特開 2025-39107 放射線量測定方法、ゲル線量計および放射線量測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025039107

(43)【公開日】2025-03-21

(54)【発明の名称】放射線量測定方法、ゲル線量計および放射線量測定システム

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20250313BHJP

   G01T 1/04 20060101ALI20250313BHJP

   G01T 1/29 20060101ALI20250313BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 Q

A61N5/10 P

G01T1/04

G01T1/29 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023145958

(22)【出願日】2023-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】510126379

【氏名又は名称】地方独立行政法人神奈川県立病院機構

(71)【出願人】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊原 尚実

(72)【発明者】

【氏名】草野 陽介

(72)【発明者】

【氏名】五東 弘昭

(72)【発明者】

【氏名】下野 義章

【テーマコード（参考）】

2G188

4C082

【Ｆターム（参考）】

2G188AA02

2G188BB02

2G188BB11

2G188BB14

2G188EE37

2G188FF04

2G188GG04

2G188KK02

4C082AC05

4C082AN05

4C082AP01

4C082AP20

(57)【要約】

【課題】ゲル線量計の実用化を図る。
【解決手段】放射線量測定方法は、放射線３から付与されるエネルギーによる電離作用で生成されるラジカルと反応する反応物質８を含むゲル線量計４と、ラジカルと反応した反応物質８の反応量の測定値を取得する測定機器５と、１つ以上のコンピュータ６とを用いて行う方法であり、コンピュータ６は、予め求められた補正係数に基づいて、測定値を補正して放射線３の線量を求める処理と、測定値が正しいか否かを確認する処理との少なくとも一方を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線から付与されるエネルギーによる電離作用で生成されるラジカルと反応する反応物質を含むゲル線量計と、
前記ラジカルと反応した前記反応物質の反応量の測定値を取得する測定機器と、
１つ以上のコンピュータと、
を用いて行う方法であり、
前記コンピュータは、予め求められた補正係数に基づいて、前記測定値を補正して前記放射線の線量を求める処理と、前記測定値が正しいか否かを確認する処理と、の少なくとも一方を行う、
放射線量測定方法。

【請求項2】

前記コンピュータは、
前記ラジカルの生成量と消失量と前記反応量との関係から前記補正係数を求め、
前記測定機器で取得した前記反応量の前記測定値に、前記補正係数を乗ずることで前記放射線の前記線量を求める、
請求項１に記載の放射線量測定方法。

【請求項3】

前記放射線である加速エネルギーの異なる複数種の荷電粒子を照射して拡大ブラッグピークを形成し、放射線治療を行う治療装置の前記拡大ブラッグピークの線量分布を測定する方法であり、
前記ゲル線量計における前記荷電粒子の照射始点と原点とし、前記荷電粒子の進行方向と一致する１次元方向の座標を規定した場合において、
前記測定機器は、それぞれの前記座標における前記反応量の前記測定値を取得し、
前記コンピュータは、
同一の前記座標において前記加速エネルギーの異なる前記荷電粒子ごとに生成される前記ラジカルの生成量を算出し、
前記原点の前記ラジカルの前記生成量を用いて、それぞれの前記座標における前記ラジカルの前記生成量を除することで得られる、前記座標ごとに対応する前記補正係数を求め、
それぞれの前記座標おける前記反応量の前記測定値に、対応する前記補正係数を乗じることで前記反応量の補正値を求め、
前記加速エネルギーの異なる前記荷電粒子ごとに求めた複数の前記補正値を和することで前記拡大ブラッグピークの前記線量分布を算出する、
請求項１に記載の放射線量測定方法。

【請求項4】

前記放射線である加速エネルギーの異なる複数種の荷電粒子を照射して拡大ブラッグピークを形成し、放射線治療を行う治療装置の前記拡大ブラッグピークの線量分布を確認する方法であり、
前記ゲル線量計における前記荷電粒子の照射始点と原点とし、前記荷電粒子の進行方向と一致する１次元方向の座標を規定した場合において、
前記コンピュータは、
予め治療計画で策定された前記加速エネルギーの異なる前記荷電粒子ごとの前記座標の前記線量の計画値に基づいて、同一の前記座標において前記加速エネルギーの異なる前記荷電粒子ごとに生成される前記ラジカルの生成量を算出し、
前記原点の前記ラジカルの前記生成量を用いて、それぞれの前記座標における前記ラジカルの前記生成量を除することで得られる、前記座標ごとに対応する前記補正係数を求め、
前記補正係数の逆数を前記座標ごとに対応する換算係数とし、それぞれの前記座標における前記線量の前記計画値に、対応する前記換算係数を乗じることで補正値を求め、
前記加速エネルギーの異なる前記荷電粒子ごとに求めた複数の前記補正値を和することで確認値を求め、
前記測定機器で取得したそれぞれの前記座標における前記反応量の前記測定値を前記確認値と比較し、前記治療計画で策定された前記線量分布が再現されているか否かを確認する、
請求項１に記載の放射線量測定方法。

【請求項5】

前記補正係数は、前記ゲル線量計のそれぞれの前記座標における前記放射線の照射後、１ナノ秒後のＯＨラジカルの濃度値を、前記原点における前記放射線の照射後、１ナノ秒後の前記ＯＨラジカルの前記濃度値で除した値である、
請求項３または請求項４に記載の放射線量測定方法。

【請求項6】

前記ラジカルは、水分子の励起で生じるＯＨラジカルである、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線量測定方法。

【請求項7】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線量測定方法に用いるゲル線量計であって、
前記反応物質は、
水溶液をゲル化するゲル化剤と、
前記放射線により水が電離して生成される前記ラジカルにより切断され、酸化した分子結合基が特定の波長領域の光を選択的に吸光して発色する発色剤と、
を含む、
ゲル線量計。

【請求項8】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放射線量測定方法に用いるゲル線量計であって、
前記反応物質は、
水溶液をゲル化するゲル化剤と、
前記放射線により水が電離して生成される前記ラジカルにより変化するビニルモノマーまたは鉄イオンの少なくとも一方と、
を含む、
ゲル線量計。

【請求項9】

放射線から付与されるエネルギーによる電離作用で生成されるラジカルと反応する反応物質を含むゲル線量計と、
前記ラジカルと反応した前記反応物質の反応量の測定値を取得する測定機器と、
１つ以上のコンピュータと、
を備え、
前記コンピュータは、予め求められた補正係数に基づいて、前記測定値を補正して前記放射線の線量を求める処理と、前記測定値が正しいか否かを確認する処理と、の少なくとも一方を行う、ように構成されている、
放射線量測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放射線量測定技術に関する。

【背景技術】

【0002】

放射線によるがん治療は、がん腫瘍に治療用の放射線を集中して照射することで、効率的な治療を実現するものである。放射線が人体に照射されると、放射線による物質へのエネルギー付与が生じ、これにより物質が電離されてラジカルが生成される。このラジカルがＤＮＡに作用し、腫瘍の増殖機能が破壊される。Ｘ線によるがん治療は、電子線をターゲット材料に照射して生成したＸ線を人体に照射するものである。

【0003】

一方、粒子線によるがん治療は、荷電粒子を加速器により所定のエネルギーまで加速して人体に照射するものである。この荷電粒子が人体に照射されると、クーロン相互作用によって荷電粒子の持つエネルギーが物質に付与される。このエネルギーの付与量は、荷電粒子の入射エネルギーに対応する体内の特定深さにおいて、急峻な最大値を取る。この現象は、ブラッグピークと呼ばれている。粒子線におけるがん治療は、このブラッグピークの発現原理を応用したものであり、付与されるエネルギーを腫瘍に集中させるとともに、健常細胞へのエネルギーの付与を抑制している。

【0004】

粒子線治療における照射野の形成法としては、パッシブ法とスキャニング法の２種類がある。パッシブ法では、加速器より輸送される粒子線を散乱体、電磁石、リッジフィルタを使用して平面方向および深さ方向に広げる。平面方向は、コリメータを使って腫瘍形状に合わせてビームの形状を調整する。そして、深さ方向は、ポリエチレンブロックなどの部材を腫瘍形状に合わせて掘削した補償フィルタを使ってビームの形状を調整する。このように調整された粒子線のビームを患者に照射することで、正常臓器への線量付与を軽減し、腫瘍に限局した照射が可能となる。スキャニング法では、粒子線をペンシルビームと呼ばれる細いビームに絞り、腫瘍の形に合わせて照射が行われる。スキャニング法では、最初に粒子線の出射方向を変化させながら、出射軸に垂直な面に対し、２次元的にビームが照射される。続いて、粒子線のエネルギーを変化させ、ブラッグピークが生じる位置を人体の深さ方向に変化させて、同様に２次元的に照射する。これを繰り返して、腫瘍の形に合わせて粒子線が３次元的に照射され、健常組織への照射ダメージが最小限に抑えられる。

【0005】

Ｘ線および荷電粒子などの放射線が物質中の分子の電離と励起を生じさせる際の微視的なエネルギーの付与量は、線エネルギー付与（Linear Energy Transfer：ＬＥＴ）と呼ばれている。このＬＥＴは、光子線で２ｋｅＶ／μｍ程度である。一方、荷電粒子の１つである炭素イオンビーム（^１２Ｃ^６＋）は、人体への入射位置で約１０ｋｅＶ／μｍ、ブラッグピークの発生位置で数百ｋｅＶ／μｍとなる。すなわち粒子線によるがん治療は、高いＬＥＴの線質を有する放射線による治療法として知られている。

【0006】

粒子線治療は、人体組織のがん標的に粒子線を正確に照射するために、生体組織中のがん標的の３次元での各位置における線量分布を最適化する必要がある。このため、予め患者のＸ線画像またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像が取得され、がん腫瘍の種類、その空間座標、その周辺の臓器などの情報が特定される。これらの情報に基づいて、コンピュータプログラムを用いて、患者に付与する粒子線の照射方向、ブラッグピークが生じる空間座標、照射する粒子線の数量などの治療指示を治療装置に与える目的で、治療計画が立案される。

【0007】

ここで、人体組織における狙った位置に粒子線が正確に照射されている否かを確認するために、粒子線照射装置の照射精度に関し、定期的な確認検査を行う必要がある。具体的には、粒子線のエネルギーとその照射深さの関係、すなわちブラッグピークが出現する位置を確認する必要がある。さらに、粒子線を２次元的、３次元的、４次元的に照射する場合は、照射野が、治療計画時の設定範囲に収まっていることを確認する必要がある。さらに、患者の放射線の被ばくをより少なくし、腫瘍の形状に対して確実に放射線が照射されているか否かを確認するために、ファントムと呼ばれる人体を模擬した材料および水を入れた容器を用いて、放射線量の分布を測定することが行われている。現状は、電離箱またはラジオクロミックフィルムなどの線量測定器をファントム内に配置して、放射線量の２次元分布を測定し、それを３次元に換算して評価する方法が採用されている。しかし、３次元解析には、時間と手間が生じるという欠点がある。

【0008】

そこで、近年、簡便に３次元的な放射線の線量分布を測定できるように、放射線感受性を有する反応物質を使用した３次元ゲル線量計の開発が進められている。ゲル線量計の種類としては、ポリマーゲル線量計、フリッケゲル線量計、ミセルゲル線量計がある。ポリマーゲル線量計は、放射線により生成するラジカルによるビニルモノマーの重合反応を利用したものである。フリッケゲル線量計は、ラジカルによる鉄イオンの酸化反応を利用したものである。ミセルゲル線量計は、ラジカルによる放射線感受性色素の発色を利用したものである。これらの線量計は、放射線の照射でゲル線量計内に生成されるラジカルと、ゲル線量計の物質が化学反応し、その反応量を測定することで、媒質に付与された放射線の強度分布を測定するものである。例えば、ポリマーゲル線量計は、ビニルモノマーの重合量が水素原子のスピンに影響する原理を利用し、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）によりスピン変化量を測定するものである。フリッケゲル線量計は、ラジカルによる鉄二価の鉄三価への変化量を測定するものである。ミセルゲル線量計は、ラジカルによる放射線感受性色素の発色量の吸光度と発色強度を測定するものである。これらの測定量は、いずれも、放射線が媒質に付与したエネルギー量により生成されるラジカルの量に比例する原理を利用しているものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第６２１２６９５号公報

【特許文献2】特許第６２９６２３０号公報

【特許文献3】特表昭５８－５０１０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従来のゲル線量計の課題は、ＭＲＩ、価数の変化量、色素の発色量などの各測定値の線量応答性が線質に依存することにある。代表的な線質の１つがＬＥＴであり、特に、荷電粒子の飛程終端のような局所的にＬＥＴが上昇する部分では、測定値がエネルギー付与に比例しなくなる現象が発生する。このため、付与されるエネルギーと測定値の関係性が保てず、測定値が付与されたエネルギーを正しく表しているのか、その確認が不可能になる。このような理由により、荷電粒子による３次元線量分布の測定にゲル線量計が適用できず、実用化できない状態が長く続いてきた。

【0011】

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、ゲル線量計の実用化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態に係る放射線量測定方法は、放射線から付与されるエネルギーによる電離作用で生成されるラジカルと反応する反応物質を含むゲル線量計と、前記ラジカルと反応した前記反応物質の反応量の測定値を取得する測定機器と、１つ以上のコンピュータと、を用いて行う方法であり、前記コンピュータは、予め求められた補正係数に基づいて、前記測定値を補正して前記放射線の線量を求める処理と、前記測定値が正しいか否かを確認する処理と、の少なくとも一方を行う。

【発明の効果】

【0013】

本発明の実施形態により、ゲル線量計の実用化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】放射線量測定システムを示す構成図。

【図2】実施例１のゲル線量計を示す画像図。

【図3】実施例１の吸収線量の実測値と深さの関係を示すグラフ。

【図4】実施例１の補正係数と深さの関係を示すグラフ。

【図5】実施例１の補正後の測定値と深さの関係を示すグラフ。

【図6】実施例２の１７０ＭｅＶ／ｕのビームの線量と深さの関係を示すグラフ。

【図7】実施例２の２００ＭｅＶ／ｕのビームの線量と深さの関係を示すグラフ。

【図8】実施例２の２３０ＭｅＶ／ｕのビームの線量と深さの関係を示すグラフ。

【図9】実施例２の２６０ＭｅＶ／ｕのビームの線量と深さの関係を示すグラフ。

【図10】実施例２の３２０ＭｅＶ／ｕのビームの線量と深さの関係を示すグラフ。

【図11】実施例３のゲル線量計を示す側面図。

【図12】実施例３の図１１のXII－XII断面図。

【図13】実施例３の治療計画時の図１１に対応するゲル線量計を示す画像図。

【図14】実施例３の治療計画時の図１２に対応するゲル線量計を示す画像図。

【図15】実施例３の実測時の図１１に対応するゲル線量計を示す画像図。

【図16】実施例３の実測時の図１２に対応するゲル線量計を示す画像図。

【図17】実施例３の各ビームのゲル吸光度を示すグラフ。

【図18】実施例３の各ビームの補正係数を示すグラフ。

【図19】実施例３の吸収線量と深さの関係を示すグラフ。

【図20】実施例４のビームの吸収線量分布を示すグラフ。

【図21】実施例４の各ビームの換算係数を示すグラフ。

【図22】実施例４の吸収線量と深さの関係を示すグラフ。

【図23】実施例５の回転ガントリに配置されたゲル線量計を示す側面図。

【図24】実施例５の図２３に対応する線量と深さの関係を示すグラフ。

【図25】実施例５の回転ガントリが回転したときのゲル線量計を示す側面図。

【図26】実施例５の図２５に対応する線量と深さの関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、放射線量測定方法、ゲル線量計および放射線量測定システムの実施形態について詳細に説明する。

【0016】

図１の符号１は、本実施形態の放射線量測定システムである。この放射線量測定システム１は、治療装置２から照射される放射線３の品質保証（Quality Assurance：ＱＡ）を行うために用いられる。

【0017】

治療装置２としては、例えば、治療用の放射線３としての炭素イオンなどの荷電粒子ビームを照射対象としての患者の病巣組織（がん）に照射して治療を行う粒子線がん治療用装置がある。

【0018】

このような放射線治療技術は、重粒子線がん治療技術と称される。この技術は、がん病巣（患部）を炭素イオンがピンポイントで狙い撃ちし、がん病巣にダメージを与えながら、正常細胞へのダメージを最小限に抑えることが可能とされている。なお、荷電粒子ビームは、放射線３のなかでも電子より重いものと定義される。荷電粒子には、陽子線、重粒子線が含まれる。このうち重粒子線は、ヘリウム原子より重いものと定義される。

【0019】

なお、本実施形態は、治療用の放射線３として炭素が用いられた荷電粒子ビームを例示しているが、その他の態様でもよい。例えば、ヘリウム、酸素、またはネオンが用いられた荷電粒子ビームでもよい。また、荷電粒子ビームとして陽子線が用いられてもよい。

【0020】

重粒子線を用いるがん治療では、従来のエックス線、ガンマ線、陽子線を用いたがん治療と比較してがん病巣を殺傷する能力が高く、患者の体の表面では線量が弱く、がん病巣において線量がピークになる特性を有している。このため、照射回数と副作用を少なくすることができ、治療期間をより短くすることができる。

【0021】

例えば、荷電粒子ビームは、患者の体内を通過する際に運動エネルギーを失って速度が低下するとともに、速度の二乗にほぼ反比例する抵抗を受け、或る一定の速度まで低下すると急激に停止する。この停止点はブラッグピークと呼ばれ、高エネルギーが放出される。治療装置２は、このブラッグピークを患者の病巣組織（患部）の位置に合わせることにより、正常組織のダメージを抑えつつ、病巣組織のみを死滅させることができる。

【0022】

放射線量測定システム１は、例えば、治療装置２から照射される放射線３の線量または拡大ブラッグピーク（Spread out Bragg peak：ＳＯＢＰ）の線量分布の測定または確認を行うために用いられる。この測定または確認の作業は、治療装置２のメンテナンス時に行ってもよいし、治療開始前に患者ごとに行ってもよい。

【0023】

放射線量測定システム１は、ゲル線量計４と測定機器５とコンピュータ６とを備える。

【0024】

ゲル線量計４は、無色透明な円筒形状の容器７と、この容器７に収容された無色透明な反応物質８とを備える。このゲル線量計４は、いわゆるＱＡファントムの一種である。なお、無色透明な円筒形状の容器７は一例であり、ＱＡの内容によっては、容器７が直方体形状などの他の形状を成している場合もあり得る。

【0025】

放射線３が照射される前において、反応物質８は、無色透明である。しかし、反応物質８に放射線３が照射されると、その部分の色が変わる。ユーザは、この反応物質８の発色部分９を確認することで、適切な位置に適切な強度の放射線３が照射されているか否かを把握することができる。

【0026】

ゲル線量計４は、治療装置２から照射される放射線３の線量の測定時に、通常、治療装置２の基準点であるアイソセンタの位置に設けられる。例えば、このゲル線量計４は、患者を載置するための載置台（図示略）に設けられる。また、治療装置２が回転ガントリ（図示略）を備える場合には、通常、回転ガントリの回転の中心に設けられる。

【0027】

反応物質８は、放射線３から付与されるエネルギーによる電離作用で生成されるラジカルと反応する。なお、本実施形態のラジカルは、例えば、水分子の励起で生じるＯＨラジカルである。

【0028】

反応物質８は、水溶液をゲル化するゲル化剤と、放射線３により水が電離して生成されるラジカルと反応し、この反応生成物中の分子結合基が特定の波長領域の光を選択的に吸光して発色する発色剤を含む。

【0029】

なお、ポリマーゲル線量計の場合、反応物質８は、ビニルモノマーである。フリッケゲル線量計の場合、反応物質８は、鉄イオンである。このように、ラジカルとの反応で変化する物質は、全て反応物質８に該当する。

【0030】

測定機器５は、例えば、ゲル線量計４を撮影するカメラおよび光ＣＴ装置などの撮影機器である。この測定機器５は、ゲル線量計４の反応物質８の発色部分９を撮影し、ラジカルと反応した反応物質８の反応量の測定値を取得する。この測定値は、吸光度（発色量）である。なお、測定機器５は、コンピュータ６に接続され、このコンピュータ６により制御される。また、測定機器５で取得される情報は、ピクセルデータでもよいし、ボクセルデータでもよいし、断層撮影画像でもよい。

【0031】

なお、ビニルモノマーの重合量による水素原子のスピン緩和速度、または、鉄イオンの価数変化によるスピン緩和速度を測定する場合、測定機器５としては、例えば、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）が用いられる。また、ビニルモノマーの重合量の変化量を測定する場合、測定機器５としては、例えば、Ｘ線ＣＴが用いられる。

【0032】

コンピュータ６は、測定機器５から測定値（実測値）を取得する。このコンピュータ６は、予め求められた補正係数に基づいて、測定値を補正して放射線３の線量を求める処理と、測定値が正しいか否かを確認する処理との少なくとも一方を行う。

【0033】

本実施形態の放射線量測定システム１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータ６で構成される。さらに、本実施形態の放射線量測定方法は、各種プログラムをコンピュータ６に実行させることで実現される。

【0034】

放射線量測定システム１の各構成は、必ずしも１つのコンピュータ６に設ける必要はない。例えば、１つの放射線量測定システム１が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータ６で実現されてもよい。例えば、補正係数を算出する機能と、測定値を取得する機能と、測定値を補正係数で補正する機能とが、それぞれ個別のコンピュータ６に搭載されていてもよい。

【0035】

発明者らは、ゲル線量計４の実用化を図るため、線エネルギー付与（ＬＥＴ）の変化によるラジカルの生成量と、ラジカルとゲル線量計４の反応物質８との反応量との関係を研究した。この結果、発明者らは、測定値が放射線３による付与エネルギーを反映しないメカニズムを明らかにした。

【0036】

例えば、所定の媒質に放射線３が照射されると、付与されるエネルギーに比例した量のラジカルが、放射線３の照射位置を中心とした数ｎｍの微小領域内で生成される。この現象は、スパーと呼ばれている。この微小領域内において、ラジカルは、周辺の媒質を構成する元素および放射線３により生成された他のラジカルとの反応により消失する。さらに、ラジカルの一部は、ゲル線量計４の反応物質８と反応する。これら同時に生じる反応の結果は、様々な測定機器５により、反応した物質の量を測定することで取得することができる。

【0037】

ここで、放射線３によるラジカルの生成速度、ラジカルの消失速度、ラジカルとゲル線量計４の反応物質８との反応速度の関係は、以下の関係式（１）のようになる。

【0038】

ラジカル生成速度＞ラジカル消失速度＞ラジカルと反応物質の反応速度 …（１）

【0039】

スパー中のラジカルの生成量は、放射線３による付与エネルギーに比例する。ラジカルの生成速度は、前述の関係式（１）に示すように大きいため、放射線照射後、約１ピコ秒後に、ラジカルの量が放射線３によるエネルギー付与量を反映した値となる。

【0040】

スパー中のラジカルの消失量は、単位体積中に存在するラジカルの量に依存する。ラジカルの量が大きいとラジカルの消失量が大きく、ラジカルの量が小さいとラジカルの消失量も小さい。ラジカルの消失速度は、前述の関係式（１）に示すようにラジカルの生成速度より小さいため、その値は、放射線照射後、約１μ秒で一定となる。

【0041】

ラジカルとゲル線量計４の反応物質８と反応量は、１μ秒以後にスパー中に存在するラジカルの濃度に依存する。この反応速度は、前述の関係式（１）に示すように小さいため、ゲル線量計４の反応物質８との反応量は、放射線３の照射後、約１μ秒後に存在するラジカル量に依存する。

【0042】

ここで、ＬＥＴが低い放射線３を照射する場合は、放射線３のエネルギー付与によるラジカル生成量が少ない。このためラジカルの消失量も小さく、反応物質８と反応するラジカルの量への消失量の影響が少ない。このため、１μ秒後の反応物質８とラジカルの反応量は、エネルギー付与によるラジカル生成量に依存した値となる。

【0043】

一方、荷電粒子のようにＬＥＴが大きく、特にブラッグピークのようにピンポイントでＬＥＴが高くなる領域の場合は、この微小領域にラジカルが短時間で大量に生成される。このためラジカルの消失量は大きくなり、さらにその消失速度も大きくなる。この結果、急激にラジカル量が減少されてしまうため、約１μ秒のラジカル量は、放射線３のエネルギー付与によるラジカル生成量を反映しなくなる。

【0044】

したがって、ゲル線量計４の反応物質８と反応するラジカル量が少なくなる。このため、反応物質８の測定値は、放射線３のエネルギー付与によるラジカル生成量を反映しなくなる。これが、高ＬＥＴの放射線３を照射した場合に、ゲル線量計４が線量に相当する測定値を示さない理由である。

【0045】

この現象は、特にブラッグピークを生成する荷電粒子で特に顕著に見られる。例えば、図５のグラフに示すように、測定値（実測値）が、ブラッグピークにおける実際の吸収線量から大きく乖離した小さな値となる。以下の説明において、この測定値が急激に低下することを乖離現象Ｄと称する。

【0046】

本実施形態の放射線量測定システム１は、このような反応メカニズムの解明を基にして開発されたものであり、荷電粒子によるエネルギーの付与を簡便に、かつ高精度で検出するものである。

【0047】

発明者らが、発明した方法は、放射線３からのエネルギー付与による電離作用で生成するラジカルと反応する反応物質８を含むゲル線量計４に関するものである。まず、放射線３の照射により生成されるラジカルの量について、その減少量を取り入れたラジカル量から補正係数が求められる。そして、放射線３の照射により生成されるラジカルと反応した反応物質８の反応量の測定値に、補正係数を乗ずることで、放射線３からのエネルギー付与に相当するラジカルと反応した反応物質８の量が求められる。

【0048】

ゲル線量計４に用いられる反応物質８には、様々なものがある。例えば、ポリマーゲル線量計では、ビニルモノマーが用いられる。フリッケゲル線量計は、鉄イオンが用いられる。ミセルゲル線量計は、ロイコ色素に代表される放射線感受性色素が用いられる。これら反応物質８は、放射線３の照射による水の電離作用で生成するＯＨラジカルと反応し、その反応量により付与されたエネルギーの測定が行われる。

【0049】

また、発明者らは、先に述べたラジカルの生成と消滅のメカニズムを詳細に研究した。この結果、ゲル線量計４で測定される反応物質８の量に、照射後、１ナノ秒後のＯＨラジカル量から求めた補正係数を乗じて得られる値が、荷電粒子により付与されるエネルギー、すなわち吸収線量に合致することを見出した。本実施形態は、このような知見に基づきなされたものである。

【0050】

例えば、ゲル線量計４における放射線３の進行方向の各座標における放射線照射後、１ナノ秒後のＯＨラジカル濃度分布を、ゲル線量計４の放射線３の照射始点における放射線照射後、１ナノ後のＯＨラジカル濃度値で除した値が補正係数とされる。この補正係数を同一の座標で測定されたゲル線量計４の反応物質８の値に乗じて得られる補正後の値が放射線量の値とされる。

【0051】

この方法は、単一エネルギーを持つ荷電粒子の進捗方向の線量分布の値をゲル線量計４による測定値を用いて算出することができる。さらに、複数のエネルギーを持つ荷電粒子を用いて生成される拡大ブラッグピークの線量分布の測定にも供することができる。

【0052】

さらに、この方法は、治療計画で計算された線量分布の確認のために用いることができる。例えば、治療計画で示された荷電粒子のビーム毎の吸収線量分布に、補正係数の逆数を乗じて得られる線量分布と、ゲル線量計４のラジカルとの反応物質８の反応量を測定値と比較することで、治療計画の確認を行うことができる。

【0053】

本実施形態は、吸収線量を化学線量計で正確に測定する方法に適用可能である。また、本実施形態は、付与する予定の線量分布があり、それが治療装置２で正しく実現されるか否かを確認するためのＱＡ方法として適用可能である。

【0054】

以下の説明で例示するゲル線量計４の反応物質８は、ロイコ色素を含有した水が主成分の組成である。この反応物質８は、放射線３が水に照射されて生じるＯＨラジカルと反応して紫色（吸収波長４９０ｎｍ）に発色する。この発色部分９の発色量の測定は、例えば、測定機器５としての光ＣＴ装置が用いられる。この光ＣＴ装置は、反応物質８の発色部分９を様々な方向から写真撮影し、その発色の分布を３次元的に再構成することで、反応量の３次元分布を測定することできる。

【0055】

本実施形態では、前述のゲル線量計４が例示されているが、放射線３を受けてラジカルを介し、反応することを原理とした測定方法、または、放射線３を受けて直接反応が進む測定方法に対して本実施形態を適用することができる。

【実施例0056】

発明者らが実施した実施例１について図２から図５を用いて説明する。なお、前述の図１を参照する場合がある。

【0057】

測定値の乖離現象Ｄ（図５）の原因は、生成したラジカルが再結合反応によりその量が低下し、吸収線量の値と乖離していることにある。実施例１は、この原理に着目している。まず、生成したラジカルが再結合しないと仮定した場合のラジカルの量が求められる。そして、再結合反応が生じたラジカルの量との差異が補正係数として算出される。ここで、ゲル線量計４の測定値に補正係数を乗ずる。これにより放射線３によるラジカルの乖離現象Ｄが生じていない場合の反応物質８の反応量が算出でき、放射線３の吸収線量が分かるようになる。

【0058】

発明者らは、ゲル線量計４を用いて、治療装置２としての粒子線がん治療用装置から照射される２９０ＭｅＶ／ｕの単一のエネルギーのビームの吸収線量分布の測定に本実施形態を適用した。

【0059】

図２に示すように、発明者らは、スケール入りの横長透明セル（容器７）にゲル線量計４の材料（反応物質８）を入れ、前述のエネルギーの炭素イオンビーム（放射線３）を照射した。照射条件は、予めゲル線量計４の形状を用いて治療計画ソフトウェアを用い、ゲル線量計４の範囲内にブラッグピークが生成されるように調整した。

【0060】

発明者らは、照射後の反応物質８に、ビーム進行方向に青く発色した発色部分９を確認した。発明者らは、ビームの進行方向の各座標の発色量を紫外可視分光光度計により測定し、測定値（実測値）を取得した。

【0061】

図３のグラフは、このときの測定値（実測値）を示す。このグラフに示すように、反応物質８の測定値には、乖離現象Ｄ（図５）と呼ばれる事象が生じる。具体的には、ビームの進行方向全体に亘りブラッグピークの位置が不明瞭で、ブラッグピーク付近に典型的に生じる吸収線量が高くなる部分も判別できなかった。

【0062】

発明者らは、コンピュータ６を用いた計算により、照射試験と同一のビーム条件、かつゲル線量計４の形状で、ビームの進行方向のＯＨラジカル濃度分布を計算した。ＯＨラジカルの濃度は、再結合反応が生じていない濃度を求めたものである。

【0063】

図４に示すように、各座標のＯＨラジカル濃度は、ゲル線量計４の入口のＯＨラジカル濃度で規格化し、各座標の値をビームの進行方向の補正係数とした。つまり、ゲル線量計４における放射線３の照射始点と原点Ｐ０（図２）とし、放射線３の進行方向と一致する１次元方向の座標を規定した場合において、発明者らは、この原点Ｐ０のＯＨラジカル濃度を「１．０」として、それぞれの座標の補正係数を求めた。そして、所定の位置Ｐ１（図２）が、ブラッグピークの位置となる。

【0064】

発明者らは、ゲル線量計４におけるそれぞれの座標の吸光度分布（図３）に、同一の座標の補正係数の分布（図４）を乗じ、ビームの進行方向の補正された吸光度を算出した。発明者らは、不明瞭であったブラッグピークの位置Ｐ１（図２）と、その周辺の典型的な線量分布を確認することできた。発明者らは、これらの分布と、治療計画による分布を比較した結果、全体の吸光度の分布とブラッグピークの位置が一致することを確認した。そして、本実施形態の放射線量測定方法が、ブラッグピーの位置の確認に有効であることが証明された（図５）。

【0065】

以上、実施例１を放射線量測定システム１に適用する場合には、コンピュータ６は、ラジカルの生成量と消失量と反応量との関係から補正係数を求める。そして、コンピュータ６は、測定機器５（図１）で取得した反応量の測定値に、補正係数を乗ずることで放射線３の線量を求める。このようにすれば、ブラッグピークの位置を確認することができる。

【実施例0066】

つぎに、実施例２について図６から図１０を用いて説明する。なお、前述の図１を参照する場合がある。

【0067】

発明者らは、治療装置２としての粒子線がん治療用装置から照射されるビームの品質保証に本実施形態の放射線量測定方法を適用した。

【0068】

粒子線がん治療用装置のビームエネルギーは、照射装置の品質管理のためにモノビーム照射による検証がなされている。ここで、エネルギーが、１７０、２００、２３０、２６０、２９０および３２０ＭｅＶ／ｕになるようにモノビームが調整される。また、治療計画時には、ゲル線量計４に照射した際のブラッグピークを含む吸収線量分布が予め求められる。

【0069】

図６は、１７０ＭｅＶ／ｕのモノビームのグラフである。図７は、２００ＭｅＶ／ｕのモノビームのグラフである。図８は、２３０ＭｅＶ／ｕのモノビームのグラフである。図９は、２６０ＭｅＶ／ｕのモノビームのグラフである。図１０は、３２０ＭｅＶ／ｕのモノビームのグラフである。なお、２９０ＭｅＶ／ｕのグラフについては、実施例１（図５）に記載されているため、ここでは省略する。

【0070】

発明者らは、実施例１と同様な透明セルに入ったゲル線量計４を準備し、前述の各ビーム条件で照射し、照射方向の発色量分布を紫外可視分光光度計により測定した。発明者らは、コンピュータ６を用いた計算により、各照射試験と同一のビーム条件、かつゲル線量計４の形状で、ビーム進行方向のＯＨラジカル濃度分布を計算した。実施例１と同様に、各座標のＯＨラジカル濃度は、ゲル線量計４の入口である原点Ｐ０（図２）のＯＨラジカル濃度で規格化し、各座標の値をビーム進行方向の補正係数とした。

【0071】

発明者らは、各座標の吸光度に、同一の座標の補正係数を乗じ、ビーム進行方向における補正された吸光度を算出した。発明者らは、この値の分布と治療計画の値とを比較した結果、いずれのモノビームの条件でも、吸光度の分布とブラッグピークの位置が治療計画と一致することを確認した。

【0072】

これにより、治療計画で構築した照射条件による重粒子線照射が計画通り実施できていることが分かるようになる。本実施形態の放射線量測定方法は、治療計画のＱＡで必要なビームの位置および分布の確認が可能であることが証明された。