特許 6233925 熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6233925

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/167 20060101AFI20171113BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20171113BHJP

   G01T 1/26 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/167 C

   G01T1/20 E

   G01T1/20 B

   G01T1/20 D

   G01T1/26

【請求項の数】9

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-8905(P2014-8905)

(22)【出願日】2014年1月21日

(65)【公開番号】特開2015-137902(P2015-137902A)

(43)【公開日】2015年7月30日

【審査請求日】2016年11月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100080458

【弁理士】

【氏名又は名称】高矢 諭

(74)【代理人】

【識別番号】100076129

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 圭佑

(74)【代理人】

【識別番号】100089015

【弁理士】

【氏名又は名称】牧野 剛博

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 泰

(72)【発明者】

【氏名】福田 大治

(72)【発明者】

【氏名】浮辺 雅宏

(72)【発明者】

【氏名】神代 暁

(72)【発明者】

【氏名】平山 文紀

(72)【発明者】

【氏名】前畑 京介

(72)【発明者】

【氏名】高橋 浩之

(72)【発明者】

【氏名】大野 雅史

【審査官】 杉田 翠

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００３０５０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 C. Bobin et al.，Alpha/gammma discrimination with a CaF2(Eu) target bolometer optically coupled to a composite infrared bolometer，Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A，１９９７年，vol.386，pp.453-457

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ１／００−１／１６

１／１６７−７／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣｉＮｉｉ

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象線源を密閉するためのシンチレータと、
前記シンチレータに接続された熱量検出器と、
前記シンチレータ近傍に設置された光検出器とを備え、
前記熱量検出器による計数率、前記光検出器による計数率、前記熱量検出器と光検出器による同時計数率を用いて、前記測定対象線源の放射能絶対値を得ることを特徴とする熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項2】

前記測定対象線源が、接着剤を用いて前記シンチレータに密閉されていることを特徴とする請求項１に記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項3】

前記熱量検出器と光検出器で放射線を計数するに際にエネルギーウィンドウを設定することにより、前記熱量検出器によるα線計数率、前記光検出器によるα線計数率、前記熱量検出器と光検出器によるα線同時計数率を用いて、前記測定対象線源のα線放出核種の放射能絶対値を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項4】

複数の光反射空洞を持ち、それぞれの光反射空洞内に、前記測定対象線源、シンチレータ、熱量検出器及び光検出器が設置してあり、複数の熱量検出器と光検出器の組を同時に動作可能とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項5】

前記シンチレータが、ＺｎＳシンチレータ、ＢＧＯシンチレータ、ＧＳＯシンチレータ、ＬＧＳＯシンチレータ、ＬＳＯシンチレータ、ＬＹＳＯシンチレータ、ＬａＢｒ_３シンチレータ、ＬｕＡＧシンチレータ、ＧＡＧＧシンチレータのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項6】

前記熱量検出器が、超伝導転移端検出器、磁気カロリーメータ、サーミスタを用いた検出器のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項7】

前記光検出器が、アバランシェフォトダイオード、シリコンフォトマルチプライヤー、オプティカルボロメータのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項8】

前記接着剤が、ポリビニルアルコールを含む接着剤、アルファシアノアクリレートを含む接着剤、エポキシを含む接着剤のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【請求項9】

α線、或いはβ線、或いはα線とβ線の両方を放出する測定対象線源の放射能絶対値が得られることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱量検出器と光検出器を用いた放射能測定に係り、特に、ＲＩ（ラジオアイソトープ）内用療法に適した放射性同位元素（ＲＩ）の放射能絶対測定に応用可能な放射線計測技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ＲＩ内用療法とは、放射性同位元素を含む薬剤を飲用する、注射する等により、体内に摂取し、患部に集積した薬剤から放出される放射線で、標的に打撃を与えることにより治療を行うものである。癌に対する内用療法では、透過力が低く、局所的にエネルギーを集中して付与できる、γ線の放出が少ない、或いは、全く無いα線放出核種、或いは、β線放出核種が用いられる。このＲＩ内用療法では、被曝を最小限に抑制しつつ、患部に最大の効果を得られるようにするため、摂取する放射性同位元素の放射能を正確に決定することは、非常に重要である。

【0003】

一方、放射能絶対測定法として、β線とγ線を同時測定する４πβ−γ同時測定法、β線のみを放出する核種に適用するＴＤＣＲ（Ｔriple to Ｄouble Ｃoincidence Ｒatio）法が主に用いられている。

【0004】

４πβ−γ同時測定法は、線源から放出されるβ線を、比例計数管やプラスチックシンチレータ、或いは液体シンチレーション測定器等のβカウンターで測定すると同時に、線源から放出されるγ線を、ＮａＩシンチレータやＧｅ半導体検出器等のγカウンターで測定し、β線の計数率、γ線の計数率、β線とγ線の同時計数率を用いて測定することで、放射能絶対値を算出する方法である（非特許文献１参照）。ここで、β線の代わりに、α線、オージェ電子、特性Ｘ線であっても、絶対測定が可能である。極低温マイクロカロリーメータを用いる方法もある（特許文献１参照）。

【0005】

ＴＤＣＲ法は、β線を放出する線源と液体シンチレータを混合し、これより発生する光を、光電子増倍管等の光検出器を３本用いて測定し、２本同時計数値および３本同時計数値を用いることで、放射能絶対値を算出する方法である（非特許文献２参照）。

【0006】

又、熱量検出器としての極低温マイクロカロリーメータには、放射線吸収体に放射線が入射すると、放射線のエネルギーが熱に変換され、検出器の温度が上昇し、超伝導体の抵抗値が変化することを利用して、放射線を検出する超伝導転移端検出器と呼ばれる超伝導放射線検出器（特許文献２、３参照）、或いは、温度上昇を磁化の変化として読み出す、磁気カロリーメータ（非特許文献３参照）、或いはサーミスタを用いた検出器等がある。主にＸ線やγ線など光子である放射線に対する検出器として用いられてきている（特許文献２、３参照）。またα線やβ線等の粒子に対する検出器としても用いられ始めている（非特許文献３参照）。

【0007】

極低温マイクロカロリーメータにて、放射線を検出するにあたっては、放射線検出装置外部より放射線を照射し、極低温マイクロカロリーメータそのもの、或いは、吸収体に放射線が入射することによる温度上昇事象、或いは、吸収体中に放射線源を密閉し、吸収体に放射線エネルギーが付与されることによる温度上昇事象を利用する方法がある。極低温マイクロカロリーメータで放射能を測定する場合、放射線を効率よく吸収するため、金属板を２枚用い、１枚の金属板上に、放射性溶液を滴下し乾燥させ、その上に、もう１枚の金属板を被せて吸収体として、極低温マイクロカロリーメータに熱的に接続している。他の検出器では実現できない高い検出効率、低いバックグランドが実現されている（非特許文献３参照）。

【0008】

又、シンチレータを放射線発生源及び光発生源とし、シンチレータを熱量検出器である極低温マイクロカロリーメータと接続し、かつ、シンチレータ近傍に光検出器であるフォトニックボロメータを配置し、熱量と光を同時測定することにより、極低バックグラウンド測定が実現されている（非特許文献４参照）。この方法は、ある特定のシンチレータにもともと均質に含まれている微量放射性同位元素の放射能を、熱量検出器と光検出器の同時計数率を用いることで測定する方法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１２−０８３１５２号公報

【特許文献2】特開２００１−２８９９５４号公報

【特許文献3】特開２００５−３４１１号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Particle Counting in Radioactivity Measurement, ICRU REPORT 52, 1994

【非特許文献2】R. Broda, et al. A review of the triple-to-double coincidence ratio (TDCR) method for standardizing radionuclides, Applied Radiation and Isotopes, 58, 585-594, 2003

【非特許文献3】M. Loidl, et al. First measurement of the beta spectrum of 241Pu with a cryogenic detector, Applied Radiation and Isotopes, 68, 1454-1458, 2010

【非特許文献4】P. Marcillac, et al. Experimental detection of a-particles from the radioactive decay of natural bismuth, Nature, 422, 876-878, 2003

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

癌治療のためのＲＩ内用療法に用いられる放射性同位元素は、γ線をほとんど発生しない、或いは全く放出しないため、４πβ−γ同時測定法を用いて放射能絶対測定することは困難であった。また、癌治療のためのＲＩ内用療法に用いられる放射性同位元素には、放射平衡にあってα線とβ線を同時に放出するものもあり、これを４πβ−γ同時測定法や、ＴＤＣＲ法を用いて放射能絶対測定することは困難であった。また、ＴＣＤＲ法はβ線を放出する放射性同位元素の放射能絶対値を測定することができるが、核データに依存する方法であるので、核データに依存しない放射能絶対測定法の開発が望まれていた。

【0012】

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、従来、放射能絶対測定が困難であった、γ線を放出しない、或いはγ線をほとんど放出しない、α線やβ線を放出する線源に対して、核データに依存しない放射能絶対測定が容易に行えるようにすることを第一の課題とする。

【0013】

本発明は、又、α線、或いはβ線、或いはα線とβ線の両方を放出する線源の放射能絶対値を求められるようにすることを第二の課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、測定対象線源を密閉するためのシンチレータと、前記シンチレータに接続された熱量検出器と、前記シンチレータ近傍に設置された光検出器とを備え、前記熱量検出器による計数率、前記光検出器による計数率、前記熱量検出器と光検出器による同時計数率を用いて、前記測定対象線源の放射能絶対値を得るようにして、前記第一の課題を解決したものである。

【0015】

即ち、本発明においては、測定対象線源を、シンチレータにより密閉し、熱量検出器に接続する。これに加え、シンチレータ近傍に光検出器を設置する。測定対象線源から、α線やβ線が放出されると、α線やβ線の持つエネルギーの一部が熱量検出器により検出され、これに加え、α線やβ線の持つエネルギーの一部は、光に変換され、光検出器により検出される。熱量検出器における計数率と光検出器における計数率、及び、熱量検出器と光検出器の同時計数率を用いることにより、線源の放射能絶対値が算出できる。

【0016】

ここで、前記測定対象線源を、接着剤を用いて前記シンチレータに密閉することができる。

【0017】

又、前記熱量検出器と光検出器で放射線を計数するに際にエネルギーウィンドウを設定することにより、前記熱量検出器によるα線計数率、前記光検出器によるα線計数率、前記熱量検出器と光検出器によるα線同時計数率を用いて、前記測定対象線源のα線放出核種の放射能絶対値を得ることができる。

【0018】

又、複数の光反射空洞を持ち、それぞれの光反射空洞内に、前記測定対象線源、シンチレータ、熱量検出器及び光検出器を設置して、複数の熱量検出器と光検出器の組を同時に動作させることにより、全計数率を向上させ、或いは、測定対象線源の重量をより多くすることができ、これらにより測定精度の向上を図ることができる。

【0019】

又、前記シンチレータを、ＺｎＳシンチレータ、ＢＧＯシンチレータ、ＧＳＯシンチレータ、ＬＧＳＯシンチレータ、ＬＳＯシンチレータ、ＬＹＳＯシンチレータ、ＬａＢｒ_３シンチレータ、ＬｕＡＧシンチレータ、ＧＡＧＧシンチレータのいずれかとすることができる。

【0020】

又、前記熱量検出器を、超伝導転移端検出器、磁気カロリーメータ、サーミスタを用いた検出器のいずれかとすることができる。

【0021】

又、前記光検出器を、アバランシェフォトダイオード、シリコンフォトマルチプライヤー、オプティカルボロメータのいずれかとすることができる。

【0022】

又、前記接着剤を、ポリビニルアルコールを含む接着剤、アルファシアノアクリレートを含む接着剤、エポキシを含む接着剤のいずれかとすることができる。

【0023】

本発明は、又、前記いずれかに記載の技術により、α線、或いはβ線、或いはα線とβ線の両方を放出する測定対象線源の放射能絶対値が得られることを特徴とする熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置により、前記第二の課題を解決したものである。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、シンチレータにより密閉された測定対象線源を熱量検出器に接続することで、放射線による熱量を検出し、同時に、シンチレータ近傍に配置された光検出器で、シンチレータより発生する光を検出して、熱量による計数値、光による計数値、熱量と光の同時計数値を用いることにより、従来、放射能絶対測定が困難であった、γ線を放出しない、或いはγ線をほとんど放出しない、α線やβ線を放出する線源に対して、容易に放射能絶対測定が行えるようになる。又、本法は、核データを要しないので、核データの更新による影響を受けることがなく、従来のＴＤＣＲ法より頑健な方法である。これに加えて、熱量検出器は元来検出効率が高いので、これを用いて絶対測定法を行うことで、従来よりも高精度で放射能絶対測定が行える。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の基本的な構成を示すブロック図

【図2】本発明の実施形態で設定されたエネルギーウィンドウを示す図

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

【0027】

図１は、本発明の基本的な構成を示すブロック図である。図中の測定対象線源（以下、単に線源とも称する）１００は、放射能を持ち、放射線、特に、α線、或いはβ線、或いはα線とβ線の両方を発生させる。

【0028】

ここで、放射線を放出する線源１００をシンチレータ１１０で密閉するために、以下のような方法を用いることができる。

【0029】

線源１００が溶液の場合、分割されたシンチレータ１１０の１つの表面に溶液を滴下し、乾燥させ、表面に接着剤１２０を塗布した、もう１つのシンチレータ１１０を線源１００のある面に接着することにより、シンチレータ１１０の中に線源１００を密閉することができる。また、線源１００を滴下する前に、線源１００を滴下する予定のシンチレータ１１０の表面に接着剤１２０を塗布し、乾燥させておいてもよい。線源１００が固体の場合、表面に接着剤１２０が塗布された、分割されたシンチレータ１１０の１つに線源１００を固着させ、表面に接着剤１２０を塗布した、もう１つのシンチレータ１１０を線源１００のある面に接着することにより、シンチレータ１１０の中に線源１００を密閉することができる。シンチレータ１１０の中に、線源１００及び接着剤１２０の層は複数あってもよい。

【0030】

又、シンチレータ１１０は熱量検出器１３０と、直接又は、ポストやワイヤーで熱伝導するよう接続しており、放射線により発生した熱量は熱量検出器１３０で検出される。

【0031】

又、シンチレータ１１０は放射線により、光を発生し、この光は光検出器１４０により検出される。光を効率良く検出するため、光反射空洞１５０を設置してもよい。

【0032】

非特許文献１での、β線検出器とγ線検出器の同時計数により放射能絶対値を算出する方法と同様に、異なる種類の独立した検出器である、熱量検出器１３０と光検出器１４０の同時計数により放射能絶対値が求まる。従って、熱量検出器１３０と光検出器１４０によるそれぞれの計数率Ｎｔ、Ｎｐ、及び熱量検出器１３０と光検出器１４０の同時計数率Ｎｔｐを得ることにより、線源１００の放射能絶対値Ｎｔ×Ｎｐ／Ｎｔｐを求めることができる。

【0033】

又、熱量検出器１３０と光検出器１４０の各々の計数率Ｎｔ、Ｎｐ、熱量検出器１３０と光検出器１４０の同時計数率Ｎｔｐを得る際に、図２に例示するようなエネルギーウィンドウを設定し、α線のみについての熱量検出器１３０と光検出器１４０の計数率Ｎｔａ、Ｎｐａ、熱量検出器１３０と光検出器１４０の同時計数率Ｎｔｐａより、線源１００のα線放出核種のみについての放射能絶対値Ｎｔａ×Ｎｐａ／Ｎｔｐａを求めることができる。

【実施例1】

【0034】

ＺｎＳシンチレータ中に癌治療に用いられる放射平衡にあるＲａ−２２３線源をエポキシ系接着剤により密閉した。これを熱量検出器である超伝導放射線検出器に直接接合し、Ｒａ−２２３線源中より放出されるα線を計数した。これと共に、α線により発生した光を光検出器であるアバランシェフォトダイオードで計数した。超伝導放射線検出器の計数率、アバランシェフォトダイオードの計数率、超伝導放射線検出器とアバランシェフォトダイオードの同時計数値からＲａ−２２３線源の放射能絶対値を算出することができた。

【実施例2】

【0035】

ＧＡＧＧシンチレータ中にＨ−３線源をエポキシ系接着剤により密閉した。これを熱量検出器である超伝導放射線検出器に直接接合し、Ｈ−３線源中より放出されるβ線を計数した。これと共に、β線により発生した光を光検出器であるフォトニックボロメータで計数した。超伝導放射線検出器の計数率、フォトニックボロメータの計数率、超伝導放射線検出器とフォトニックボロメータの同時計数値からＨ−３線源の放射能絶対値を算出することができた。

【0036】

なお、前記実施例において、線源はＲａ−２２３、Ｈ−３を用いたが、線源は前記実施形態に限定されない。熱量検出器も超伝導放射線検出器に限定されない。光検出器も、アバランシェフォトダイオード、フォトニックボロメータに限定されない。接着剤もエポキシ系接着剤に限定されない。線源をシンチレータに密閉する手段も接着剤に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0037】

ＲＩ内用療法用放射線源の放射能絶対値の測定に用いることができ、人体への適切な量の投与、及び正常組織の損傷の抑制、ひいては２次癌の発生の抑制に貢献することができる。また、放射能標準体の設定に本装置を用いることができる。

【符号の説明】

【0038】

１００…測定対象線源
１１０…シンチレータ
１２０…接着剤
１３０…熱量検出器
１４０…光検出器
１５０…光反射空洞

【図1】

【図2】