録するために、テストされる装置の放射線感受性材料に亘って磁界を掃引および変調するコイルを備え、ミシン目または裂け目が、磁界の変調を改善するように、前記伝送線の導電面に組み込まれている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０１７年３月３日に提出された米国仮特許出願第６２／４６６，４７８号の優先権を主張し、その内容全体は、参照により本明細書に詳述されているかのように本明細書に組み込まれる。
米国政府の利益
【０００２】
グローバル・リゾナンス・テクノロジーズＬＬＣ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＬＬＣ）（「ＧＲＴ」）は、この出願の所有者および出願人であり、指定された発明者から譲渡された基礎発明である。米国国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ、米国政府機関）およびＧＲＴは、ＮＩＳＴとＧＲＴとの間の合意に記載されているように、出願および基礎発明に一定の権利を有する。
【０００３】
（１）技術分野
本発明の目的は、核または放射線の大量死傷事故後の資源の非効率的な利用および医療へのアクセスの制限に起因する死亡および病気を著しく減少させることである。本発明は、ＣＤＣ（米国疾病対策センター）によって記載されている急性放射線症候群（ＡＲＳ）についてのスクリーニングおよびトリアージカテゴリと一致する臨床的決定をサポートするために必要な精度、認証および信頼性を有して壊滅的な大規模な死傷者の核または放射線事故に応じて患者を分類するための単一プラットフォーム技術を使用する高度な階層システムを提供することにより、その目的を満たす。
物理的線量測定値は、容易に入手できる場合、放射線緊急医療管理（ＲＥＭＭ）や放射線傷害治療ネットワーク（ＲＩＴＮ）を含む様々なＡＲＳ治療プロトコルに簡単に組み込まれることができる。本発明の関連する目的は、ＣＤＣの緊急対応者健康監視および監視（ＥＨＲＭＳ）システムおよび同様のシステムが、放射線事故の分野において第一対応者および医療従事者のならびに個人による長期的な監督および監視のために緊急対応線量測定システム（ＥＲＤＳ）測定値を組み込むことを可能にすることである。ＥＲＤＳコアテクノロジーは、他の放射線以外の大量死傷者事故における利用のために変更されることができる。
【０００４】
さらなる目的は、患者の医療記録または事件固有のデータベースを有効にして、長期的なヘルスケアおよび監視のためのＥＲＤＳ測定値を記録し且つ医療研究の重要なデータを提供して、医療対策の有効性、タイミング、投与、および管理を判定することを含む。
【０００５】
最初の分類プロセスは、一時的な失明、火傷および負傷を含む爆風の影響を経験するのに十分に近い人口の大部分を含むことができる。インフラストラクチャおよび通信の損失は、広範なパニックが急速に限られた医療リソースを圧倒するという不安の高まりにつながる。対象となる大都市圏では、子供、様々な障害のある被害者、ならびに急性および慢性の怪我や病気を持つ者を含むおそらく数百万人の被害者が、放射線被曝の影響を受けていると考えるが、直ちに手当てを受ける必要はない。２Ｇｙを超えるＥＲＤＳ測定値を持つ個人は、直ちに医療スクリーニングおよびトリアージに送られることができる。２Ｇｙ未満および確立されたベースライン被曝を超えるＥＲＤＳ測定値は、シールド、散乱、または爆風からの距離による部分被曝に起因する追加の医療フォローアップ、長期監視、または追加のトリアージおよびスクリーニングを必要とすることがある。
【０００６】
正確で迅速な初期分類は、効率的なトリアージ、スクリーニング、医療対策の管理、避難、除染、支持療法および個人保護措置につながることができる。早期に且つ医学的に正確な治療法は、無数の命を救い、急性放射線疾患の重症度を最小限に抑えることができる。初期分類プロセスの十分な速度と精度は、さらなる医療サービスへの影響を制限し、手当てへのアクセスが制限されることによるさらなる病気や死亡を最小限に抑えることができる。
【０００７】
（２）背景
十分に意図された以前に特許を取得したおよび特許を取得していないシステムおよびプロセスは、遡及的物理線量測定を使用することを試みたが、現場展開、大量の壊滅的な核または放射線の大量死傷者事故前または後に必要な厳しい要件を満たす実用的な装置またはシステムを提供することができなかった。熱および光学発光デバイス、地理的線量測定計算分析、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）、および複数のバイオマーカー（白血球数、血清アミラーゼ、Ｃ反応性タンパク質、ｙＨ２ＡＸタンパク質バイオマーカー、染色体異常、遺伝学的研究および突然変異アッセイ、ならびに歯および指爪の線量測定を含む）を含む遡及的線量測定を運用する数十年の努力は、コスト、環境変数、校正、認証、走査およびサイクル時間、安定性、サイズ、精度、信頼性、検出の閾値、動きの不安定性、現場展開性、要員配置要件、および医学界による受け入れを含む様々な理由のために不適切であることが証明されている。
従来のＥＳＲマシンの技術的な制限は、対応する増加した重量、サイズ、複雑性、走査時間、合計サイクル時間、安全上の問題、電力要件、熟練した要員のニーズ、信頼性の低さおよび不正確な測定を有する電磁石および共鳴チャンバを含む。複数の環境変数および精度の問題が解決された場合であっても、サイズ、複雑性およびコストは、大規模な負傷者事故におけるそれらの使用を常に制限する。歯および指爪の読み取り値は、近くの骨髄がある領域における、臨床的に重要でない量の曝露測定に起因して、特に臨床的価値が制限されている。いくつかの参照は、以下のとおりである：
非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８、非特許文献９、非特許文献１０、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、非特許文献１１、非特許文献１４、非特許文献１５、非特許文献１６。
これらの文献は、全て、参照により本明細書に詳述されているかのように本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
要するに、意図的または偶発的な核爆発被爆（または、例えば壊滅的な原子炉の故障などの他の放射線被曝）大量死傷事故に応じた遡及的個人線量測定の利用の成功は、臨床的に有意な放射線の電離量を受けた被害者を効果的に且つ確実に特定するであろう。最優先事項は、医療対策の即時管理が不可欠である人、フォローアップケアが遅れる可能性がある人、または緩和ケアを必要とする人をカテゴリ化または分類することである。おそらく９０％を超える現在の人口のかなりの割合は、緊急治療を必要としないが、限られた医療資源を圧倒する。効果的な大量死傷者の遡及的線量測定の多くの試みは、固有の材料、環境のばらつき、コスト、および物流上の問題のために効果的ではない。したがって、新たな方法論が必要である。
【０００９】
本発明で提供される緊急応答線量測定システム（ＥＲＤＳ）は、他の血液ベースおよび歯／指爪の放射線線量アプローチの不備を効果的に克服し、個人の受け取った線量の専門的な技術的または医学的支援を必要としない迅速な自己評価が可能である。ＥＲＤＳシステムは、大規模な事故による放射線被曝事故の直後に患者の線量を迅速に評価する方法および装置／デバイスを備える。本発明は、高スループットＥＲＤＳ機器と互換性のある慣習的な身分証明書（ＩＤ）カード（ドッグタグ、キーフォブ、ラペルもしくはストラップピン、または衣服や個人のアクセサリもしくは個人に近接した物体に埋め込まれた任意のそのようなカードもしくは代替フォームファクタアイテムを含む）と同様に、市民が商業および非商業媒体に埋め込まれたユビキタス線量計を使用して（２±０．５グレイ（Ｇｙ）曝露レベルで）自己を評価することを可能にする。このシステムの自己評価機能は、患者を安心させ、心理的に快適にさせ、情報に基づく意思決定を下すために情報を提供することを可能にする。そして、患者は、中程度または高度に熟練した第一対応者および／または公衆衛生当局による介入なしに、またはそのような人の最小限の援助で、適切な措置を求めるか、または指示されることができる。
【００１０】
自己評価システムは、線量測定、スクリーニングおよびトリアージ、医療対策の管理を含む支援および行動医療の管理をサポートする利用可能な医療および技術担当者からの様々な程度の支援に対して、自主的または対応する当局によって交換または補足されることができる。事件コマンダおよび放射線サポートスペシャリストとのＥＲＤＳ測定値の継続的な対話および通信は、対応と復旧の取り組みをさらにサポートする。
【００１１】
実際の個人被曝線量は、一定量の放射線感受性材料に存在するフリーラジカルの数または密度の電子スピン共鳴測定から導き出される。放射線感受性材料の重要な属性は、電離放射線に応答した安定フリーラジカルの生成である。このシナリオでは、放射線感受性材料に存在するフリーラジカルの数は、受け取った線量に正比例する。いくつかのそのような材料は、電離放射線に応じて比例してフリーラジカルを生成することが知られている。これらは、（これらに限定されるものではないが）Ｌ−アラニン、ギ酸カルシウムおよびギ酸リチウム、ならびにヒドロキシアパタイトを含む。本発明は、この放射線感受性材料をＩＤカード（または上記示した同様の装置）のフォームファクタに統合することを含む。放射線感受性材料は、カードのどこにでも配置されることができるが、カードの端の近くに横方向に優先的に配置されることができる。ケース封入またはカプセル化された放射線感受性材料、この場合にはアラニンは、ユビキタスＩＤカードを個人の物理的線量計に変換し、長期間の累積測定値と正確な個人用移動線量測定を可能にし、したがって、大量死傷者事故中の効果的な個人用代理物である。個々の確認測定に追加の要件はなく、線量測定カードの部分的または完全な破壊の要件もない。
【００１２】
このＩＤカードベースの個人用移動線量計は、最適化された高解像度磁気共鳴（ＨＤＭＲ）検出器によって補完され、選択された放射線感受性材料のＥＳＲスペクトルを迅速に且つ正確に検出するように特に調整される。ＥＳＲ条件は、（１）放射線感受性材料の容積にわたって均一な適切に大きい準ＤＣ磁界の印加、および（２）同じ放射線感受性材料の容積への適切なマイクロ波磁界の同時印加によって達成される。この実施形態では、大きな準ＤＣ磁界は、永久磁石または従来の電磁石を介して満たされる。しかしながら、マイクロ波磁界は、斬新な方法で達成される：それは、伝送線構造を使用することによって放射線感受性材料に結合され、放射線誘導フリーラジカル共鳴を励起し、その後に検出する。非共鳴プローブは、以前の特許（米国特許第９，５０７，００４号明細書）の教示に基づくが、代わりに、好ましくは以下に説明するアーティファクトを使用するかまたは同様のモード実装に他のアーティファクトを使用する（´００４特許のような反射モードではない）透過モードで動作する。非共鳴プローブは、シンプルなマイクロ波マイクロストリップ伝送線構造（接地面にオーバーレイされた金属信号線）を使用して、好ましい設計の実施形態などに組み込まれることができる。伝送線の設計は、放射線感受性材料を含むＩＤカードが信号線と接地面との間に挿入されることができるようなものである。適切なマイクロ波信号を伝送線に送信すると、ＩＤカードの厚さ内で信号線面に対して直交するマイクロ波磁界が生成される。この非共鳴マイクロ波伝送線配置は、信号線と接地面との間にマイクロ波磁界を導入および検出するための非常に広帯域な方法をもたらす。放射線誘導フリーラジカルの共鳴条件では、大きな準ＤＣ磁界とマイクロ波磁界との組み合わせは、フリーラジカルの数／密度に比例した正味の吸収および分散を誘導する。したがって、伝達されたマイクロ波信号におけるこの正味の吸収および分散の測定は、フリーラジカルの数／密度、ひいては人の受け取った放射線量の測定値を与える。この構成は、ＩＤカードに含まれる放射線感受性材料に吸収される線量を測定するためのユーザアクセス可能な方法を表している。ＥＳＲ由来の放射線量の測定は、よく確立された方法であるが、非共鳴電子スピン共鳴プローブを組み込むことは、放射線線量測定にとって全く新しいものであり、他の展開可能なＥＳＲベースの線量測定作業の現在の制限をほぼ全て軽減する。
【００１３】
この実施形態では、検出方法（超高感度マイクロ波ブリッジ設計）は、上記引用した´００４特許からその全体を借用することができる。しかしながら、非共鳴プローブおよび個人線量計ＩＤカードの設計は、完全に新しく、本開示の主題である。この新たなＥＳＲセンサシステムは、大規模な死傷者をもたらす放射線または核事故にとって臨床的に不可欠なより短い期間と臨床的に正確な走査を直接もたらす非常に高い感度を提供する。選択された単一の放射線感受性材料のスペクトルの感度を最大化するためのＥＳＲセンサのさらなる最適化は、線量、満たされたコスト、精度、安全性、および使いやすさ；壊滅的な大規模な死傷者事故における受け入れおよび使用についての全ての必要性の高度に自動化された測定を容易にする。放射線感受性材料は、単一または複数の放射線タイプの感度を高めるために単独でまたは組み合わせて追加されることができる。
【００１４】
本発明は、意図的または偶発的な電離放射線被曝の結果として急性および慢性疾患の危険にさらされている大規模な人口にわたって事前に展開された費用効果が高く且つ運用可能な遡及的な公衆衛生対策を可能にするように最適に設計されたいくつかの革新的且つ破壊的な技術の組み合わせを提供する。ＥＲＤＳは、２つの主要なコンポーネントを有する；高解像度磁気共鳴自動線量測定リーダ（ＡＤＲ）および補完的な自動線量測定カード（ＡＤＣ）。ＡＤＣは、広く分布され、Ｌ−アラニンなどの精製された線量測定材料が校正され、記録され、国家標準にとってトレーサブルになる。ＡＤＣは、非共鳴ＥＳＲプローブならびに関連するハードウェアおよびソフトウェアの精度の向上と組み合わせて、緊急の医療ケアを必要とする被害者を分類し、脆弱性を減らし、壊滅的な核または放射線事故の事故後の結果を軽減するために使用されることができるリアルタイムの電離曝露測定を確実に提供する。これは、壊滅的な大規模な死傷者をもたらす核または放射線事故における効果的な公衆衛生対策として運用上展開されることができる最初に説明されたシステムである。
【００１５】
本発明のＥＲＤＳは、独自の高解像度磁気共鳴ベースのＡＤＲと革新的なプローブおよび磁石アセンブリとの組み合わせであり、幅広い現場展開および効果的な公衆衛生緩和戦略のための全ての要件および動作能力を満たすカードに埋め込まれたアラニン線量計と現在一致している。線量測定走査は、ターゲットを絞った階層的な応答で行うことができ、スループットおよび精度を大幅に向上させる。臨床的に重要な測定値は、数秒で取得されることができ、走査時間を長くすると得られる感度測定が向上する。
【００１６】
ＥＲＤＳティア１。第１のティア走査は、最も重要な測定であり、生命を脅かす曝露レベルを持ち、したがって急性放射線症候群を発症するリスクが高い被害者を分類する高スループットおよび正確さを強調する。被曝量が多い被害者ほど、より高速の走査時間を有する。最小限の人員しか必要としない厳しい環境で、ポータブルで耐久性があり、ユーザフレンドリな小型ＡＴＭタイプのフォームファクタを利用した迅速な自己評価は、被害者に最新の視覚的指示を有するほぼリアルタイムで正確な読み取り値を提供する。ティア１の閾値は、分類の初期段階において２グレイ（ガンマ線照射）に設定され、その後のトリアージ、スクリーニング、および対応措置に不可欠な構成ブロックを提供する。２Ｇｙを超える走査値の人は、追加のスクリーニングおよびトリアージを必要とするため、直ちに利用可能な医療リソースに送られなければならない。２Ｇｙ以下の被害者は、安全に避難し、個人保護措置を講じ、継続的な医療および支持療法を提供され、長期にわたって監視され、家族やコミュニティと再会することができる。リソースが利用可能になると、確認および累積測定値が取得されることができる。ティア１の現場で展開可能な測定ステーション、迅速に展開可能なポータブル自己評価ユニット、携帯型ショルダーハーネス、ネックスリングまたはバックパックのフォームファクタ、モバイルマウントおよびトランスポートアレイは、全て、ＥＲＤＳに簡単に対応することができる。ソフトウェアは、被害者を慰めて安心させるために、速度、正確さ、安全性、および使いやすさのために特別に構成される。固有の番号を持つ個人特有および／または事件特有の電子医療記録（ＥＭＲ）は、ＥＲＤＳティア１レベルで開始されることができる。人口統計データは、運転免許証またはＩＤカードから取得されることができ、測定値、ＧＰＳ位置、および時間は、自動的にＥＭＲに追加され、好ましくは同じまたは関連する媒体の線量記録に追加される。このデータは、キャッシュ、クラウドベース、または個々のＡＤＣに物理的または電子的に埋め込まれることができる。全てのＡＤＲは、複数の冗長な通信機能ならびにデータをローカルにキャッシュする機能を有する。ＥＲＤＳ測定は、ＡＲＳの初期段階を生き延びた被害者の増加する予測数に必要な診断、治療、および記録をサポートする。
【００１７】
ＥＲＤＳティア２。追加のスクリーニング、トリアージおよび医療処置の前に、初期および重要な継続的な累積曝露測定値を確認するために被害者のＡＤＣが第２の階層測定に挿入される。ティア２は、追加の重要な情報の入力をサポートする。被害者は、アレルギー、症状、曝露場所、共存する病状などの情報を提供することができるが、第一対応者および医療従事者は、トリアージレベル、バイタルサイン、傷害および病気の評価、ならびに投与量および投与時間を提供することができる。個人の代理カード自体からの病歴または無線および／または有線ネットワークを介した外部記録からのアクセスなど、他のデータにアクセスすることができる。ティア２の設計および構成は、プルダウンメニューおよびタッチスクリーンを介した追加情報の入力を制限することができる。ティア１およびティア２の手順の一部は、特定の状況において中断または取り消されることができる。
【００１８】
ＥＲＤＳティア３。２Ｇｙ未満であり且つ継続的な安心感、追加の確認、または長期的な監視およびフォローアップを必要とする人は、第３のＥＲＤＳティアが利用可能である。このグループは、危機の初期段階ではないため、走査時間を延長して、精度を大幅に高め、検出の閾値を低くすることができる。これらの測定値は、ヘルスケアサーベイランスをサポートし、未確定の臨床的意義を伴う無症状放射線被曝の長期的な結果に関するデータを提供する。多くの一例は、放射線白内障発生の白内障発症に対する低線量被曝の影響であるが、短期間の単一の急性被曝についてはほとんど知られていない。
【００１９】
ＥＲＤＳの第一対応者および医療従事者。ＡＤＣは、事故前に、現場環境内ならびに対応および戦場条件下で自己評価のためにＡＤＲを利用できる事故対応前の第一対応者、医療従事者、ならびに軍および連邦政府の職員によって展開されることができ、事故直後に運用準備状況および初期曝露測定値を確認することができる。
【００２０】
ＥＲＤＳ商用アプリケーション。一般市民およびリスクのある職業被曝の経時的な累積測定値は、長期慢性被曝を記録し、背景およびベースラインの職業、地理的および環境被曝を蓄積することにより公衆衛生対策をさらにサポートし、それにより急性被曝測定値の精度を高めることができる。
【００２１】
感度、サイクル時間および関連機能、医療行為および推定人口の一般的なティア１〜３の割り当ては、以下のとおりとすることができる：
0006963325.tif 000002
【００２２】
本発明は、受け取った実際の線量と線形且つ証明された相関関係を有する特定の校正された線量応答性材料の使用を含み、したがって、最初の重要な数時間から数日におけるおよび他の手段が実用的またはロジスティック的に利用できない場合に生体内測定の大幅な改善を提供する。そのような指定は、発現の開始と期間が様々であるだけでなく、重大なコストおよび物流上の問題がある最先端のバイオマーカーの問題を回避する。
【００２３】
本発明は、個人身分証明書カードまたは同様の個人用代理物に埋め込まれた結晶性アラニンの微小試料で受けた遡及的線量を迅速に導出する展開可能な非共鳴ＥＳＲベースのセンサを提供する。身分証明書カードとＥＳＲベースのセンサとの間のインターフェースは、ＡＴＭマシンまたは簡素化されたキオスクに似ており、フォームファクタは、大幅に小さくなっているが、一般の人々にはほぼ普遍的な馴染みがある。まとめて、このアプローチは、タイムリーで効率的な緊急医療対応を可能にし、最も必要としている人々のための追加の臨床および検査室スクリーニングおよびトリアージをサポートする。非共鳴ＥＳＲベースのセンサは、マイクロストリップ伝送線ベースの身分証明書カードデバイスインターフェース、高感度マイクロ波検出ブリッジ回路、およびコンパクトな永久磁石装置を使用して、結晶性アラニンのガンマ誘起脱アミノ化を検出する。結晶性アラニン線量計材料は、身分証明書カードに埋め込まれている。アラニン埋め込みカードの費用対効果の高い大量生産は、効果的な公衆衛生の事故前緩和活動の重要な機能であり、広範囲にわたる流通に対する大きな障壁を排除する。このシステムは、マイクロ波伝送線の信号線と接地面との間に身分証明書カードが物理的に挿入されるように設計される。高感度のＸバンドマイクロ波検出ブリッジ回路は、中心アラニンピークの共鳴条件に迅速に調整される。磁界は、小さなコイルで掃引されて変調され、アラニンＥＳＲスペクトルの中心ピークを検出する。線量は、個人の身分証明書カードの中心ピークの振幅と、校正された身分証明書カードの振幅との比較から得られる。永久磁石は、静電力の大部分を生成するために利用され、低消費電力でケアシステムのコンパクトさを可能にする。
【００２４】
非共鳴ＥＳＲベースのセンサは、２分未満で２±０．５Ｇｙを確実に検出することができる。ＥＳＲベースのセンサは、操作の専門知識を必要としないため、セルフスクリーニングは、ほとんど監視なしで進めることができ、訓練を受けた医療スタッフが最も困っている患者の治療に集中することができる。さらに、アラニン線量計の累積応答は、他の環境放射線源を特定することができる将来の線量評価を可能にする。したがって、アラニン線量計と高感度のコンパクトな非共鳴ＥＳＲセンサが埋め込まれた身分証明書カードとを使用することにより、核事故後の個人の迅速且つ信頼性の高いスクリーニングが達成されることができる。
【００２５】
本発明は、大規模な死傷者をもたらす放射線被曝後の患者を迅速に分類する方法およびシステム（装置／デバイス）を備える。本発明は、高スループットの迅速ＥＲＤＳ装置と適合可能な、政府（または他の当局）発行のＩＤカードストックおよび慣習的な７身分証明書カード、タグ、キーフォブ、ラペルおよびストラップピン、ドッグタグまたは任意のそのようなカードフォームファクタ、または衣服、個人のアクセサリ内に、または近接して埋め込まれた代替物品と同様の商業媒体に埋め込まれたユビキタス線量計を使用して市民が（２グレイ（Ｇｙ）±０．５Ｇｙの曝露レベルで）自己を評価することを可能にする。
この容易にアクセス可能な線量情報を使用して、患者は、最初に高度なスキルを持つ対応者および／または公衆衛生当局の介入を必要とせずに、適切な措置を求めるかどうか、およびその方法を求めるかまたは導かれることができる。カードデータおよび測定に関連付けられた人はまた、中央システムにコピーされて、オリジナルが失われた場合にカードの交換および／または研究へのデータの使用を可能にすることができる。
【００２６】
本発明は、一般に周波数スペクトルスクリーニングなしで（すなわち、非分光）放射線曝露から生じる常磁性中心の密度の電子スピン共鳴を実行するために、非共鳴電子スピン共鳴放射線感受性材料（ＲＳＭ）を身分証明書カード（または上記示したようなもの）フォームファクタデバイスに統合することを含む。この材料は、放射線量を捕捉し、安定して維持することができる。そして、この材料は、好ましくは反射モードではなく透過モードで動作するように構成された、特定のＲＳＭスペクトルの検出用に設計された、最適化された電子スピン共鳴（ＥＳＲ）機器によって補完される。この組み合わせは、電子スピン共鳴装置の物理的重量とフットプリントを大幅に削減し、各フォームファクタデバイスなどに搭載された個人線量計材料を各人の近くに組み込むことを容易にする。ＡＤＲは、事故前、事故中または事故直後に（好ましくは前に）展開されることができる。
【００２７】
この線量計システムの最適化された設計およびカードフォームファクタデバイスおよび検出器の展開方法は、広く展開されている一般の公共機器（キオスクまたはＡＴＭ）と簡単に連動する線量の高度に自動化された測定を容易にするスピン標識試料になるように、持続的な効果を有して材料に影響を与える放射線量に関連する特定の測定線量の検出に焦点を当てる。
【００２８】
非共鳴機器は、以前の特許（米国特許第９，５０７，００４号明細書）の教示に基づくが、代わりに、透過モード（反射モードではなく）で動作する。非共鳴機器は、とりわけ好ましい実施形態では、単純なマイクロ波マイクロストリップ伝送線構造（接地面にオーバーレイされた金属線）を備えることができる。このプローブは、プローブに近接して配置された試料の電子スピン共鳴遷移を励起および検出するアンテナとして機能する。ラインは、（１）身分証明書カード（または同様のもの）線量計デバイスに直接統合されることができるか、または（２）測定中に身分証明書カード（または同様のもの）の近くに配置されることができる。電子スピン共鳴による放射線量の測定は、よく確立された手法であり、固定周波数の非共鳴電子スピン共鳴を組み込むが、変調用に追加された最小限の電磁（ＥＭ）コイルを備えた永久磁石アセンブリの使用は、放射線線量測定にとって全く新しく、他の展開可能なＥＳＲベースの線量測定の取り組みおよび他の最先端の取り組みの現在の制限のほぼ全てを軽減する。校正は、例えば２Ｇｙ＋１−０．５Ｇｙなどの既知の特定のレベルまで照射され且つＥＳＲ機器において追加された機器のマイクロ波伝送線の近くに配置されたカードとして既知の校正規格を使用することによって確立されることができる。基準カードが使用され、所定の時間間隔（例えば、毎日、毎週）または所定の使用間隔（例えば、個人の代理カードデバイスによって１０００回のテストを行った後）で機器を再テストすることができる。基準カードの放射線感受性材料は、個人の代理カードのようにＬ−アラニンとすることができるか、またはフリーラジカルスカベンジャまたは水素ドナーとしておよび電子常磁性信号の位置および強度の標準として使用すること自体が周知であるＤＰＰＨ（２，２−ジフェニル−ｌ−ピクリハドラジル）などの他の放射線感受性材料とすることができる。ＥＳＲのＤＰＰＨ校正の使用例は、ｈｔｔｐ：／／ｗａｎｄａ．ｆｉｕ．ｅｄｕ／ｔｅａｃｈｉｎｇ／ｃｏｕｒｓｅｓ／ｍｏｄｅｒｎ−ｌａｂ−ｍａｎｕｅｌ／ＥＳＲ．ｈｔｍｌにおいて与えられる。現場では、定期的なメンテナンスのために標準化されて認証されるとともに、保管されて展開中により頻繁に利用される、照射済みの基準カードの使用が好ましいであろう。
【００２９】
電子スピン共鳴（ＥＳＲ）分光法はまた、展開前をレビューし且つ軟物質または固体材料における常磁性フリーラジカル（または電子スピン）の調査のための強化された能力を導入する、２０１５年４月１３日に刊行されたＣａｍｐｂｅｌｌらの記事「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｔｕｄｉｅｓ」、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、ｐｐ．４９１０−４９１６にも記載されている。記載された機器は、市販のシステムよりも２０×１０３の感度向上を提供する。上記引用された´００４特許および分析化学論文の全内容は、本明細書に記載の変更または変形を条件として、本明細書に詳細に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【００３０】
試料の制限がほぼなくなることは、非共鳴プローブの顕著な幾何学的最適化を可能にし、特定の試料とそのキャリアを最適に補完することができる。これは、測定を補完するために試料が変性される必要がある他の電子スピン共鳴ベースの検出システムとは全く対照的である。定義により、身分証明書カードなど（ＲＳＭに埋め込まれた）は、標準化された通常の試料構造を提供し、従来の手法と比較して大量死傷分類の感度、速度および管理の大幅な改善をもたらすことを考慮されたい。
【００３１】
装置および方法は、人間にとって主な用途を有し、本明細書に記載のカードフォームファクタデバイス線量計に類似したシステムはまた、頻繁なおよび／または高強度のＸ線曝露などの他の放射線イメージング事故を含む他の大量死傷状況に対処するために、大規模な人口の迅速且つ広範囲の分析にも使用されることができる。重要な二次的用途は、例えば、普遍的なリアルタイム監視が非現実的で費用がかさむ影響を受ける領域でのサービスおよびペットの動物、植物および関心のある優先オブジェクトを含むことができる。この装置および方法はまた、一体型またはその後に接続されるシステムとして、マイクロ流体、マイクロピペットまたは代替の小型化された試料収集および測定システムを利用する個人の代理カードまたは代替サンプリング機構内またはその上の材料で本明細書に記載のプローブによって測定可能な安定フリーラジカルまたはフリーラジカル代謝物を生成中にまたは間接的に捕捉された生物学的および化学的大惨事を含む、実際のまたは疑わしい非放射線大量死傷事故にも適用されることができる。
【００３２】
有毒な化学的または生物学的放出、進化する感染症およびパンデミックなどの特定の非放射エネルギの大量死傷事故もまた、本発明の基本システム／プロセスを介して対処されることができる。同じカードフォームファクタ内で、校正された正確な量のアラニン試料に現在使用されているチャネルが変更されて、既知または未知の生体内または生体外試料を直接受け入れることができる。これらの試料は、直接的な生理学的効果を示す化学物質、生物学的物質もしくは核物質または間接的な特定または非特定のバイオマーカーを含むことができる。
【００３３】
身分証明書カードのフォームファクタはまた、名前および／またはカードの識別、関連付け、所属、医療などの状況もしくは病歴および特別なニーズならびに曝露監視（現在または過去）など、身につけている、または添付もしくは埋め込まれている対象の関連情報も担持することができる。それらは、視覚的、光学的、電気的または磁気的に配置されるように保管されることが好ましい。測定の正確な設計、精度および低電力要件は、ＡＤＣに配置された磁気または電子情報に干渉しない。ＥＲＤＳの読み取り値、スクリーニング、トリアージ、薬剤の投与量および投与時間は、印刷または電子的手段によりカードに組み込まれることができるため、事件固有の最初の形成または患者に残る電子医療記録の転送を可能にする。本カードは、光学的に透明な表面を必要としないため（光学的に刺激される発光線量測定の場合のように）、上記の付随情報は、表面に塗布されることができる。
【００３４】
上記のように、臨床的に重要な走査は、数秒で取得されることができ、走査時間を増やすだけで無症状の測定値が得られ、分類、トリアージ、スクリーニングのうちの１つ以上の初期段階において初期閾値が２Ｇｙに設定されることができる。そのような段階のスクリーニングを受けた患者は、除染、避難、継続的な医療および支持療法の提供、ならびに家族やコミュニティとの再統合が可能にされる。限られた人間の機械器具および通信ソースによって緩和の実行可能な範囲を拡大する。
【００３５】
感度の向上はまた、他の医療スクリーニングおよびトリアージと大幅に重複するように分類の大幅な拡張を可能にし、治療の進行に伴う追加の医療意思決定に貢献する。
【００３６】
本発明の他の目的の特徴および態様は、本発明の実施形態を示す以下の参照図面および本文から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
以下の説明は、図面を参照しながら製品がどのように機能するかを説明するが、可能な使用の制限を示すものではない。
【００３８】
【図１Ａ】薄いカード内の放射線感受性材料の「ポケット」（カットアウト／チャネル領域）に埋め込まれた個人線量計を含む身分証明書（ＩＤ）カードの実施形態を示しており、図１Ａは、カードおよび線量計の上側端面図を示している。
【図１Ｂ】薄いカード内の放射線感受性材料の「ポケット」（カットアウト／チャネル領域）に埋め込まれた個人線量計を含む身分証明書（ＩＤ）カードの実施形態を示しており、図１Ｂは、カードに配置されるセクション／チャネル領域材料に放射線感受性材料を受け入れるためのカードの上側面図および端面図を示している。
【００３９】
【図２Ａ】個人線量計、例えば図２Ｂの分解された積層構造のようにカードの全体またはその層全体にわたって分散した放射線感受性材料を含むＩＤカードの他の実施形態を示している。
【図２Ｂ】個人線量計、例えば図２Ｂの分解された積層構造のようにカードの全体またはその層全体にわたって分散した放射線感受性材料を含むＩＤカードの他の実施形態を示している。
【００４０】
【図３】上部信号線と下部接地面との間に挿入された放射線感受性ＩＤカードを補完する中空領域を含む、検出ＥＳＲ機器プローブコンポーネント（プローブ）の非共鳴伝送線構造の上側端面図を示している（底面図、端面図および側面図、図１と同じ）。
【００４１】
【図４】電界方向を示すために比例矢印によってμΤでマイクロ波磁束密度を示す、上部接続線（信号線）と陰影付きの下部接地面との間のマイクロ波磁界（Ｂ１）の有限要素シミュレーションによってオーバーレイされた非共鳴伝送線の断面図（図３のセクションＡ）である（＋２５ｄＢｍの入力電力で８．５ＧＨｚのシミュレーションが示されている）。
【００４２】
【図５】検出器を実装する装置の実施形態を示す回路図である。
【００４３】
【図６】適切な磁石の極の間に位置する非共鳴伝送線プローブに挿入された放射線感受性材料を含む個人線量計ＩＤカードを示している。この実施形態では、放射線感受性材料は、大きな準静的磁界（Ｂ０）、マイクロ波磁界（Ｂ１）、および大きな準静的磁界（Ｂｍ）の可聴周波数変調を同時に受ける。
【００４４】
【図７】放射線感受性「ポケット」に一致する非共鳴伝送線と検出器の磁石装置の近くに挿入されているカードの写真である。
【００４５】
【図８】非共鳴伝送線、放射線感受性「ポケット」を備えたＩＤカード、および検出器の磁石装置のさらなる側面写真である。
【００４６】
【図９】Ｌ−アラニンフリーラジカル電子スピン共鳴スペクトルの中心ピークの電子スピン共鳴一次微分吸収スペクトルのトレースであり、１０ｍｓの合計測定時間のＩＤカード媒体に埋め込まれた５０ｍｇのＬ−アラニンの１，０００Ｇｙのガンマ線照射の結果である。
【００４７】
【図１０】Ｌ−アラニンフリーラジカル電子スピン共鳴スペクトルの中心ピークのＥＳＲ一次微分吸収スペクトルのトレースであり、７分の合計測定時間のＩＤカード媒体に埋め込まれた５０ｍｇのＬ−アラニンの１Ｇｙのガンマ線照射の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１Ａは、ＩＤカード１の一部がポケット（カットアウトチャネル領域）に放射線感受性材料（ＲＳＭ）２を含む上側端および端面図を示し、図１Ｂは、同様の図および分解形態で示している。このポケット付きＲＳＭは、線量計として機能し、その製造中にＩＤカードの厚さ内に埋め込まれて配置される（通常、ラミネーションまたはカプセル化による）。このようにして、ＩＤカードは、大量生産されることができる。放射線感受性ＩＤカードストックは、これらに限定されるものではないが、連邦政府、州政府、および地方政府が発行したＩＤカード、州発行の運転免許証、軍発行のＩＤカード、および銀行発行のクレジットカードやＡＴＭアクセスカードなどの商用発行されたカードを含む様々な用途の製造の出発材料として利用されることができる。
【００４９】
収納されるＲＳＭの容積は、選択されたＲＳＭの構成および最終的なＩＤカードの寸法に依存する。ＥＳＲ由来の線量測定は、移動線量測定である。それにより、ＲＳＭにおいて生成された安定フリーラジカルの総数のＥＳＲ測定は、校正された総吸収線量に関連する。したがって、ＲＳＭの容積は、個人線量を評価するために必要な線量感度に依存する。放射線の線量が高くなると、ＥＳＲ可視フリーラジカルを大量に生成し、校正された線量に到達するのに必要なＲＳＭの容積が少なくなる。低線量の放射線は、比較的少数のＥＳＲ可視フリーラジカルを生成し、大量のＲＳＭを必要とする。この容積比は、固定ＥＳＲ測定時間を想定している。ＥＳＲ測定時間を延長できる場合、同様の容積のＲＳＭは、より高い線量評価およびより低い線量評価の両方に使用されることができる。
【００５０】
ＩＤカードの厚さ内でのＲＳＭの配置は、それほど重要ではない。ＥＳＲ測定は、ＩＤカード全体のＲＳＭの容積に影響される。ＲＳＭのポケットは、上面または底面のいずれかにオフセットされることができるが、線量評価にはほとんど影響がなく、領域の配置は、検出器のプローブの位置合わせの影響を受ける。
【００５１】
図２は、等角図で示し、図２Ａは、ＲＳＭがＩＤカード全体に十分な密度で分散されているＩＤカードからなることができる追加の実施形態を分解図で示している。この場合、ＥＳＲ伝送線構造設計がＲＳＭ２のこのより大きな容積を受け入れるように変更されていれば、カード１の一部または全ての部分は、ＥＳＲ測定および関連する個人線量の導出に使用されることができる。
【００５２】
図３は、放射線量検出器の検出スロット７に挿入されたカードの関係を部分断面の上部、側端および端面図で示し、ＩＤカード内のＲＳＭの横方向の配置は、非共鳴ＥＳＲ伝送線構造の構成にのみ依存する。伝送線４（接続端子６と接地面５との間）の構造は、ＥＳＲ測定がプローブするアクティブボリュームを画定する。伝送線構造の設計および製造が簡単であるという単純な理由から、この領域は、通常、ＩＤカードの端の近くにある。ＲＳＭのポケットは、ＥＳＲ伝送線構造（図３）が選択された配置にアクセスするように設計されていれば、ＩＤカード内のどこにでも横方向に配置されることができる。ＥＳＲ伝送線構造は、一般的なマイクロストリップ幾何学的形状と同様に、誘電体の片側に画定された導電線（信号線）４と誘電体３の反対側に導電性接地面５とを備えた、誘電体材料３のスラブを備える。マイクロ波信号は、適切な高周波同軸接続６を介して対称伝送線構造に導入される。これらは、これらに限定されるものではないが、一般的なＳＭＡコネクタ、２．４ｍｍコネクタ、および１．８ｍｍコネクタを含む。伝送線構造の対称性は、信号伝播方向の普遍性を指示し、伝送線構造のいずれかの側がマイクロ波信号入力として機能することができるとともに、相補側がマイクロ波信号出力として機能する。誘電体材料の組成、誘電体材料の厚さ、および信号線の幾何学的形状は、マイクロ波信号伝送に対する伝送線構造の実効インピーダンスを決定するように設計されることができる。伝送線構造の目的は、構造を介してマイクロ波信号の交番電界および磁界を誘導することである。交番電界と磁界の大部分は、信号線と接地面との間に配置され、信号線の真下に配置される。個人線量の導出に使用されるＥＳＲ測定は、ＲＳＭへの均一なマイクロ波磁界（Ｂｉ）の印加を必要とする。伝送線の導電面にミシン目または裂け目を組み込むことで磁界の変調を改善することにより、精度および速度を向上させることができ、それにより、走査の高速化と高速走査検出アーティファクトの使用を可能にし、測定の速度および精度が向上する。
【００５３】
図３は、誘導されたマイクロ波磁界への可視アクセスを得るために７で示されるように、除去された誘電体スラブの一部を示している。除去された部分は、放射線感受性ＩＤカードの寸法を補完するように設計されることができる。この実施形態では、ＲＳＭが信号線と接地面との間に完全に位置するように、ＩＤカードは、伝送線構造のスロット７に挿入されることができ、それにより、マイクロ波磁界への曝露を最大化し、安定フリーラジカルのＥＳＲ検出およびその結果の移動線量測定を容易にする。誘電体材料の組成、誘電体材料の厚さ、および信号線の幾何学的形状、誘電体スラブのスロットの幾何学的形状、身分証明書カードの材料組成およびＲＳＭの材料組成は、伝送線構造の実効インピーダンスを決定するように設計されることができる。この実施形態では、インピーダンスは、マイクロ波機器の大部分と互換性があるように、５０オームとなるように設計されたが、原則として任意のインピーダンスが設計されることができる。
【００５４】
図４は、伝送線構造（図３のセクションＡ）の断面図であり、上部信号線４と下部接地面５との間のマイクロ波磁界を示している。そのような構造に存在する典型的な磁界を示すために、有限要素シミュレーションがオーバーレイされている。陰影のグラデーションは、磁束密度をマイクロテスラ単位で示すとともに、比例矢印は、電界の方向を示している。
８．５ＧＨｚで＋２５ｄＢｍの入力マイクロ波信号に対してシミュレーションが実行された。これらのシミュレーションは、上部信号線と接地面との間のそのような伝送線構造に存在するマイクロ波磁界の均一性および大きさの指標として機能する。従来のＥＳＲ測定（空洞共鳴器検出器を使用）は、約１０マイクロテスラのマイクロ波磁束密度を必要とする。図４のシミュレーションは、ＩＤカード１内にあるＲＳＭ３においてＥＳＲ遷移を引き起こすのに十分なレベル以上のマイクロ波磁界の存在を示している。
【００５５】
図５は、ＥＳＲベースの放射線線量測定センサの回路図である。測定ゾーンの中央には、非共鳴伝送線プローブがある。ＲＳＭを含むＩＤカードは、非共鳴伝送線プローブの相補スロットに挿入される。これらの２つの構造は、スペクトルを掃引するためにＥＳＲ条件の周りの電磁コイル３０の助けによってゆっくりと変化する大きな準静磁界Ｂ０を提供する適切な磁石８の極間にともに配置される。この実施形態の場合、Ｂ０は約３００ｍＴであり、これは、約９Ｇｈｚの入力マイクロ波周波数に対してＥＳＲ遷移を誘発するのに適している。第２の磁界Ｂｍもまた、３０を使用して生成され、振幅が約１ｍＴ未満のオーディオ周波数における準静的磁界の正弦波変調である。この変調磁界（Ｂｍ）は、従来の位相感受性検出（ロックインアンプ）を使用して測定感度を高めるのに役立つ。非共鳴伝送線構造は、ＲＳＭにおいてＥＳＲ遷移を励起および検出するために使用される超高感度ＥＳＲブリッジ回路とインターフェースする。超高感度ブリッジ回路もまた、上記参照された´００４特許から図５に示す範囲まで借用される。マイクロ波ブリッジ回路の動作と、外部から印加された磁界を同時に掃引および変調するために必要な詳細なステップが以下に説明される。線量依存性ＲＳＭのＥＳＲ検出は、本質的に、´００４特許で説明されている方法で進行し、本構成における非共鳴ＥＳＲ伝送を可能にする。
【００５６】
図５は、ヘテロダイン検出システムブリッジ回路２４を含む電子スピン共鳴分光計の実施形態を示している。ここでは、励起周波数が励起源９から発行される。増幅器１０は、励起周波数がブリッジ２４に伝達される前に励起周波数を増幅し、励起周波数は、スプリッタ１１により分割され、局部発振器アーム３２に伝達される。局部発振器アーム３２に沿って、励起周波数は、ミキサ２３の局部発振器入力３３によって受信される前に、減衰器１４による減衰および移相器１５による位相シフトを受ける。ミキサ２３はまた、増幅器２２によって増幅される合成器２０からの合成周波数出力も受信する。
【００５７】
局部発振器アーム３２から伝達されることに加えて、スプリッタ１１からの励起周波数の電力の一部は、スプリッタ１７により分割される前に減衰器１２およびピックオフティー１３を介して高周波同軸コネクタ６を通じて非共鳴プローブ４、５に伝達され、同時に基準アーム１６および試料アーム３１を介して伝達される。このエネルギは、共鳴プローブを介して合成器２０に伝達される。
【００５８】
同時に、基準アーム１６は、試料アーム３１および基準アーム１６からの励起周波数が合成器２０において一致し、破壊的に合成することができるように、励起源９からの励起周波数を減衰器１８および移相器１９を介して伝達する。合成器２０において合成された基準アーム１６からの励起周波数（励起周波数）と試料アーム３１からの励起周波数（試料による吸収がない非共鳴プローブ４、５および高周波同軸コネクタ６を介して伝達される励起周波数）の建設的合成に起因して、同相で建設的に合成するかまたは位相がずれて破壊的に合成する。基準アーム１６および試料アーム３１からの励起周波数の合成の結果として生じる重畳は、ブリッジ２４が平衡されてゼロ振幅または非常に低い振幅を有する合成周波数を生成するように、移相器１９を調整することによりゼロ振幅（またはほぼゼロ振幅）にすることができる。
【００５９】
基準アーム１６および試料アーム３１からの励起周波数が合成器２０に存在するとき、基準アーム１６および試料アーム３１は平衡され、合成器２０から出力される合成周波数は、おそらくゼロを有する低い振幅を有する。しかしながら、ＲＳＭが励起周波数を吸収し、信号周波数が合成器２０に存在するとき、基準アーム１６および試料アーム３１は不平衡である。不平衡の場合、合成器２０からの合成周波数出力は、励起周波数から電力を吸収する励起容積非共鳴プローブ４、５に存在する不対電子の数に比例する。上述したように、合成器２０は、合成周波数をミキサ２３の無線周波数入力３４に伝達する。ピックオフティー２１は、合成器２０と増幅器２２の間に挿入され、合成周波数の監視を可能にすることができる。
【００６０】
ミキサ２３は、無線周波数入力３４での合成周波数と局部発振器入力３３での励起周波数とを混合し、ミキサ２３の出力ポート３５において検出周波数（例えば、中間周波数）を生成する。検出周波数は、その後、基準発振器２６の位相および周波数にロックされた位相感知検出器２５に伝達される。この構成では、基準周波数の周波数および位相において検出周波数を監視するための位相感知検出器２５の使用は、励起周波数および磁界強度の関数としてのＲＳＭによる励起周波数の共鳴吸収のヘテロダイン検出を達成する。したがって、実施形態では、ブリッジが検出周波数を生成して検出周波数を検出器に伝達するように構成されるように、電子スピン共鳴分光計は、ミキサを含む局部発振器アームの基礎となるブリッジを含む。
【００６１】
磁極８は、電子スピン共鳴分光計のプローブ４、５に近接して配置され、変調コイル３０は、磁石８の表面に配置される。電子スピン共鳴分光計は、非共鳴プローブ４、５、変調コイル３０、および磁石８に近接したＩＤカードフォームファクタにおいてＲＳＭを受信するように構成される。磁石８は、磁界をＲＳＭに印加し、変調コイル３０は、ＲＳＭに印加される磁界の強度を変更する。ＲＳＭが不対電子を含む場合、磁石８または変調コイル３０からの印加磁界は、ゼーマン効果にしたがって磁気スピン量子数に関連するエネルギレベルを摂動させる。結果として、不対電子に関連付けられたエネルギレベルは、磁界強度の関数として分割され、励起周波数が不対電子の２つの磁気スピン状態間のエネルギ差と共鳴するときに電子のスピン状態間の遷移（ｍ、＝±１／２）が発生する。ここでは、単一の不対電子について説明するが、ＲＳＭは、磁界によって潜在的に摂動を受ける複数の不対電子を含んでもよい。したがって、電子スピン共鳴遷移（すなわち、磁気量子数ｍによって与えられる電子磁気スピン状態間の遷移）は、非共鳴プローブ４、５を介してＲＳＭが受ける励起周波数が不対電子の磁気サブレベル間の周波数分離に一致する場合、磁石８からの（または変調コイル３０によって変更された）印加磁界に存在するＲＳＭに対して発生する。このようにして、ＲＳＭが非共鳴プローブ４、５からの励起周波数からいくらかの電力を吸収することをサンプリングする。結果として、非共鳴プローブ４、５を介して伝達される励起周波数の電力量は、電子スピン共鳴遷移を受けるＲＳＭが存在しない場合の励起周波数の電力よりも少ない。以下で説明するように、電子スピン共鳴遷移が発生すると、伝達された励起周波数は、変調コイル３０からＲＳＭに印加される基準周波数に関する情報を含むため、信号周波数と呼ばれる。さらに、ＲＳＭが存在しないかまたは励起周波数から電力を吸収しない場合（励起周波数は、不対電子のエネルギレベルのゼーマン分割と共鳴しないため）、励起周波数は、ブリッジ２４が平衡されたままであるように合成器２０に伝達される。
【００６２】
ＲＳＭが励起周波数から電力を吸収すると、信号周波数は、合成器２０に伝達される。しかしながら、ブリッジ２４は、合成器２０に信号周波数が存在する場合、非共鳴プローブ４、５を介して伝達される信号周波数ではなく、非共鳴プローブ４、５に伝達される励起周波数に関して平衡され、ブリッジ２４は、合成器２０からの合成周波数出力が信号周波数（すなわち、ＲＳＭによって吸収される励起周波数の電力量）に比例する振幅を有するように不平衡である。
【００６３】
基準発振器２６は、基準周波数を生成し、位相感知検出器２５、ならびに磁極８と非共鳴プローブ４、５との間に挿入された変調コイル３０に伝達する。バイアスティー２８は、増幅器２７から基準周波数および電源２９（例えば、掃引発生器）からバイアス電圧を受け取り、バイアス電圧のレベルでバイアスされた基準周波数を（変調コイル３０への出力として）伝達する。したがって、変調コイル３０は、変調コイル３０が非共鳴プローブ４、５に印加される磁石８からの磁界強度を変調するように、バイアス電圧のレベルでバイアスされた基準周波数を受信する。変調コイル３０は、バイアス電圧、基準周波数、またはそれらの組み合わせを受け取るように構成されると考えられる。このようにして、非共鳴プローブ４、５を介して伝達される信号周波数は、印加磁界中のＲＳＭの変調吸収に対応する基準発振器２６の基準周波数で変調される。この構成では、位相感知検出器２５は、ホモダイン検出システムの一部であり、ＲＳＭによる励起周波数の吸収は、基準周波数の周波数で変調され、吸収の振幅は、非共鳴プローブ４、５の励起容積内にあるＲＳＭにおける不対電子の数（または欠陥密度）に比例する。さらにまた、ＲＳＭによる吸収は、磁石８および変調コイル３０の組み合わせからの磁界の強度に起因して電子磁気スピン状態の分離と共鳴する励起周波数の周波数で発生する。
【００６４】
図６は、ＲＳＭを含むＩＤカードを概略的に示し、伝送線構造は、適切な磁石８の極間に配置される。伝送線構造は、信号線４および接地面５が磁石の極面に平行であるか、またはＢ０に対して垂直であるように位置合わせされる。これは、Ｂ１とＢ０との間の直交性を確保し、したがって、ＥＳＲ遷移を容易にする。ＲＳＭを含むＩＤカードは、伝送線構造における誘電体スラブ７のスロット内に配置される。適切な外部磁石は、これらに限定されるものではないが、ＥＳＲ遷移を誘発する値においてＢ０を掃引および変調するのに必要な適切なコイルを備えた従来の抵抗性電磁石、従来の超伝導磁石、および永久磁石配置を含む多くの形態で存在することができる。
【００６５】
図７および図８は、放射線感受性「ポケット」２を備えたＩＤカード１を含む実験装置のプロトタイプの写真である。伝送線構造は、マイクロ波信号入力および出力コネクタ６のみが見える状態で、磁気装置８の極とコイルとの間が幾分不明瞭になっている。機器の他の特徴は、本明細書において他に変更されている場合を除き、上記引用した米国特許第９，５０７，００７号明細書（´００４）に示されている。
【００６６】
図９は、結晶性アミノ酸であるＬ−アラニンのガンマ線誘発性安定フリーラジカルに関連する中心ピークの一次微分ＥＳＲ吸収スペクトルの顕微鏡トレースである。結晶性Ｌ−アラニン（９０重量％）がポリエチレン（１０重量％）と混合され、従来のピルプレスを使用して１５０℃で１５ｍｍ×４ｍｍ×０．６ｍｍのペレットに圧縮された。Ｌ−アラニンペレットの最終質量は、約５０ｍｇであった。そして、ペレットは、Ｌ−アラニンペレットを収容するのに十分な大きさのポケット内の厚さ０．７６２ｍｍの標準サイズの身分証明書カードに埋め込まれた。その後、ＩＤカード全体に１，０００Ｇｙのガンマ線が照射された。中心ピークの一次微分スペクトルのピーク間の高さは、患者が受けた線量の代用として機能する。スペクトルは、＋２５ｄＢｍの電力で８．８ＧＨｚで取得された。磁界中心は、約３００ｍＴであり、１００ｋＨｚで０．８ｍＴの変調場によって約１０ｍＴを走査した。変調周波数を基準としたロックイン増幅器が吸収を記録した。合計取得時間は、１０ｍｓ（１走査）であった。
【００６７】
有効なＲＳＭの形態は、例えば、（ａ）約１キログラムの材料の収量の増加をもたらす、上記使用した１５ｍｍ×４ｍｍ×０．６ｍｍから例えば５ｍｍ×４．５ｍｍ×０．６ｍｍ（約１５ｍｇ）などのより小さなサイズへのペレットサイズの縮小（１５ｍｍ×４ｍｍ×０．６ｍｍにおいて約１００，０００ペレットから５ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍにおいて約３００，０００ペレットまで）、（ｂ）円形、正方形、楕円形、長方形のペレットまたは皿またはその他、四面体、球形、棒状または扁平状の固体形態、（ｃ）ゲルとして、または（ｄ）スラリーおよびエマルジョンを含む流体形態を含むペレットとは異なることができる。流体形態は、分光器の磁界に接続するためにコンパートメントに存在することができるか、または他の場所に含まれることができ、蠕動ロール、指圧、静電、電磁気またはその他を含む様々な形態の駆動下でコンパートメントにつながるマイクロ流体チャネルの測定時にコンポーネントに供給されることができる。あるいは、カードのＲＳＭコンテンツの様々なＲＭＳ位置は、コンポーネントフィールドに連続して提示され、読み取り値を合計することができる。
【００６８】
図１０は、１Ｇｙのガンマ線照射を受けた結晶性アラニンのガンマ線誘発フリーラジカルに関連する中心ピークの一次微分ＥＳＲ吸収スペクトルを示している。試料の調製は、図９で説明したものと同じであったが、受けた放射線量のみが異なった。この測定の合計取得時間は、７分であった。図１０に示されているスペクトルは、図９に示されているスペクトルよりも大幅に感度が高い。これは、様々な実験的最適化に起因し、これにより、伝送線構造がＩＤカードをよりよく補完することを可能にする。これらの最適化は、（ＩＤカードが挿入された状態で）伝送線構造の良好なインピーダンス整合を保証するための伝送線構造の信号線４へのわずかな幾何学的変更を含む。一般に、これらの最適化は、伝送線の幾何学的形状およびインピーダンスを標準のＩＤカードのフォームファクタに最適に一致させるための一連のステップを表している。
【００６９】
Ｌ−アラニンは、既知の安定した放射線誘発フリーラジカルを有するため、これらの測定に選択された。しかしながら、本発明は、Ｌ−アラニンに限定される必要はなく、例えば高密度ヒドロキシアパタイト［Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２］；ギ酸リチウムまたはギ酸カルシウムなど、この用途に適した他の様々な放射線感受性材料（ＲＳＭ）の候補があるため現在好ましい。測定はまた、約３００ｍＴのＢ０値と約９ＧＨｚのマイクロ波周波数でも行われた。これらの共鳴条件は、従来の室温ＥＳＲ測定との互換性のために選択されたものであり、動作条件の制限を表すものではない。原則として、共鳴条件が満たされている限り、Ｂ０およびマイクロ波周波数の両方が用途のニーズを満たすようにスケーリングすることができる。
【００７０】
一般の人々は、以下のようにＥＳＲベースの線量測定システムのこの設計を使用する。個人がＩＤカードをＥＳＲセンサに挿入すると、システムは、受信した線量値とさらなる措置の指示を返す。非共鳴伝送線構造の使用はまた、補助インフラストラクチャ機器の多くを小型化することもできる。完全なシステムは、ＥＳＲ分光計の物理的重量およびフットプリントを大幅に削減し、大規模死傷事故中またはその直後（好ましくは前）の配信に適した高度に展開可能なパッケージで個人線量計および検出器の使用を促進する。
【００７１】
装置および方法が使用され、迅速な緩和ステップを必要とする放射後の人間、動物、植物および物体に近接した放射線量を測定したり、または損傷がないか重大に損傷していないことを確認したり、被験者を排除して効果的な緩和措置を可能にしたりすることができる。装置およびシステム全体（すなわち、上述したカードフォームファクタ線量計に類似した装置）はまた、化学的な毒性の生物学的放出、または様々なベクトルを介した感染の広がり／パンデミックなど、放射エネルギスペクトル事故以外の他の大量死傷状況（実際または想定）に対処するために、大規模な人口の迅速且つ広範囲の分析にも使用されることができる。
【００７２】
身分証明書カードのフォームファクタはまた、例えば、カードの識別／関連付け、所属、病状または病歴、緊急連絡先情報、特別なニーズ、および／または曝露監視（現在または過去）など、それを携帯する（または貼付または埋め込まれることができる）予測対象に関する関連情報も担持することができる。
【００７３】
１つ以上の実施形態が示されて説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、変更および置換を行うことができる。したがって、本発明は、限定ではなく例示として説明されていることを理解されたい。本明細書の実施形態は、独立して使用されることができ、または組み合わせることができる。
【００７４】
本明細書に開示される全ての範囲は、終点を含み、終点は、互いに独立して組み合わせ可能である。範囲は連続的であるため、範囲内の全ての値とそのサブセットを含む。特に明記しない限りまたは文脈上適用できない場合を除き、全ての割合は、量を表す場合、重量パーセンテージである。本明細書で使用される接尾辞「（ｓ）」は、それが修飾する単数および複数の用語の両方を含むことを意図しており、それにより、その用語の少なくとも１つを含む（例えば、着色剤は、少なくとも１つの着色剤を含む）。
「任意（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「必要に応じて（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」とは、事象が発生してインスタンス化する場合とそうでない場合、後に説明する事象または状況が発生することができることまたは発生することができないことを意味する。本明細書で使用される場合、「組み合わせ（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含む。
【００７５】
本明細書で使用される場合、「それらの組み合わせ（ａ  ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｔｈｅｒｅｏｆ）」とは、必要に応じて同じクラスの構成要素、成分、化合物、または要素のうちの１つ以上とともに、指定された構成要素、成分、化合物、または要素のうちの少なくとも１つを含む組み合わせを指す。
【００７６】
本明細書で引用または引用なしの説明によって参照される全ての文献は、先行技術の対照または特許性との他の重要な関連性を損なうことなく、参照により本明細書に組み込まれる。本発明を説明する文脈において（特に以下の特許請求の範囲の文脈において）用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」ならびに同様の指示物の使用は、本明細書に示されていない限りまたは文脈によって明らかに矛盾していない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈されるべきである。「または（ｏｒ）」は、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を意味する。本明細書における「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」、「一次（ｐｒｉｍａｒｙ）」、「二次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）」などの用語は、任意の順序、量、または重要性を示すものではなく、１つの要素を他から区別するために使用されることにさらに留意されたい。量に関連して使用される修飾子「約（ａｂｏｕｔ）」は、記載された値を含み、文脈によって指示される意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含む）。接続詞「または（ｏｒ）」は、リストまたは代替のオブジェクトをリンクするために使用され、選言的ではなく、むしろ、要素は、個別に使用されることができ、または適切な状況下でともに組み合わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７７】
【特許文献１】米国公開出願第２００９／０２２４１７６号明細書
【特許文献２】米国特許第９，５０７，００４号
【特許文献３】米国特許第９，４００，３３１号
【特許文献４】米国特許第９，２６１，６０４号
【非特許文献】
【００７８】
【非特許文献１】ｈｔｔｐｓ：／／ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ．ｃｄｃ．ｇｏｖ／ｒａｄｉａｔｉｏｎ／ｐｄｆ／ａｒｓ．ｐｄｆ
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔａｎｄｆｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ｄｏｉ／ｐｄｆ／１０．１０８０／０９５５３００２．２０１６．１２２７１０６
【非特許文献３】ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１３７１／ｊｏｕｒｎａｌ．ｐｏｎｅ．０１３１９１３
【非特許文献４】ｈｔｔｐ：／／ｅｕｒａｄｏｓ．ｏｒｇ／〜／ｍｅｄｉａ／Ｆｉｌｅｓ／Ｅｕｒａｄｏｓ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／Ｗｏｒｋｉｎｇ＿Ｇｒｏｕｐｓ／２０１５／ｐｒｏｇｒｅｓｓｒｅｐｏｒｔ／ＷＧ１０．ｐｄｆ？Ｉａ＝ｅｎ
【非特許文献５】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｐｍｃ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ＰＭＣ４０８６２６０／
【非特許文献６】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔａｎｄｆｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ｄｏｉ／ｐｄｆ／１０．１０８０／０９５５３００２．２０１６．１２２１５４５
【非特許文献７】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｍｍ．ｎｌｍ．ｇｏｖ／ＡｉｎｓｂｕｒｙＴａｂｌｅ１．ｐｄｆ
【非特許文献８】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｐｕｂｍｅｄ／２７９１９３３４
【非特許文献９】ｈｔｔｐ：／／ｔｈｅｂｕｌｌｅｔｉｎ．ｏｒｇ／ｍｅａｓｕｒｉｎｇ−ｒａｄｉａｔｉｏｎ−ｄｏｅｓ−ｍａｓｓ−ｃａｓｕａｌｔｙ−ｅｍｅｒｇｅｎｃｉｅｓ１１１６２
【非特許文献１０】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐａ．ｇｏｖ／ｓｉｔｅｓ／ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ／ｆｉｌｅｓ／２０１７−０１／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ｅｐａ＿ｐａｇ＿ｍａｎｕａｌ＿ｆｉｎａｌ＿ｒｅｖｉｓｉｏｎｓ＿０１−１１−２０１７＿ｃｏｖｅｒ＿ｄｉｓｃｌａｉｍｅｒ＿８．ｐｄｆ
【非特許文献１１】Ｃａｍｐｂｅｌｌら、ＥＳＲ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  ｓｐｅｃｔｒａ  ｓｃｏｐｅ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｔｕｄｉｅｓ、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（４／１３／１５）ｐｐ．４８１０−４９１６
【非特許文献１２】Ｐ．Ｆ．Ｒｅｇｕｌｌａら、「Ｄｏｓｉｍｅｔｒｙ  ｂｙ  ＥＳＲ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｏｆ  ａｌａｎｉｎｅ．」３３Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ＩＳＯＴ１１０１−１４（１９８２）
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【非特許文献１４】Ｍ．Ａ．Ｖ．Ａｌｅｎｃａ、「Ｔｈｅ  ＴＬ  Ａｉｄｅｄ  ＯＳＬ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｘｙａｐａｔｉｔｅ  ｆｏｒ  Ｄｏｓｉｍｅｔｒｉｃ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，」２００９Ｉｎｔ´ｌ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ａｔｌａｎｔｉｃ  Ｃｏｎｆ．ＩＮＡＣ２００９，ＩＳＢＮ９７８−８５−９９１−０３−８
【非特許文献１５】Ｎ．Ｄａｎｋｏｖら、「Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  ｃｈａｎｇｉｎｇ  ｔｈｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｏ２  ａｎｄ  Ａｒｉ」２０１４  Ｊ．  Ｐｈｙｓｉｃ．  Ｓｅｒｉｅｓ  ５１４−０１２０１７
【非特許文献１６】Ｍ．Ｐｒａｋａｓａｍら、「Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｄｅｎｓｅ  Ｈｙｄｒｏｘｙｐａｔｉｔｅ：Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ」Ｊ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ＢｉｏＭａｔ´ｌｓ２０１５（６），１０９９−１１４０
【図１Ａ】
0006963325.tif 000003
【図１Ｂ】
0006963325.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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