全身カウント

保健物理学において、全身計測は人体内の放射能を測定することです。この技術は主にガンマ線を放出する放射性物質に適用されます。アルファ粒子の崩壊も、同時に発生するガンマ線によって間接的に検出できます。状況によってはベータ線放出体も測定可能ですが、感度は低下します。全身計測に使用される機器は全身カウンタと呼ばれます。一方、全身モニタは放射線防護において、放射線管理区域を離れる際に人の体外汚染を確認するために使用される装置です。 ^{[ 1 ]}

原則

全身モニター使用中。

人体内の放射性元素から放射性崩壊によりガンマ線が放出され、そのエネルギーが体内から放出されるのに十分な場合、検出することができます。これは、シンチレーション検出器または半導体検出器を人体の近くに設置することで実現します。放射性崩壊によってガンマ線が発生することがありますが、これは吸収されたり、その他の相互作用によってエネルギーを失ったりして体外に放出されません。そのため、あらゆる測定分析においてこの点を考慮する必要があります。全身計測は、実験用途においてのみ、中性子線または高エネルギーベータ線を放出する放射性元素の検出（二次X線またはガンマ線の測定による）に適しています。^{[ 2 ]}

この測定では、座っている、横になっている、立っているなど、様々な姿勢をとることができます。検出器は1台でも複数台でも使用でき、固定式でも移動式でも構いません。全身計測法の利点は、体の内容物を直接測定し、尿検査などの間接的な生物学的検定法に頼らず、肺中の不溶性放射性核種も測定できることです。

一方、全身計測の欠点は、人体の自己遮蔽のため、特別な状況を除きガンマ線放出体のみに使用できること、そして体外汚染を体内汚染と誤認する可能性があることです。後者を防ぐには、まず対象者の徹底的な除染を実施する必要があります。全身計測では、ガンマエネルギーが類似する放射性同位元素を区別できない場合があります。アルファ線とベータ線は体によって大部分が遮蔽されるため、体外からは検出されませんが、アルファ崩壊に伴うガンマ線や、親核種または娘核種からの放射線が検出される可能性があります。

スキャンベッド型全身カウンター。

較正

キャリブレーション用のファントム（マネキン）を備えたウォークイン全身モニター。

あらゆる放射線検出器は相対的な計測器です。つまり、測定値は、応答信号（通常は 1 分あたりまたは 1 秒あたりのカウント）を、量（放射能）が既知の標準から取得した信号と比較することによってのみ、存在する物質の量に変換できます。

全身カウンタは、「ファントム」と呼ばれる装置を用いて校正されます。ファントムには、放射性物質の分布と放射能が既知です。業界標準として認められているのは、ボトルマネキン吸収体ファントム（BOMAB）です。^{[ 3 ]} BOMABファントムは10個の高密度ポリエチレン容器で構成され、高エネルギー光子（200keV < E < 3MeV）を放出する放射性核種を測定するために設計された生体内計数システムの校正に使用されます。

生体内計測システムの校正には様々な種類のファントムが使用されてきたため、1990年に米国国立標準技術研究所（NIST）で開催された生体内計測専門家の国際会議において、ファントムの標準仕様を確立することの重要性が強調されました。 ^{[ 4 ]}会議参加者の合意は、BOMABファントムにも標準仕様が必要であるというものでした。BOMABファントムの標準仕様は、生体内計測システムの校正に用いる一貫したファントム設計の基礎となります。このようなシステムは、高エネルギー光子を放出し、体内に均一に分布していると想定される放射性核種を測定するために設計されています。

感度

適切に設計された計数システムは、ほとんどのガンマ線放出核種（>200 keV）を、人体に有害な健康影響を引き起こすレベルをはるかに下回るレベルで検出できます。放射性セシウム（Cs-137）の典型的な検出限界は約40 Bqです。年間摂取限度量（すなわち、作業者被ばく限度である20 mSvに相当する線量を人に与える量）は約2,000,000 Bqです。ヒトの体内に自然に存在する放射性カリウムの量も容易に検出可能です。全身の血中カリウム濃度がゼロに近づくにつれて、カリウム欠乏症による死亡リスクは100%に近づきます。

これらの機器が非常に高感度な理由は、多くの場合、低バックグラウンド計数室に収容されているためです。通常、この計数室は低バックグラウンド鋼板（厚さ約20cm）で作られた非常に厚い壁を持つ小さな部屋で、薄い鉛層（厚さ約1cm）で覆われている場合もあります。この遮蔽により、計数室内の バックグラウンド放射線を数桁も低減することができます。

カウント回数と検出限界

システムの計数構造に応じて、計数時間は1分から約30分までとなります。計数器の感度は計数時間に依存するため、同じシステムであれば、計数が長いほど検出限界は向上します。検出限界は、最小検出放射能（MDA）とも呼ばれ、以下の式で表されます。

${\displaystyle MDA={\frac {2.707+4.65{\sqrt {N}}}{ET}}}$

...ここで、N は対象領域内のバックグラウンドのカウント数、E はカウント効率、T はカウント時間です。

この量は、アクティビティが存在するかどうかを判断するために使用できる別の統計量である決定限界の約 2 倍です。(つまり、さらに分析を行うためのトリガー ポイント)。

歴史

1950年、レオニダス・D・マリネリは、1920年代初頭から1930年代にかけてラジウムを注入され、原子爆発や産業、医療現場での事故による被曝で汚染された人々の体内のカリウム濃度を測定するために、低レベルガンマ線全身カウンタを開発・応用した。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}マリネリが開発した高感度の線量測定法と分光測定法によって、人体に含まれる天然カリウムの総量を測定できた。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} マリネリの全身カウンタは、1952年にシカゴ大学ビリングス病院で初めて使用された。 ^{[ 13 ]}

参考文献

1. 運用監視の適正実施ガイド - 職員退出監視装置の警報レベルの選択。 業界放射線防護調整グループ、NPL、英国、2009年12月。
2. Oliver Meisenberg, Werner Buchholz, Klaus Karcher, Patrick Woidy, Udo C. Gerstmann:中性子放出体²⁵² Cfの生体内内部活性の測定：ファントム測定に基づく基礎と可能性．放射線物理化学176, 2020, 論文番号109087．
3. ボトルマネキン吸収体ファントム（ウェブアーカイブ）
4. Kramer GHとInn KGW. 「生体内放射能測定のための標準ファントムに関するワークショップ議事録要約」 Health Physics 61(6) (1991), pp.893-894.
5. Marinelli, LD 1956. 生体内ガンマ線放射能研究におけるNa-T1結晶分光計の利用：アルゴンヌ国立研究所における開発の概要. Brit. Journ. of Radiol. Supplement 7 (11月): 38-43. (ロンドン英国放射線研究所)
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8. Berlman, IBおよびMarinelli LD 1956年6月25日. 「ツイン」シンチレーション高速中性子検出器. Rev. Sci. Instr. 27(10): 858-859
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13. Hasterlik, RJおよびLD Marinelli. 1955. 臨界集合体逸脱事故に巻き込まれた4名の人体に対する物理的線量測定と臨床観察。原子力平和利用会議、ジュネーブ、スイス（6月18日）第11巻：放射線の生物学的影響：25-34ページ。国連、ニューヨーク、1956年

外部リンク