Oncology · I-12
線量測定の基礎概念
Basic concepts in dosimetry
🧠 全体像：線量測定dosimetry線量測定（dosimetry）dosimetry（線量測定）は「どの放射線が、どこへ、どれだけエネルギーを与えたか」を定量化する。吸収線量absorbed dose吸収線量（absorbed dose）absorbed dose（吸収線量）Gy、物質中の相互作用、深部線量分布、線源からの距離を結び付けて理解する。
放射線の分類と単位
| 分類 | 例 | 特徴 |
|---|---|---|
| 直接電離放射線directly ionizing radiation直接電離放射線（directly ionizing radiation）directly ionizing radiation（直接電離放射線） | 電子、陽子、alpha粒子、重イオン | 荷電charged荷電（charged）charged（荷電）粒子がCoulomb相互作用で連続的に電離・励起する |
| 間接電離放射線indirectly ionizing radiation間接電離放射線（indirectly ionizing radiation）indirectly ionizing radiation（間接電離放射線） | photon、中性子 | 二次荷電charged荷電（charged）charged（荷電）粒子を生じ、その粒子が電離する |
| 電磁放射electromagnetic radiation電磁放射（electromagnetic radiation）electromagnetic radiation（電磁放射）線 | X線、gamma線 | 起源は異なるが、同じエネルギーなら相互作用は同種homologous同種（homologous）homologous（同種） |
吸収線量absorbed dose吸収線量（absorbed dose）absorbed dose（吸収線量）の単位はgray（Gy）で、1 Gy = 1 J/kg である。放射能activity放射能（activity）activity（放射能）の単位はベクレルbecquerelベクレル（becquerel）becquerel（ベクレル）（Bq）で、1 Bq = 1 decay/s。両者は同じ量ではない。
photonと物質の相互作用
| 相互作用 | 概要 | 優位になりやすい条件 |
|---|---|---|
| 光電効果photoelectric effect光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果） | photon全エネルギーを軌道orbital軌道（orbital）orbital（軌道）電子へ渡す | 低エネルギー、高原子番号atomic number原子番号（atomic number）atomic number（原子番号） |
| Compton散乱 | photonが一部エネルギーを電子へ渡し、方向を変えて残る | 診療用megavoltage領域・軟部組織で重要 |
| 電子対生成pair production電子対生成（pair production）pair production（電子対生成） | 核近傍で電子・陽電子positron陽電子（positron）positron（陽電子）対を生成 | 閾値1.022 MeV以上。高エネルギーほど増える |
flowchart TD
A["入射photon"] --> B{"エネルギーと物質の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='atomic number'>原子番号</span>"}
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='photoelectric effect'>光電効果</span><br>photon消失＋光電子"]
B --> D["Compton散乱<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='recoil'>反跳</span>電子＋散乱photon"]
B --> E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pair production'>電子対生成</span><br>電子＋<span class='jp-term jp-term-diagram' title='positron'>陽電子</span>"]
C --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='secondary electrons'>二次電子</span>が電離・励起"]
D --> F
E --> F減弱
狭い単一エネルギーphoton beamでは I(x) = I₀e^{-μx} と表せる。μ は線減弱係数linear attenuation coefficient線減弱係数（linear attenuation coefficient）linear attenuation coefficient（線減弱係数）、半価層half-value layer, HVL半価層（half-value layer, HVL）half-value layer, HVL（半価層）は強度を半分にする厚さである。散乱を含む患者内線量はこの単純式だけでは記述できない。
外部照射の深部線量
- megavoltage photonは表面直下にbuild-up領域をもち、最大線量深dmax最大線量深（dmax）dmax（最大線量深）が皮膚より深くなるためskin-sparingが得られる。
- 高エネルギーほど深部到達性は増すが、中性子生成neutron production中性子生成（neutron production）neutron production（中性子生成）や臓器線量など別の考慮も必要で、単純に高いほどよいわけではない。
- 電子線electron beam電子線（electron beam）electron beam（電子線）は有限の飛程range (of radiation in matter)飛程（range (of radiation in matter)）range (of radiation in matter)（飛程）をもち、表在病変に適する。深部で線量が急減する。
- multi-leaf collimator（MLC）で照射野irradiation field照射野（irradiation field）irradiation field（照射野）形状・強度を制御する。
小線源治療の線量
点線源近似point source approximation点線源近似（point source approximation）point source approximation（点線源近似）では距離 r の線量率dose rate線量率（dose rate）dose rate（線量率）は逆二乗則inverse-square law逆二乗則（inverse-square law）inverse-square law（逆二乗則）に従い、おおむね 1/r² で低下する。実際の計画では線源形状、異方性anisotropy異方性（anisotropy）anisotropy（異方性）、組織、アプリケーターapplicatorアプリケーター（applicator）applicator（アプリケーター）、遮蔽shield遮蔽（shield）shield（遮蔽）も計算する。
| 量 | 意味 |
|---|---|
| 放射能activity放射能（activity）activity（放射能） | 単位時間の壊変(radioactive) decay壊変（(radioactive) decay）(radioactive) decay（壊変）数 |
| 半減期 | 原子数または放射能activity放射能（activity）activity（放射能）が半分になる時間 |
| 線量率dose rate線量率（dose rate）dose rate（線量率） | 単位時間あたりの吸収線量absorbed dose吸収線量（absorbed dose）absorbed dose（吸収線量） |
まとめ
- Gyは吸収エネルギー、Bqは壊変(radioactive) decay壊変（(radioactive) decay）(radioactive) decay（壊変）率であり区別する。
- photon相互作用はエネルギーと物質に依存し、二次電子secondary electrons二次電子（secondary electrons）secondary electrons（二次電子）が線量を与える。
- 外部照射external beam radiation therapy, EBRT外部照射（external beam radiation therapy, EBRT）external beam radiation therapy, EBRT（外部照射）ではbuild-upと深部線量、小線源では距離と線源特性が線量分布の鍵となる。